2019917突觸傳遞和調(diào)控lbppt課件

1、神經(jīng)元的電活動與突觸傳遞神經(jīng)元的電活動與突觸傳遞 來來 濱濱 什么是神經(jīng)元電活動？如何形成的？ 什么是突觸？ 為什么突觸傳遞在神經(jīng)科學(xué)研究中如此 重要？ 腦：信息的傳遞和處理腦：信息的傳遞和處理 神經(jīng)元電活動的基礎(chǔ)神經(jīng)元電活動的基礎(chǔ) 離子通道離子通道 離子通道的一般特征離子通道的一般特征 物理特征物理特征 離子選擇性離子選擇性 通道激活模式通道激活模式 開放和關(guān)閉開放和關(guān)閉 物理特性物理特性 胞外胞外 胞內(nèi)胞內(nèi) 胞外胞外 跨膜跨膜 孔道孔道 膜內(nèi)和膜外側(cè)擴大形成腔膜內(nèi)和膜外側(cè)擴大形成腔 膜內(nèi)段縮窄有門控結(jié)構(gòu)膜內(nèi)段縮窄有門控結(jié)構(gòu) 通道的離子選擇性通道的離子選擇性 陽離子選擇性陽離子選擇性 Na+

2、 K+ Ca2+ 陰離子選擇性陰離子選擇性Cl- 陽離子陽離子 普通普通 特殊：某些通道特異性小，甚至允許小的有機物質(zhì)通過。特殊：某些通道特異性小，甚至允許小的有機物質(zhì)通過。 細胞內(nèi)環(huán)境的離細胞內(nèi)環(huán)境的離 子穩(wěn)態(tài)子穩(wěn)態(tài) 細胞膜的細胞膜的 隔離隔離 通道的離子選擇性通道的離子選擇性 陰離子通道的特異性較小，它們之所以稱為陰離子通道的特異性較小，它們之所以稱為 Cl-通道是因為通道是因為Cl-是生物溶液的主要陰離子是生物溶液的主要陰離子 通道的選擇性是相對的，例如鈉通道不但對鈉離子通透，對通道的選擇性是相對的，例如鈉通道不但對鈉離子通透，對 銨銨NH4+）也通透；甚至對鉀離子也稍有通透。）也通透；

3、甚至對鉀離子也稍有通透。 胞外胞外 胞內(nèi)胞內(nèi) 60mv 通道離子選擇性和電壓感受的機制通道離子選擇性和電壓感受的機制 電壓激活模式電壓激活模式 牽張激活模式牽張激活模式 配體激活通道配體激活通道 通道激活模式通道激活模式 留意留意 以上分類并非絕對的；以上分類并非絕對的； 例如鈣激活鉀通道例如鈣激活鉀通道 也對電壓變化敏感，也對電壓變化敏感， 有些電壓激活通道有些電壓激活通道 也對細胞內(nèi)配體敏感！也對細胞內(nèi)配體敏感！ 離子通道的分類離子通道的分類 選擇性陽離子通道選擇性陽離子通道 非選擇性陽離子通道非選擇性陽離子通道 陰離子通道陰離子通道 跨膜轉(zhuǎn)運系統(tǒng)跨膜轉(zhuǎn)運系統(tǒng) 鈉鉀泵鈉鉀泵 鈣泵鈣泵 鈉鈣

4、泵鈉鈣泵 氯離子通道氯離子通道 鉀離子通道鉀離子通道 鈉離子通道鈉離子通道 鈣離子通道鈣離子通道 谷氨酸受體陽離子通道谷氨酸受體陽離子通道 N2型乙酰膽堿受體陽離子通道型乙酰膽堿受體陽離子通道 嘌呤受體陽離子通道嘌呤受體陽離子通道 5HT3受體陽離子通道受體陽離子通道 門控離子通道門控離子通道 化學(xué)門控離子通道化學(xué)門控離子通道 鈉通道鈉通道鈣通道鈣通道鉀通道鉀通道遞質(zhì)遞質(zhì)離子離子代謝物代謝物 非門控離子通道非門控離子通道 電壓門控離子通電壓門控離子通 道道 離子通道的分類門控方式）離子通道的分類門控方式） 跨膜轉(zhuǎn)運系統(tǒng)跨膜轉(zhuǎn)運系統(tǒng) 鈉鉀泵鈉鉀泵 鈣泵鈣泵 鈉鈣泵鈉鈣泵 ATP ATP Na+化

5、學(xué)化學(xué) 梯度梯度 K+:Na+ Ca2+ Na+:Ca2+ 2:3 3:1 生電性生電性 生電性生電性 生電性生電性 軸突的終端為軸突末梢，它終止于另 一神經(jīng)元或效應(yīng)器，與它們形成突觸。 軸突末梢 (axon terminals) 每個神經(jīng)元每個神經(jīng)元 大約會有大約會有1 萬個突觸萬個突觸 突觸synapse） 定義：一個神經(jīng)元與另一個神經(jīng)元相接 觸的部位叫做突觸。突觸是神經(jīng)元之間 在功能上發(fā)生聯(lián)系的部位，也是信息傳 遞的關(guān)鍵部位。 電突觸電突觸 1 m 化學(xué)突觸化學(xué)突觸 化學(xué)突觸的結(jié)構(gòu)化學(xué)突觸的結(jié)構(gòu) 突觸傳遞相關(guān)受體突觸傳遞相關(guān)受體 突觸后電流突觸后電流: 突觸前釋放神經(jīng)遞質(zhì)激活突觸突觸前釋

6、放神經(jīng)遞質(zhì)激活突觸 后膜相應(yīng)受體引起的突觸后膜的電流變化。后膜相應(yīng)受體引起的突觸后膜的電流變化。 去極化的電流變化稱作興奮性突出后電流，去極化的電流變化稱作興奮性突出后電流， 超極化的電流變化稱作抑制性突觸后電流。超極化的電流變化稱作抑制性突觸后電流。 突觸后電位參與動作電位的形成突觸后電位參與動作電位的形成 軸突動作電位軸突動作電位 突觸前囊泡釋放突觸前囊泡釋放 突觸后膜受體激活突觸后膜受體激活 突觸后電位突觸后電位 突觸后膜受體和離子通道分布和類型突觸后膜受體和離子通道分布和類型 其他不同突觸活動其他不同突觸活動 信息處理信息處理 軸突局部離子通道分布，軸突局部離子通道分布， 類型以及突觸

7、活動類型以及突觸活動 突觸前膜離子通道分布和類型突觸前膜離子通道分布和類型突觸前膜離子通道分布和類型突觸前膜離子通道分布和類型 突觸囊泡施放相關(guān)蛋白的功能突觸囊泡施放相關(guān)蛋白的功能 軸突局部環(huán)境對信息的影響和調(diào)控軸突局部環(huán)境對信息的影響和調(diào)控 軸突局部離子通道分布，類型軸突局部離子通道分布，類型 軸突局部離子通道分布，類型對信息傳遞的影響軸突局部離子通道分布，類型對信息傳遞的影響 NATURE| Vol 465|24 June 2019 NATURE| Vol 465|24 June 2019 膜電位超極化 局部突觸活動對信息傳遞的影響局部突觸活動對信息傳遞的影響 突觸前膜離子通道分布和類型突

8、觸前膜離子通道分布和類型 以及突觸囊泡施放相關(guān)蛋白的功能以及突觸囊泡施放相關(guān)蛋白的功能 Neuron 59, September 25, 2019 突觸囊泡釋放機制突觸囊泡釋放機制 mEPPs provide evidence that synaptic transmission is quantal (vesicular) Snaptobrebin SNAP-25 Syntaxin Synaptotagmi n -SNAPS NSF Synapsin I 突觸后膜受體和離子通道分布和突觸后膜受體和離子通道分布和 類型類型 Activity-dependent trafficking of K

9、+ channels. (a) Illustration depicting the translocation of several K+ channels in response to common forms of neuronal plasticity. Extrasynaptic KV4.2 channels and KCa2.2 channels located near the postsynaptic density (PSD) are internalized during LTP, requiring Ca2+ influx and PKA activation (1);

10、Kir3.2 channels are inserted into the synapse during depotentiation via Ca2+ influx and protein phosphatase-1 (PP1) activation (2); and KV2.1 channels decluster upon glutamate stimulation, a process dependent on Ca2+ influx and protein phosphatase-2B (PP2B) activation (3). Glial glutamate transporte

11、rs (GLT) also influence Kv2.1 dephosphorylation through their regulation of extrasynaptic NMDARKv2.1 channel coupling Trends in Neurosciences Vol.33 No.7 動作電位在突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生： EPSP在軸突的始段達到-52mV左 右時，就可以引發(fā)動作電位。 始段爆發(fā)的動作電位向兩個方向 擴布。 逆向擴布的動作電位將刷新神經(jīng) 元胞體的狀態(tài)。 信息流 突觸傳遞的逆向調(diào)節(jié)突觸傳遞的逆向調(diào)節(jié) 信息流 Neuron 63, July 30, 2021 電突觸電

12、突觸 電突觸的結(jié)構(gòu)電突觸的結(jié)構(gòu) 電突觸的分布和功能電突觸的分布和功能 Electrical synapse： nervous system，cardiac muscle,smooth muscle and liver。 電鏡發(fā)現(xiàn)：哺乳類動物的大腦皮層感覺區(qū)星狀電鏡發(fā)現(xiàn)：哺乳類動物的大腦皮層感覺區(qū)星狀cell,小腦皮層藍細小腦皮層藍細 胞與星狀細胞，視網(wǎng)膜水平細胞與雙極細胞，嗅球的僧帽細胞以及胞與星狀細胞，視網(wǎng)膜水平細胞與雙極細胞，嗅球的僧帽細胞以及 神經(jīng)膠質(zhì)細胞均存在著電突觸。神經(jīng)膠質(zhì)細胞均存在著電突觸。 Function： in excitable cell:電突觸雙向快速傳遞，傳遞空間減少

13、，則傳電突觸雙向快速傳遞，傳遞空間減少，則傳 遞更有效，突觸靈活性增加，有利于機能相似的細胞進行同步活動。遞更有效，突觸靈活性增加，有利于機能相似的細胞進行同步活動。 低電阻通路還可調(diào)節(jié)細胞間小分子量物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。而細胞間的化學(xué)低電阻通路還可調(diào)節(jié)細胞間小分子量物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。而細胞間的化學(xué) 突觸傳遞易于受到代謝障礙的明顯影響，而電突觸具有較大的耐受突觸傳遞易于受到代謝障礙的明顯影響，而電突觸具有較大的耐受 力。力。 in nonexcitable cell:它是和生長代謝的控制，胚胎的發(fā)育及分化它是和生長代謝的控制，胚胎的發(fā)育及分化 等現(xiàn)象有關(guān)。它可運輸某些代謝產(chǎn)物和營養(yǎng)物質(zhì)。等現(xiàn)象有關(guān)。它可運輸某

14、些代謝產(chǎn)物和營養(yǎng)物質(zhì)。 電突觸突觸電位電突觸突觸電位 兩個膜緊密接觸，離子通道相通兩個膜緊密接觸，離子通道相通 離子離子 膠質(zhì)細胞對突觸傳遞的影響膠質(zhì)細胞對突觸傳遞的影響 膠質(zhì)細胞的數(shù)量是神經(jīng)元的膠質(zhì)細胞的數(shù)量是神經(jīng)元的 十倍！十倍！ 人腦中有約人腦中有約1000億個神經(jīng)元億個神經(jīng)元 似乎膠質(zhì)細胞更為重要但是對于大腦的獨特功能來說，神經(jīng)元更為重似乎膠質(zhì)細胞更為重要但是對于大腦的獨特功能來說，神經(jīng)元更為重 要！要！ 緣由：神經(jīng)元能夠感知環(huán)境的變化并將信息傳遞給其它神經(jīng)元指令機緣由：神經(jīng)元能夠感知環(huán)境的變化并將信息傳遞給其它神經(jīng)元指令機 體作出反應(yīng)。體作出反應(yīng)。 但是越來越多的研究正但是越來越多的

15、研究正 使我們對膠質(zhì)細胞的功使我們對膠質(zhì)細胞的功 能發(fā)生全新的改變。能發(fā)生全新的改變。 有人研究愛因斯坦的大有人研究愛因斯坦的大 腦后發(fā)現(xiàn)其大腦的膠質(zhì)腦后發(fā)現(xiàn)其大腦的膠質(zhì) 細胞量顯著高于普通人細胞量顯著高于普通人 70！ 新的研究已經(jīng)證明膠質(zhì)新的研究已經(jīng)證明膠質(zhì) 細胞在神經(jīng)元信息處理細胞在神經(jīng)元信息處理 過程中有著有著重要作過程中有著有著重要作 用。用。 Mechanisms regulating glial glutamate transporter levels. Astrocytes play an active role in the removal of neurotransmitt

16、ers from the synapse via transport mechanisms. Glutamate transporters in astrocytes enveloping synapses limit glutamate spillover and modulate synaptic transmission and plasticity. Presynaptic terminals induce in astrocytes the transcriptional activation of GLT1, via KBBP. The EphA4/ephrinA3 neurona

17、strocyte communication limits glutamate transporter abundance, thereby contributing to modulation of synaptic plasticity. The tripartite synapse. When neurotransmitters are released from the presynaptic neuron (1), astrocytic metabotropic glutamate receptors (mGluRs) are activated leading to a rise

18、in Ca2+ ions in the astrocyte (2) and the release of neuroactive substances from astrocytes. These gliotransmitters act back on the neuron and regulate presynaptic function or modulate the response of the postsynaptic neuron. (a) Glutamate released from astrocytes (3) can act postsynaptically on NMD

19、ARs thereby enhancing excitability of the neuron and synchronizing neuronal activity (4); glutamate also acts presynaptically on mGluRs or NMDARs thereby increasing transmitter release probability (Pr) (5). (b) The release of D-serine (3) acts on the glycinebinding site of NMDARs and can regulate sy

20、naptic plasticity (4). Astrocytic ATP release (5) contributes to synaptic scaling by acting on purinergic P2X receptors (6). Adenosine, a product of ATP release (7), activates presynaptic A1Rs (8) and suppresses glutamate release. Interplay between astrocytes, neurons and the vasculature. (a) Astroc

21、ytes are connected via gap junctions and form networks that associate with several, possibly many synapses. Astrocytic networks are considered active elements of neural circuits, exhibiting calcium excitability and processing information. (b) The neurovascular unit. Astrocytes, either as individuals

22、 (as shown here) or as part of a larger network, couple synapses and blood capillaries to control cognitive functions. The response characteristics of individual astrocytes and neurons in the visual cortex are closely coupled. 沉默突觸沉默突觸Silence synapse） 沉默是金！Silence is gold！ whose existence has been r

23、ecognized long ago (Mendell 1984） 普遍認為，在神經(jīng)元的發(fā)育早期，大多數(shù)突觸后膜上普遍認為，在神經(jīng)元的發(fā)育早期，大多數(shù)突觸后膜上 只含只含NMDA受體而不含受體而不含AMPA受體。隨著神經(jīng)系統(tǒng)的受體。隨著神經(jīng)系統(tǒng)的 發(fā)育成熟，發(fā)育成熟，AMPA受體的轉(zhuǎn)運上膜后才有大量功能性受體的轉(zhuǎn)運上膜后才有大量功能性 突觸的產(chǎn)生。研究者也習(xí)慣的把只含突觸的產(chǎn)生。研究者也習(xí)慣的把只含NMDA受體的突受體的突 觸定義為沉默突觸觸定義為沉默突觸silent synapse）。）。 概念概念 暫時沒有信息傳遞功能的突觸 Involvement of presynaptically o

24、r postsynaptically silent synapses in LTP maintenance. Presynaptic terminals contacting postsynaptic spines are schematically represented before and after LTP. (a) In presynaptically silent synapses (yellow) with low release probability (Pr) no responses can be detected before LTP (upper trace) in s

25、pite the expression of functional AMPARs and NMDARs on the subsynaptic membrane. After LTP, the increased Pr leads to the appearance of synaptic responses (after LTP, upper trace). In a synapse with low Pr (green) before LTP (lower trace), Pr can become closer to 1 as a result of LTP induction so that no failures a