Aktív zóna - Active zone

Aktív zóna
A tipikus központi idegrendszeri szinapszis diagramja. Az aktív zóna fehérjéi sötétbarna piramisokként vannak ábrázolva a felső idegsejt terminálisán
Részletek
Azonosítók
latin	zona activa
TH	H2.00.06.2.00012
A mikroanatómia anatómiai fogalmai [ szerkesztés a Wikidatán ]

Az aktív zóna vagy a szinaptikus aktív zóna egy olyan kifejezés, amelyet Couteaux és Pecot-Dechavassinein használt először 1970-ben a neurotranszmitter felszabadulás helyének meghatározására . Két idegsejt szoros kapcsolatban áll egymással az úgynevezett szinapszisok révén, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy kommunikáljanak egymással. Amint a szomszédos ábra mutatja, a szinapszis egy neuron preszinaptikus boutonjából áll, amely neurotranszmittert tartalmazó vezikulákat tárol (a képen a legfelső), és egy második, posztszinaptikus idegsejtből, amely a neurotranszmitter receptorait viseli (alul), valamint egy rés a kettő között, az úgynevezett szinaptikus hasadék (szinaptikus adhéziós molekulákkal, SAM-okkal, a kettőt összetartva). Amikor egy akciós potenciál eléri a preszinaptikus boutont, a vezikulák tartalma felszabadul a szinaptikus hasadékba, és a felszabadult neurotranszmitter a hasadékon át a posztszinaptikus idegsejtbe (a kép alsó szerkezetébe) jut, és aktiválja a posztszinaptikus membrán receptorait.

Az aktív zóna a preszinaptikus boutonban az a régió, amely közvetíti a neurotranszmitter felszabadulását, és amely az preszinaptikus membránból és az aktív zónában citotrixnak nevezett sűrű fehérjegyűjteményből áll (CAZ). Az elektronmikroszkóp alatt látható, hogy a CAZ sötét (elektronsűrű) terület, amely közel van a membránhoz. A CAZ fehérje a szinaptikus vezikulákat a preszinaptikus membránhoz köti, és a szinaptikus vezikulák fúzióját közvetíti , lehetővé téve ezáltal a neurotranszmitter megbízható és gyors felszabadulását, amikor akciós potenciál érkezik.

Funkció

Az aktív zóna feladata annak biztosítása, hogy a neurotranszmitterek megbízhatóan felszabadulhassanak egy idegsejt meghatározott helyén, és csak akkor szabaduljanak fel, ha az idegsejt akciós potenciált indít el. Amint egy akciós potenciál az axonon keresztül terjed, eléri az axon terminált, amelyet preszinaptikus boutonnak neveznek. A preszinaptikus boutonban az akciós potenciál aktiválja a kalciumcsatornákat (VDCC), amelyek helyi kalcium beáramlást okoznak. A kalcium növekedését az aktív zónában lévő fehérjék detektálják, és a neurotranszmittert tartalmazó vezikulákat összeolvadásra kényszeríti a membránnal. A vezikulák és a membrán fúziója felszabadítja a neurotranszmittereket a szinaptikus hasadékba (a preszinaptikus bouton és a posztszinaptikus membrán közötti tér). A neurotranszmitterek ezután diffundálnak a hasadékon, és kötődnek a ligandumkapu ioncsatornákhoz és a posztszinaptikus membrán G-fehérjéhez kapcsolt receptoraihoz . A neurotranszmitterek kötődése a posztszinaptikus receptorokhoz ezután változást vált ki a posztszinaptikus neuronban. A neurotranszmitterek felszabadulásának és a posztszinaptikus receptorokhoz való kötődésének a folyamatát, hogy a posztszinaptikus idegsejtben változást idézzen elő, neurotranszmissziónak nevezzük.

Szerkezet

Az aktív zónában található fehérjék diagramja

Az aktív zóna az összes eddig vizsgált kémiai szinapszisban jelen van, és minden állatfajban jelen van. Az eddig megvizsgált aktív zónáknak legalább két közös vonása van, mindegyik fehérje-sűrű anyaggal rendelkezik, amely a membránból kinyúlik, és a membránhoz közeli szinaptikus vezikulákat feszít, és hosszú fonalas nyúlványai vannak, amelyek a membránból származnak, és a hólyagoktól kissé távolabb végződnek. a preszinaptikus membrán. A fehérje sűrű vetületek mérete és alakja a vizsgált szinapszis típusától függően változik. A sűrű vetület egyik szembetűnő példája a szalag-szinapszis (lásd alább), amely fehérje-sűrű anyagú "szalagot" tartalmaz, amelyet szinaptikus vezikulák halo vesz körül, és merőleges a preszinaptikus membránra, és akár 500 nm is lehet. A glutamát-szinapszis kisebb piramisszerű struktúrákat tartalmaz, amelyek körülbelül 50 nm-re nyúlnak el a membrántól. A neuromuszkuláris szinapszis két vezikulasort tartalmaz, köztük hosszú fehérjeszalaggal, amely a sávra merőlegesen és a membránnal párhuzamosan szabályosan elosztott vízszintes bordákhoz kapcsolódik. Ezeket a bordákat ezután összekapcsolják a vezikulákkal, amelyek mindegyike a membránban lévő csap (feltehetően kalciumcsatorna) felett helyezkedik el. Korábbi kutatások azt mutatták, hogy a glutamaterg idegsejtek aktív zónája nagyon szabályos piramis alakú fehérje sűrű anyagot tartalmaz, és jelezte, hogy ezeket a piramisokat filamentumok kötik össze. Ez a szerkezet hasonlított egy geometriai rácsra, ahol a vezikulákat a rács furataiba vezették. Ez a vonzó modell a legutóbbi kísérletek során kérdésessé vált. A legfrissebb adatok azt mutatják, hogy a glutamaterg aktív zóna valóban tartalmazza a sűrű fehérjeanyag-vetületeket, de ezek a vetületek nem voltak szabályos tömbben, és hosszú, kb. 80 nm-es szálakat tartalmaztak a citoplazmába.

Legalább öt fő állványfehérje van, amelyek az aktív zónában dúsulnak; UNC13B / Munc13, RIMS1 (Rab3-kölcsönhatásban lévő molekula), fagott, Piccolo / aczonin, ELKS és liprin-α . Úgy gondolják, hogy ezek az állványfehérjék az aktív zóna sűrű piramisszerű szerkezeteinek alkotóelemei, és úgy gondolják, hogy a szinaptikus vezikulákat a preszinaptikus membrán és a kalciumcsatornák közvetlen közelébe viszik. Az ELKS fehérje kötődik a sejtadhéziós fehérjéhez, a β-neurexinhez és a komplexen belüli más fehérjékhez, például a Piccolo-hoz és a Fagotthoz. A β-neurexin ezután kötődik a sejtadhéziós molekulához, a posztszinaptikus membránon elhelyezkedő neuroliginhez . A neuroligin ezután kölcsönhatásba lép a fehérjékkel, amelyek a posztszinaptikus receptorokhoz kötődnek. A Piccolo / ELKS / β-neurexin / neuroligin közötti fehérjehatás kölcsönhatások biztosítják, hogy a vezikulák fúzióját közvetítő mechanizmus a kalciumcsatornák közvetlen közelében legyen, és a vezikulák fúziója szomszédos legyen a posztszinaptikus receptorokkal. Ez a közeli vezikulumfúzió és a posztszinaptikus receptorok biztosítják, hogy a posztszinaptikus receptorok aktiválása és a neurotranszmitterek felszabadulása között kevés késés legyen.

Neurotranszmitter kioldó mechanizmus

A vezikulák felszabadító gépei.

A neurotranszmitter felszabadulása a neurotranszmitter vezikulák fúziójával valósul meg a preszinaptikus membránnal. Bár ennek a mechanizmusnak a részleteit még vizsgálják, a folyamat egyes részleteiben egyetértés van. A preszinaptikus membránnal történő szinaptikus vezikulum fúzióról ismert, hogy csak egy, szorosan kapcsolódó kalciumcsatornától kell a kalcium helyi növekedését és nagyon stabil SNARE komplexek képződését igényelni . A szinaptikus vezikulák fúziójának egyik uralkodó modellje, hogy a SNARE komplex képződését az aktív zóna fehérjéi, például Munc18, Munc13 és RIM katalizálják. Úgy gondolják, hogy ennek a komplexnek a kialakulása "előkészíti" a vezikulát, hogy készen álljon a vezikulák fúziójára és a neurotranszmitter felszabadítására (lásd alább: oldható medence). A vezikulum alapozása után a komplex kötődik a SNARE komplexhez, ezt "superprimer" -nek nevezzük. A felülraktározott vezikulák a könnyen felszabadítható medencében vannak (lásd alább), és készen állnak a gyors felszabadításra. Az akciós potenciál érkezése feszültségtől függő kalciumcsatornákat nyit meg a SNARE / komplex komplex közelében. Ezután a kalcium kötődik a szinaptotagmin konformációjának megváltoztatásához . A konformáció ezen változása lehetővé teszi a szinaptotagmin számára, hogy ezután kiszorítsa a kompleint, kötődjön a SNARE komplexhez és a célmembránhoz. Amikor a szinaptotagmin mind a SNARE komplexhez, mind a membránhoz kötődik, ez mechanikus erőt vált ki a membránon, így a vezikulum membrán és a preszinaptikus membrán összeolvad. Ez a fúzió egy membránpórust nyit meg, amely felszabadítja a neurotranszmittert. A pórus mérete addig nő, amíg az egész vezikulamembrán megkülönböztethetetlen a preszinaptikus membrántól.

Szinaptikus hólyagciklus

A preszinaptikus aktív zóna és a szinaptikus vezikulum ciklus

A preszinaptikus bouton hatékonyan vezeti a vezikulákat a preszinaptikus membránhoz fuzionálva, hogy felszabadítsa a neurotranszmittereket és regenerálja a neurotranszmitter vezikulákat. Ez a szinaptikus vezikulaciklusnak nevezett folyamat fenntartja a vezikulák számát a preszinaptikus boutonban, és lehetővé teszi, hogy a szinaptikus terminál autonóm egység legyen. A ciklus azzal kezdődik, hogy (1) a golgi-készülék egy részét lecsípik a szinaptikus vezikulum kialakításához, és ezt a vezikulát a szinaptikus terminálba szállítják. A (2) terminálnál a vezikulát neurotranszmitterrel töltjük meg. (3) A vezikulát az aktív zónába szállítjuk, és a plazmamembrán közvetlen közelében dokkoljuk. (4) Akciós potenciál során a vezikula összeolvad a membránnal, felszabadítja a neurotranszmittert, és lehetővé teszi, hogy a vezikulán korábban található membránfehérjék diffundálódjanak a periactív zónába. (5) A periactív zónában a membránfehérjék elkülönülnek, és endocitózissá válnak, és egy klatrinnel bevont vezikulumot képeznek . (6) A vezikulát ezután megtöltik neurotranszmitterrel, majd visszaszállítják az aktív zónába.

Az endocitózis mechanizmusa lassabb, mint az exocitózis mechanizmusa. Ez azt jelenti, hogy intenzív aktivitás esetén a vezikulum a terminálban kimerülhet, és már nem áll rendelkezésre a felszabaduláshoz. A szinaptikus vezikulák kimerülésének megelőzése érdekében a kalcium intenzív aktivitás során történő növekedése aktiválhatja a kalcineurint, amely defoszforilálja a klathrin által közvetített endocitózisban részt vevő fehérjéket.

Vezikulás medencék

A szinapszis legalább két szinaptikus vezikulumcsoportot tartalmaz, a könnyen felszabadítható medencét és a tartalék medencét. A könnyen felszabadítható medence az aktív zónán belül helyezkedik el, és közvetlenül kapcsolódik a preszinaptikus membránhoz, míg a tartalék medencét citoszkeletális csoportok alkotják, és nem kapcsolódik közvetlenül az aktív zónához.

Oldható medence

A felszabadítható medence az aktív zónában található, és közvetlenül a preszinaptikus membránhoz van kötve. Az aktív zónában lévő fehérjék stabilizálják, a SNARE fehérjék pedig a preszinaptikus membránhoz kötik . Ezek a vezikulák egyetlen akciós potenciállal képesek felszabadulni, és a tartalék medencéből vezikulák töltik fel őket. A felszabadítható medence néha fel van osztva a könnyen felszabadítható medencére és a felszabadítható medencére.

Tartalék medence

A tartalék medence nincs közvetlenül kapcsolódva az aktív zónához. A preszinaptikus kalciumkoncentráció növekedése aktiválja a kalcium – kalmodulin-függő protein-kinázt (CaMK). A CaMK foszforilez egy fehérjét, a szinapszint , amely közvetíti a tartalék medence vezikulusainak csoportosulását és a citoszkeletonhoz való kapcsolódást. A szinapszin foszforilezése mobilizálja a vezikulákat a tartalék medencében, és lehetővé teszi számukra, hogy az aktív zónába vándoroljanak, és feltöltsék a könnyen felszabaduló medencét.

Periactív zóna

A periactív zóna körülveszi az aktív zónát, és a preszinaptikus terminál endocitózisának a helye. A periactív zónában az állványfehérjék, például az intersectin 1 olyan fehérjéket toboroz, amelyek közvetítik az endocitózist, például a dinamint , a clathrint és az endofilint. A Drosophilia A intersectin homológ, Dap160, található, a periactive zónában a neuromuszkuláris junkció és a mutáns Dap160 lebontó szinaptikus vezikulák során nagyfrekvenciás stimulálás.

Szalag szinapszis aktív zóna

A szalagszinapszis egy speciális típusú szinapszis, amely megtalálható az érzékszervi idegsejtekben, például a fotoreceptor sejtekben , a retina bipoláris sejtjeiben és a szőrsejtekben . A szalagos szinapszisok sűrű fehérjeszerkezetet tartalmaznak, amely a preszinaptikus membránra merőleges vezikulumok tömbjét feszíti. Az elektronmikrográfban szalagszerű szerkezetként merőleges a membránra. A „hagyományos” szinapszistól eltérően a szalagos szinapszisok fenntarthatják a vezikulák fokozatos felszabadulását. Más szóval, minél depolarizáltabb egy neuron, annál nagyobb a vezikulum fúziójának sebessége. A szalag szinapszis aktív zónája két régióra oszlik, az archiform sűrűségre és a szalagra. Az archiform sűrűség a vezikulák fúziójának helye, és a szalag a vezikulák felszabadítható készletét tárolja. A szalagszerkezet elsősorban a RIBEYE fehérjéből áll, a szalag térfogatának körülbelül 64–69% -ából, és állványfehérjékkel, például Fagottgal kötik össze az archiform sűrűséggel.

Fehérjék

A neurotranszmitter felszabadulásának mérése

A membrán kapacitásának változását bemutató diagram a vezikulák fúziója előtti (felső) és utáni (középső és alsó) fúzió előtt.

A neurotranszmitter felszabadulását úgy lehet mérni, hogy meghatározzuk a posztszinaptikus potenciál amplitúdóját, miután az akciós potenciált kiváltottuk a preszinaptikus idegsejtben. A neurotranszmitter felszabadulásának ilyen módon történő mérése problematikus lehet, mert a posztszinaptikus idegsejt hatása ugyanannyi felszabadult neurotranszmitterre idővel megváltozhat. Egy másik módszer a vezikulum fúziójának mérése a preszinaptikus membránnal közvetlenül tapasz pipetta segítségével . A sejtmembrán kondenzátornak tekinthető , mivel a membrán mindkét oldalán pozitív és negatív ionok vannak tárolva. Minél nagyobb a membrán területe, annál több ion szükséges ahhoz, hogy a membránt egy bizonyos potenciálnál tartsa. Az elektrofiziológiában ez azt jelenti, hogy a terminálba áramoltatott injekcióhoz kevesebb idő szükséges a membrán feltöltéséhez egy adott potenciálig a vezikulum fúziója előtt, mint a vezikulum fúziója után. Mérjük a membrán potenciálra töltésének időtartamát és a membrán ellenállását, és ezekkel az értékekkel kiszámítható a membrán kapacitása a Tau / Resistance = Capacitance egyenlettel. Ezzel a technikával a kutatók közvetlenül mérhetik a szinaptikus vezikulák felszabadulását a preszinaptikus terminál membránkapacitásának növekedésével.

Lásd még

• Páros pulzus megkönnyítése
• Posztszinaptikus sűrűség

Hivatkozások