מהם שלושת המצבים של העברת עצבים, וכיצד הם נבדלים זה מזה במונחים של צימוד זמני עם פוטנציאל פעולה?
ישנם שלושה מצבים של העברה עצבית: שחרור תלוי גירוי (מעורר), שחרור מעורר אסינכרוני ושחרור ספונטני.
השחרור התלוי בגירוי קשור בחוזקה לפוטנציאל פעולה נכנס, מה שאומר שכאשר מתקבל פוטנציאל פעולה, שלפוחיות סינפטיות מתמזגות עם הממברנה הפרסינפטית באופן מיידי באופן מיידי, ומשחררים מעבירים עצביים. זה כמו רצים שמתחילים ברגע שאקדח ההתחלה יוצא; התנועה היא מיידית ומסונכרנת.
שחרור מעורר אסינכרוני מתרחש בתגובה לפוטנציאל פעולה, אם כי בעיכוב. זה פחות קשור באופן זמני לפוטנציאל הפעולה, בדומה לרצים שלא התחיל מהיר. לצורת השחרור הזו יש זמן גמיש יותר.
לעומת זאת, שחרור ספונטני אינו תלוי לחלוטין בפוטנציאל הפעולה. אפילו ללא גירוי, שלפוחיות סינפטיות יכולות להתמזג עם הממברנה ולשחרר מעבירים עצביים. זהו תהליך רקע המתרחש בהיעדר גירוי מיידי מפעילות החשמל של הנוירון.
כיצד תורם עבודתם של Fats ו- Katz בשנות החמישים להבנת העברת עצביות, במיוחד ביחס לשחרור ספונטני ומעורר?
עבודותיהם של Fatts and Katz בשנות החמישים היו יסוד. הם חקרו את הצומת הנוירו -שרירי, המחבר בין נוירונים מוטוריים עם תאי שריר, וניצלו מיקרו -אלקטרודות כדי להעריך את הפעילות החשמלית בתאי שריר אלה.
הם גילו כי הפעלת הנוירון המוטורי הביאה לדיפולציה משמעותית של השריר-תגובה מעוררת, שהיא דוגמא קלאסית להעברה עצבית תלויה בפוטנציאל. המרכיב המרגש היה שמדענים זיהו פוטנציאלים חשמליים צנועים וספונטניים גם כאשר התא לא הופעל.
אירועים צנועים ואקראיים אלה הדגימו כי שחרור נוירוטרנסמיטר יכול להתרחש ללא פוטנציאל פעולה. תגלית זו קובעת את המסגרת להבנתנו הנוכחית של העברת עצבים ספונטנית ומעוררת.
קרדיט תמונה: Katestudio/Shutterstock.com
איזה תפקיד ממלאת גפירין בסינפסות GABAergic, וכיצד ארטמיסינינים משפיעים על מבנה הפיגומים של גפירין?
Gephyrin חשוב בסינפסות GABAergic מכיוון שהוא משמש כחלבון פיגום. זה אחראי על עיגון קולטני GABA-A בסינפסה, ומבטיח כי הם ממוקמים כראוי כדי להקל על העברת עצב מעכבת. ללא גפירין, קולטנים אלה לא היו מקבצים ביעילות, וגורמים לתפקוד סינפטי.
כאשר אנו מטפלים בנוירונים עם תרופות אנטי-מלריות הנקראות ארטמיסינינים, אנו משבשים את מבנה הפיגומים הזה. Artemisinins נקשרים לכיס הכריכה האוניברסלי של Gephyrin, המארח גם קולטני GABA-A. כתוצאה מכך, נפח אשכולות הגפירין פוחת, מה שמצביע על כך שהפיגומים פוחתים.
התכווצות זו מוגבלת לגפירין בסינפסה, ומותירה את הסמנים הפרסינפטיים ללא שינוי. הפרעה זו מורידה את יכולתו של הסינפסה לעגן קולטני GABA-A, שיש לה השלכות תפקודיות חשובות על העברת עצביות.
כיצד מתרחשת ההפרדה של העברה עצבית באותה סינפסה, ואיזו עדות תומכת בתופעה זו בשחרור מעורר וגם בספונטני?
העברה עצבית מופרדת באותה סינפסה מכיוון שחלקים שונים של הסינפסה תומכים באופן עדיף שחרור או שחרור ספונטני.
בסינפסה יחידה, המכונות הפרסינפטיות והפוסט -סינפטיות המעורבות בשחרור המעורר מתרכז בצפיפות יותר במקומות מסוימים, ואילו אזורים אחרים עשויים להתמחות יותר לשחרור ספונטני.
עדויות לכך נובעות ממחקרים בהם השתמשנו ב- MK-801, חוסם קולטני NMDA תלוי בשימוש, כדי להבדיל בין מצבים אלה. לדוגמה, התגלה כי אוכלוסיות קולטני NMDA שונות פעילות במהלך העברה עצבית ספונטנית לעומת שחרור מעורר.
בנוסף, צפינו בהבדלים מבניים בצפיפות החלבון הפרסינפטית והפוסט -סינפטית באזורים התומכים בצורות השחרור השונות הללו. במילים אחרות, אפילו בתוך אותו אזור פעיל של סינפסה, יש לנו מבנים מתמחים המאפשרים שתי צורות אלה של העברה עצבית.
איזו השפעה יש את ההפרעה של Gephyrin על ידי טיפול בארטמיסינין על העברת עצבים מעכבת ספונטנית ועיכוב טוניק?
תרופות ארטמיסינין משפיעות במידה רבה על העברה עצבית מעכבת ספונטנית. לאחר שעה אחת בלבד של טיפול בארטמיסינין, אנו מוצאים ירידה ניכרת בתדירות של זרמים פוסט -סינפטיים מעכבי מיקרו (Mini IPSCs), המעידים על העברת עצבים ספונטנית.
זה מתרחש כאשר מופרעים פיגומי גפירין, ומונעים מקולטני GABA-A לעגן נכון בסינפסה. כתוצאה מכך, גם אם שלפוחית סינפטית פולטת מעבירים עצביים, יתכן ויהיה מספיק קולטנים כדי להגיב לאות.
מעניין לציין כי עיכוב טוניק, המתווך על ידי קולטני GABA-A חוץ-סינפטיים, משופר מעט. אנו מאמינים כי הסיבה לכך היא שקולטנים של GABA-A שאינם קשורים עוד בסינפסה עשויים לנדוד לאזור החוץ-סינפטי, ולהגביר את עיכוב הטוניק.
כיצד העברה עצבית ספונטנית תורמת לוויסות הפלסטיות ההומאוסטטית, ומה הרלוונטיות הפוטנציאלית שלה למחלות נוירו -פסיכיאטריות?
פלסטיות הומאוסטטית, שיטת המוח לשמירה על שיווי משקל במעגלים עצביים, נשענת מאוד על העברת עצבים ספונטנית. זה תורם ל"שיווי המשקל "של הפעילות הסינפטית, מה שמבטיח כי נוירונים לא יהפכו להיות נרגשים או שקט מדי.
קיימת כמות הולכת וגוברת של נתונים הנוגעים להעברה עצבית ספונטנית לאטיולוגיה וטיפול במצבים נוירו -פסיכיאטריים.
לדוגמה, כאשר תרופות כמו קטמין מעכבות קולטני NMDA המעורבים בהעברה ספונטנית, מתרחשת עלייה סינפטית, שהיא מנגנון פיצוי בו סינפסות צומחות בתגובה לפעילות מופחתת.
תופעה זו קשורה למאפייני נוגד הדיכאון של קטמין, ומשמעה כי מווסת העברת עצבים ספונטנית עשויה לספק שיטות טיפוליות חדשות להפרעות כמו דיכאון.
מה היו ההשפעות האלקטרופיזיולוגיות שנצפו לאחר טיפול בארטמיסינין, וכיצד הן נבדלות בין העברת עצב ספונטנית לעורר העברה עצבית?
מתן Artemisinin הביא לירידה סלקטיבית בהעברה עצבית מעכבת ספונטנית, אולם העברת עצביות מעוררת נותרה ברובה ללא שינוי. באופן ספציפי, מספר המיקרו ipscs (זרמים ספונטניים) הופחת באופן דרמטי. גודל הזרמים הספונטניים הללו פחת גם הוא, ומשמע כי פחות קולטני GABA-A היו זמינים כדי להקל על העברה מסוג זה.
לעומת זאת, כאשר בדקנו את העברת העצבים המתעוררת באמצעות פרוטוקולי גירוי חוזרים ונשנים, לא מצאנו שום שינוי במשרעתם של IPSCs מעוררים (זרמים פוסט-סינפטיים מעכבים) או ביחס הדו-דופק הזוגי, מה שמצביע על כך שהמנגנונים לשחרור פוטנציאלי לשחרור פוטנציאלי נותרו. זה מראה כי ניתן להסדיר באופן שונה סוגים ספונטניים ומושרים של העברה עצבית באופן שונה באותה סינפסה.
כיצד אובדן הגפירין בפריפריה הסינפטית מתאם עם שינויים באשכול קולטני GABA ובאותות סינפטי?
היעדרו של גפירין בפריפריה של אשכולות סינפטיים משפיע ישיר על אשכול הקולטנים של GABA-A ועל איתות סינפטי. הטיפול בארטמיסינין גורם להפחתה סלקטיבית בנפח הגפירין בפריפריה, ולהשאיר את ליבת אשכול הגפירין שלמים יחסית. כתוצאה מכך מבטלים קולטני GABA-A המעוגנים במיקומים היקפיים אלה, ומורידים את שטח הפנים הכולל הזמין להעברה מעכבת.
ככל שמספר הקולטנים העומדים לרשותם להגיב לשחרור שלפוחית סינפטית יורד, כך גם התדירות והמשרעת של העברה עצבית ספונטנית. בקיצור, הפרעה של Gephyrin פוגעת בפיגום הסינפטי, ומפחיתה את יעילות התקשורת הסינפטית, במיוחד בהעברה עצבית ספונטנית.
צפו בסמינר המקוון המלא
על הדוברים
ד"ר קוואללי הוא פרופסור ויו"ר המחלקה לפרמקולוגיה ויו"ר ויליאם סטוקס בטיפולים ניסיוניים בבית הספר לרפואה ונדרבילט. ד"ר קוואללי חוקר מנגנונים של העברה עצבית ואיתות סינפטי במערכת העצבים המרכזית בטכניקות הקלטה חשמליות ואופטיות כמו גם בכלים מולקולריים. קבוצתו מתמקדת בבסיס המולקולרי ובהשלכות התפקודיות של הטרוגניות בקרב מסלולי מיחזור שלפוחית סינפטית הקיימים בסינפסות בודדות.
נטלי היא דוקטורט, סטודנטית למדעי המוח באוניברסיטת ונדרבילט וחברה במעבדת קוואללי. המחקר הנוכחי שלה כולל שימוש בשיטות הקלטה של סערה ואלקטרופיזיולוגיה לחקר התפקוד הסינפטי. לפני ונדרבילט, היא הייתה מדענית לחקר סטודנטים לתואר שני באוניברסיטת קולג 'בלונדון.
על משטחי ננו של ברוקר ומטרולוגיה
משטחי ננו של ברוקר ומטרולוגיה מספקים טכנולוגיית ניתוח ובדיקה מתמחות בעלות ביצועים גבוהים למגוון הרחב ביותר של יישומי מחקר וייצור.
הפורטפוליו הרחב שלנו של פתרונות פרופילר משטח דו -ממדי ותלת מימד מספקים את המידע הספציפי הדרוש כדי לענות על שאלות מו"פ, QA/QC, ושאלות מדידת פני השטח במהירות, דיוק וקלות. והשבטים והבוחנים המכניים שלנו מספקים נתונים מעשיים המשמשים לסייע בשיפור פיתוח חומרים ומערכות טריבולוגיות. מכשירי הבדיקה הננו-מכניים והננוטרבולוגיים המובילים בתעשייה של ברוקר מתוכננים באופן ספציפי כדי לאפשר גבולות חדשים באפיון חומרים ננו, פיתוח חומרים ומעקב אחר תהליכים.
ברוקר מוביל את התרחבות היכולות של מיקרוסקופ הכוח האטומי (AFM) מאז ההתחלה, והמערכות שלנו הן ה- AFM המובאות ביותר בעולם. חבילת ה- AFM המקיפה שלנו מאפשרת למדענים ברחבי העולם לגלות תגליות ולקדם את הבנתם בחומרים ומערכות ביולוגיות. עם טכנולוגיית Nanoir שלנו, ברוקר הוא כיום גם המוביל המוכר בספקטרוסקופיית IR פוטותרמית מהננו-סולם למאזני המשנה ומקרו. וכיצרנית AFM היחידה עם מתקן ננו-ייצור ננו-חדיש ותמיכת לקוחות ספציפית לעולמית, Bruker ממוקמת באופן ייחודי כדי לספק את הציוד, ההנחיות והתמיכה בכל צרכי המחקר הננו-סולם שלך.
חבילת מערכות המיקרוסקופיה הקרינה של ברוקר מספקת מגוון מלא של פתרונות לחוקרי מדעי החיים. מערכות ההדמיה המולטי-פוטון שלנו מספקות את עומק ההדמיה, המהירות והרזולוציה הנדרשים ליישומי הדמיה תוך-ויטלית, והמערכות הקונפוקליות שלנו מאפשרות לביולוגים של תאים לחקור את הפונקציה והמבנה באמצעות הדמיה של תאים חיים במהירויות ובקופות שלא היו אפשריות בעבר. מיקרוסקופים של ברזולוציית העל של ברוקר קובעים סטנדרטים חדשים עם לוקליזציה של מולקולות יחידה כמותיות המאפשרות חקירה ישירה של המיקומים המולקולריים והפצה של חלבונים בסביבה הסלולרית. ומיקרוסקופי גיליונות האור של לוקסנדו שלנו, מהפכה במחקרים ארוכי טווח בביולוגיה התפתחותית ובחקירה של תהליכים דינמיים בתרבית תאים ובמודלים של בעלי חיים קטנים.
בנוסף לפיתוח וייצור מערכות מהדור הבא כדי לעזור ליישומים הנוכחיים והעתידיים של הלקוחות שלנו, ברוקר פעיל מאוד גם ברכישה ובשיתוף עם חברות חדשניות כדי להמשיך להרחיב את מגוון הטכנולוגיות והפתרונות המאפשרים שלנו. התוספות האחרונות למשפחת משטחי ברוקר ננו כוללות את אליקונה הדמיה, Anasys Instruments, Hysitron, JPK Instruments ו- Luxendo.
לא משנה מה צריכה המדידה והניתוח שלך, לא משנה מה החומר או סולם החקירה שלך, לברוקר יש פיתרון מיוחד בעל ביצועים גבוהים עבורך.
