Сцепление возбуждение-секреция
Вначале происходит электрический импульс - или пресинаптический - нейрон конвертирует его в химический сигнал в синапсе с помощью процесса, известного как связка возбуждение-секреция. Когда электрический импульс вторгается в пресинаптическую терминаль аксона, он вызывает высвобождение химического нейротрансмиттера, хранящегося там (Рисунок 1-3 и 1-4). Электрические импульсы открывают ионные каналы - волътажные натриевые каналы (VSSC [voltage-sensitive sodium channels]), и волътажные кальциевые каналы (VSCC [voltage-sensitive calcium channels]) - изменяя ионный заряд через нейрональные мембраны. Поскольку натрий втекает в пресинаптический нерв через натриевые каналы в аксональной мембране, электрический заряд потенциала действия движется вдоль аксона, пока он не достигнет пресинаптического нервного окончания, где он также открывает кальциевые каналы. Поскольку кальций вливается в пресинаптическую терминаль, он связывает синаптические везикулы, прикрепленные к внутренней мембране, чтобы выбросить их химическое содержимое в синапс. Путь для химической коммуникации прокладывается через предыдущий синтез нейромедиатора и его хранение в первой нейрональной пресинаптической аксональной терминали.
Таким образом, связка возбуждение-секреция это путь, с помощью которого нейрон превращает электрический стимул в химическое событие. Это происходит очень быстро, как только электрический импульс поступает в пресинаптический нейрон. Также возможно для нейрона трансформировать химическое сообщение от пресинаптического нейрона обратно в электрохимическое сообщение в постсинаптическом нейроне путем открытия ионных каналов, которые имеют связь с нейромедиаторами. Это также происходит очень быстро, когда нейромедиаторы открывают ионные каналы, это может изменить поток заряда в нейроне и, в конечном счете, потенциалы действия в постсинаптических нейронах. Таким образом, процесс нейротрансмиссии это постоянное преобразование химических сигналов в электрические сигналы, и электрические сигналы обратно в химические сигналы.
Каскады сигнальной передачи Обзор
Нейропередачу можно рассматривать как часть более крупного процесса, чем просто коммуникация пресинаптического аксона с постсинаптическим нейроном через синапс между ними. То есть ее также можно рассматривать как связь генома пресинаптического нейрона (нейрон А на Рисунке 1-3) с геномом постсинаптического нейрона (нейрон B на рис. 1 -3), а затем обратно генома постсинаптического нейрона с геномом пресинаптического нейрона через ретроградную нейротрансмиссию (правая панель на Рисунке 1-5). Такой процесс включает в себя длинные строки химических сообщений в обоих пресинаптических и постсинаптических нейронах, называемые каскадами сигнальной передачи.
Каскады сигнальной передачи, обуславливаемые химической нейротрансмиссией включают в себя многочисленные молекулы, начиная с первого мессенджера -нейромедиатора, и переходя ко второму, третьему, четвертому и большему количеству мессенджеров (Рисунки от 1-9 до 1-30). Инициирующие события происходят менее чем за секунду, но долгосрочные последствия обуславливаются нисходящим потоком мессенджеров, и могут занимать от нескольких часов до нескольких дней, а могут длиться и много дней или даже все время жизни синапса или нейрона (Рисунок 1-10). Каскады сигнальной передачи несколько схожи с молекулярным “пони-экспрессом” со специализированными молекулами действуя как последовательность всадников, передавая сообщение к следующей специализированной молекуле, пока оно не достигнет своего функционального назначения, такого как экспрессия гена или же активация “спящих” и неактивных молекул (смотрите, например, Рисунки от 1-9 до 1-19).
Обзор такого молекулярного “пони-экспресса”, от первого мессенджера нейромедиатора через несколько “молекулярных райдеров” для производства разнообразных биологических откликов, показан на Рисунке 1-9. В частности, первый мессенджер нейромедиатор активирует производство второго химического мессенджера который, в свою очередь, активирует третий мессенджер, а именно фермент, известный как киназа, которая добавляет фосфатную группу к белкам четвертого мессенджера для создания фосфопротеинов (Рисунок 1-9, слева). Другой каскад сигнальной передачи показан справа с первым мессенджером - нейромедиатором, который открывает ионный канал, это позволяет кальцию входить в нейрон и действовать как второй мессенджер для этой каскадной системы (Рисунок 1 -9, справа). Кальций затем активирует третий мессенджер, а именно фермент, известный как фосфатаза который удаляет фосфатные группы из четверых фосфопротеинов и, таким образом, отменяет действие третьего мессенджера слева. Баланс между киназной и фосфатазной активностью, это баланс между двумя нейротрансмиттерами, которые активирует каждый из них, определяет степень химической активности вниз по течению, которая активируя четвертых посланников, способна инициировать разнообразные биологические ответы, такие как экспрессия генов и синаптогенез (Рисунок 1 -9). Каждый молекулярный участок в пределах трансдукционного каскада химических и электрических сообщений является потенциальным местом для сбоя, связанного с психическим заболеванием; это также потенциальная цель для психотропного препарата. Таким образом, различные элементы множественных каскадов сигнальной передачи играют очень важную роль в психофармакологии.