Молекулярна нейронаука — це розділ нейронауки, який вивчає концепції молекулярної біології, застосовані до нервової системи. Ця галузь зосереджується на молекулярних основах функціонування мозку та діяльності нервової системи. Молекулярна нейронаука охоплює такі теми, як молекулярна нейроанатомія, механізми молекулярної сигналізації в нервовій системі, вплив генетики та епігенетики на розвиток нейронів, а також молекулярні основи нейропластичності та нейродегенеративних захворювань — вивчаючи все це на молекулярному рівні.
Як і молекулярна біологія, молекулярна нейронаука є відносно новою галуззю, яка бурхливо розвивається. Вивчаючи молекулярні структури та взаємодію нейронів і гліальних клітин, дослідники молекулярної нейронауки досліджують таємниці функціонування та дисфункції мозку та розробляють нові методи лікування неврологічних розладів. За останні кілька десятиліть молекулярна нейронаука стала міждисциплінарною галуззю, що швидко розвивається, спираючись на методи біохімії та нейрохімії, генетики й епігенетики, біофізики, нейрофізіології, нейровізуалізації тощо.
Історія
Поле молекулярної нейронауки сягає корінням у середину 20-го століття, коли дослідники почали розгадувати хімічні та молекулярні основи нейротрансмісії — передачі сигналів нейронами, переважно завдяки нейромедіаторам. У 1950-х і 1960-х роках дослідження таких учених, як Бернард Кац, Ульф фон Ейлер і Джульєс Аксельрод, привели до відкриття нейромедіаторів і розробки концепції синаптичної передачі.
У 1970-х і 1980-х роках прогрес у методах молекулярної біології дозволив клонувати та охарактеризувати багато рецепторів нейромедіаторів та іонних каналів. Ці відкриття привели до глибшого розуміння молекулярних механізмів передачі нейронних сигналів і забезпечили нові цілі для розробки ліків.
У 1990-х і 2000-х роках галузь молекулярної нейронауки розширилася, щоб охопити вивчення нейронного розвитку та нейропластичності. Дослідники почали ідентифікувати молекулярні шляхи та сигнальні молекули, що беруть участь у диференціації нейронів, та синаптичній пластичності.
Сьогодні молекулярна нейронаука — це галузь, що швидко розвивається, і охоплює широкий спектр тем, від генетичної основи неврологічних розладів до розробки нових методів лікування захворювань мозку. Дослідники використовують такі передові методи, як , секвенування окремих клітин і візуалізація мозку, щоб отримати нові знання про молекулярну основу функції та дисфункції мозку.
Молекуляні основи нейротрансмісії
Молекулярні основи передачі нейронних сигналів відноситься до складної серії подій, які відбуваються на молекулярному рівні для забезпечення зв’язку між нейронами та іншими клітинами нервової системи. На самому базовому рівні передача нейронних сигналів включає вивільнення нейромедіаторів з одного нейрона, які потім зв’язуються з рецепторами іншого нейрона для передачі сигналу.
Вивільнення нейромедіаторів опосередковується різноманітними молекулярними механізмами, включаючи відкриття напругозалежних кальцієвих каналів у пресинаптичному нейроні та подальше злиття синаптичних везикул із плазматичною мембраною пресинаптичного нейрона. Після вивільнення нейромедіатори зв’язуються зі специфічними рецепторами постсинаптичного нейрона, запускаючи каскад внутрішньоклітинних сигнальних подій, які зрештою призводять до змін у активності нейронів.
Молекулярні компоненти нейронної сигналізації включають іонні канали, рецептори нейромедіаторів, внутрішньоклітинні сигнальні молекули та цитоскелетні білки. Іонні канали відіграють вирішальну роль у генеруванні та передачі електричних сигналів у нейронах, забезпечуючи швидке поширення потенціалів дії вздовж аксонів. Рецептори нейромедіаторів, включаючи ліганд-керовані іонні канали та G-білкові рецептори, опосередковують вплив нейромедіаторів на постсинаптичні нейрони.
Внутрішньоклітинні сигнальні молекули, такі як циклічний АМФ, іони кальцію та протеїнкінази, відіграють ключову роль у модулюванні активності та пластичності нейронів. Білки цитоскелета, такі як актин і мікротрубочки, також важливі для підтримки структури і функції нейронів і регуляції синаптичної пластичності.
Загалом, молекулярна основа передачі нейронних сигналів є складним і динамічним процесом, який включає широкий спектр молекулярних компонентів і сигнальних шляхів. Розуміючи молекулярні механізми, що лежать в основі передачі нейронних сигналів, дослідники сподіваються отримати нові знання про функціонування мозку та нервової системи, а також розробити нові методи лікування неврологічних розладів.
Розташування нейромедіаторів
На молекулярному рівні зв'язок між нейронами, зазвичай, відбувається шляхом хімічної передачі через проміжки між клітинами, які називаються синапсами. Хімічні речовини, що передаються, відомі як нейромедіатори (нейротрансмітери), регулюють значну частину життєво важливих функцій організму.
За допомогою методів маркування можливо визначити місцезнаходження конкретних нейромедіаторів. Також можливо хімічно ідентифікувати певні нейромедіатори, наприклад, катехоламіни, шляхом фіксації зрізів нервової тканини формальдегідом. Це може призвести до флуоресценції, спричиненої формальдегідом, під впливом ультрафіолетового світла. Дофамін був ідентифікований у нематоди C. elegans за допомогою цієї методики.
Імуноцитохімія — ще одна цікава методика, яка передбачає вироблення антитіл проти цільових хімічних або біологічних об'єктів. Досліджуваний нейромедіатор може бути спеціально позначений первинними та вторинними антитілами з радіоактивним маркуванням, щоб ідентифікувати нейромедіатор авторадіографією. Наявність нейромедіаторів (хоча не обов'язково розташування) можна спостерігати за допомогою імуноцитохімії з ферментами або імуноферментних аналізів (ELISA), у яких зв'язування субстрату в ферментативних аналізах може індукувати преципітати, флуорофори або хемілюмінесценцію.
У випадку, якщо нейромедіатори неможливо ідентифікувати гістохімічно, альтернативним методом є визначення їх місцезнаходження за механізмами нейронного поглинання.
Напругозалежні іонні канали
Збудливі клітини в живих організмах мають потенціалзалежні іонні канали. Їх можливо спостерігати по всій нервовій системі в нейронах. Першими охарактеризованими іонними каналами були натрієві та калієві іонні канали А. Л. Ходжкіна та А. Ф. Хакслі в 1950-х роках після вивчення гігантського аксона кальмарів роду Loligo. Їхні дослідження продемонстрували вибіркову проникність клітинних мембран, залежну від фізіологічних умов, і електричні ефекти, які є результатом цієї проникності для створення потенціалів дії.
Іонні натрієві канали
Натрієві канали були першими напругозалежними іонними каналами, виділеними Шосаку Нумою в 1984 році у вугра Electrophorus electricus. Токсин риби-фугу тетродотоксин (ТТХ), блокатор натрієвих каналів, був використаний для виділення білка натрієвого каналу шляхом його зв'язування за допомогою техніки колонкової хроматографії для хімічного розділення. Амінокислотну послідовність білка аналізували за допомогою деградації Едмана, а потім використовували для створення бібліотеки комплементарних ДНК, яку можна було б використовувати для клонування канального білка. Клонування самого каналу дозволило використовувати такі програми, як ідентифікація тих самих каналів в інших тварин. Відомо, що натрієві канали працюють узгоджено з калієвими під час розвитку градуйованих потенціалів і потенціалів дії. Натрієві канали забезпечують приплив іонів Na + до нейрона, що призводить до деполяризації мембранного потенціалу спокою нейрона, що призводить до градуйованого потенціалу або потенціалу дії, залежно від ступеня деполяризації.
Іонні калієві канали
Калієві канали бувають різноманітних форм, присутні в більшості еукаріотичних клітин і, як правило, мають тенденцію стабілізувати клітинну мембрану на рівні потенціалу калієвої рівноваги. Як і у випадку з іонами натрію, градуйовані потенціали та потенціали дії також залежать від калієвих каналів. Тоді як приплив іонів Na + до нейрона викликає деполяризацію клітини, вихід іонів K + з нейрона викликає реполяризацію клітини до потенціалу спокою мембрани. Активація самих калієвих іонних каналів залежна від деполяризації в результаті надходження Na + під час потенціалу дії.
Як і натрієві канали, калієві канали мають власні токсини, які блокують дію білка каналу. Прикладом такого токсину є великий катіон, тетраетиламоній (TEA), але слід зазначити, що токсин не має однакового механізму дії на всі калієві канали, враховуючи різноманітність типів каналів у різних видів. Наявність калієвих каналів було вперше виявлено у мух-мутантів Drosophila melanogaster, які неконтрольовано тремтіли під час анестезії через проблеми в клітинній реполяризації, що призвело до аномальної електрофізіології нейронів і м'язів. Калієві канали вперше були ідентифіковані шляхом маніпулювання молекулярною генетикою (мух) замість очищення білка каналу, оскільки на момент відкриття не було відомих високоафінних лігандів для калієвих каналів (таких як TEA).
Іонні кальцієві канали
Кальцієві канали важливі для певних клітинних сигнальних каскадів, а також для вивільнення нейромедіаторів в синапси з кінців аксонів. Різні типи іонних кальцієвих каналів знайдено в збудливих клітинах. Як і канали іонів натрію, канали іонів кальцію були виділені та клоновані методами хроматографічного очищення. Примітно, як і у випадку вивільнення нейромедіаторів, що кальцієві канали можуть взаємодіяти з внутрішньоклітинними білками та відіграють значну роль у передачі сигналів, особливо в таких місцях, як саркоплазматичний ретикулум м'язових клітин.
Див. також — Вторинні посередники.
Рецептори
Різні типи рецепторів можуть бути використані для передачі сигналів клітини і зв'язку, та можуть включати іонотропні рецептори та метаботропні рецептори. Ці типи рецепторів клітинної поверхні відрізняються за механізмом і тривалістю дії, причому іонотропні рецептори пов'язані зі швидкою передачею сигналу, а метаботропні рецептори пов'язані з повільною передачею сигналу. Метаботропні рецептори охоплюють широкий спектр рецепторів клітинної поверхні з помітно різними сигнальними каскадами.
Іонотропні рецептори
Іонотропні рецептори, також відомі як ліганд-залежні іонні канали, є швидкодіючими рецепторами, які опосередковують нейронні та фізіологічні функції за допомогою потоку іонних каналів із зв'язуванням ліганду. Нікотинові, ГАМК і глутаматні рецептори є одними з рецепторів клітинної поверхні, які регулюються потоком ліганд-залежних іонних каналів. ГАМК є основним гальмівним нейромедіатором мозку, а глутамат є основним збуджуючим нейромедіатором мозку.
ГАМК-рецептори
Відомо, що рецептори ГАМК А і ГАМК С є іонотропними, тоді як рецептор ГАМК В є метаботропним. Рецептори ГАМК А опосередковують швидкі гальмівні реакції в центральній нервовій системі (ЦНС) і знаходяться на нейронах, гліальних клітинах і клітинах мозкової речовини надниркових залоз. Він відповідає за індукцію припливу іонів Cl - до клітин, тим самим зменшуючи ймовірність того, що деполяризація мембрани відбудеться після надходження градуйованого потенціалу або потенціалу дії. Рецептори ГАМК також можуть взаємодіяти з неендогенними лігандами, впливаючи на активність. Наприклад, сполука діазепам є алостеричним агоністом, який підвищує спорідненість рецептора до ГАМК. Посилені фізіологічні гальмівні ефекти в результаті збільшення зв'язування ГАМК роблять діазепам корисним транквілізатором або протисудомним засобом (протиепілептичним засобам). З іншого боку, ГАМК-рецептори також можуть бути спрямовані шляхом зменшення притоку Cl - клітин за допомогою ефекту конвульсантів, таких як пікротоксин. Антагоністичний механізм дії цієї сполуки не стосується безпосередньо рецептора ГАМК, але існують інші сполуки, які здатні до алостеричної інактивації, включаючи Т-бутилбіциклофоротіонат (TBPS) і пентилентетразол (PZT). Порівняно з ГАМК А рецептори ГАМК С мають вищу спорідненість до ГАМК, вони, імовірно, будуть тривалішими в активності, і їх відповіді, ймовірно, будуть спричинені нижчими концентраціями ГАМК.
Глутаматні рецептори
Іонотропні глутаматні рецептори можуть включати NMDA, AMPA та каїнатні рецептори. Ці рецептори названі на честь агоністів, які сприяють активності глутамату. NMDA-рецептори відомі своїми збудливими механізмами, що впливають на пластичність нейронів у навчанні та пам'яті, а також на невропатології, такі як епілепсія. Рецептори NDMA мають кілька сайтів зв'язування, як іонотропні рецептори ГАМК, і на них можуть впливати коагоністи, такі як нейромедіатор гліцин або фенциклідин (PCP). Рецептори NMDA проводять струм за допомогою іонів Ca 2+ і можуть блокуватися позаклітинними іонами Mg 2+ залежно від напруги та мембранного потенціалу. Цей приплив Ca 2+ посилюється збуджуючими постсинаптичними потенціалами (EPSP), створюваними рецепторами NMDA, активуючи каскади сигналів на основі Ca 2+ (наприклад, вивільнення нейромедіатора). AMPA генерує коротші та більші збуджуючі постсинаптичні струми, ніж інші іонотропні рецептори глутамату.
Нікотинові АХ рецептори
Нікотинові рецептори зв'язують нейромедіатор ацетилхоліну (ACh), створюючи неселективний потік катіонних каналів, який генерує збудливі постсинаптичні реакції. Активність рецепторів, на яку може впливати споживання нікотину, викликає відчуття розслаблення та неминуче звикання у високих рівнях.
Метаботропні рецептори
Метаботропні рецептори є рецепторами повільної реакції в постсинаптичних клітинах. Як правило, ці повільні реакції характеризуються більш складними внутрішньоклітинними змінами в біохімії. Реакція поглинання нейромедіатора метаботропними рецепторами може призвести до активації внутрішньоклітинних ферментів і каскадів за участю вторинних месенджерів, як у випадку з рецепторами, пов'язаними з білком G. Різні метаботропні рецептори можуть включати певні глутаматні рецептори, мускаринові рецептори ACh, рецептори GABA B і рецептори тирозинкіназ.
G-білок-спряжені рецептори
Сигнальний каскад, пов'язаний з G-білком, може значно підсилювати сигнал певного нейромедіатора, щоб виробляти від сотень до тисяч вторинних посередників (месенджерів) у клітині. Механізм дії, за допомогою якого G-білок-спряжені рецептори, викликають сигнальний каскад, полягає в наступному:
- Нейромедіатор зв'язується з рецептором
- Рецептор зазнає конформаційних змін, щоб забезпечити зв'язування G-білкового комплексу
- Гуанозиндифосфат (ГДФ) обмінюється з гуанозинтрифосфатом (ГТФ) після зв'язування білкового комплексу G з рецептором
- α-субодиниця білкового комплексу G зв'язується з ГТФ і відокремлюється для зв'язування з цільовим білком, таким як аденілатциклаза
- Зв'язування з білком-мішенню або збільшує, або зменшує швидкість виробництва другого месенджера (наприклад, циклічного АМФ).
- ГТФаза гідролізує α-субодиницю таким чином, що зв'язується з ГДФ, а α-субодиниця повертається до G-білкового комплексу в неактивному стані.
Вивільнення нейромедіатора
Нейромедіатори вивільняються окремими порціями у формі мікро-пухирців, від закінчення аксона одного нейрона до дендритів іншого через синапс. Ці пухирці були ідентифіковані за допомогою електронної мікроскопії і названі синаптичними везикулами. Є два типи везикул — малі синаптичні везикули (SSV), які мають діаметр приблизно 40-60 нм, і великі везикули зі щільним ядром (LDCV), електронно-щільні везикули діаметром приблизно 120—200 нм. Перший утворюється з ендосом і містить такі нейромедіатори, як ацетилхолін, глутамат, ГАМК і гліцин. Останній походить від апарату Гольджі та містить більші нейромедіатори, такі як катехоламіни та інші пептидні нейромедіатори. Нейромедіатори вивільняються з закінчення аксона та зв'язуються з постсинаптичними дендритами наступним чином:
- Мобілізація/залучення синаптичної везикули з цитоскелету аксона нейрона
- Зв'язування (докінг) везикули з пресинаптичною мембраною
- Праймування везикул АТФ (відносно повільний крок)
- Злиття праймованої везикули з пресинаптичною мембраною та екзоцитоз розміщеного нейромедіатора
- Захоплення нейромедіаторів рецепторами постсинаптичної клітини
- Ініціація або гальмування потенціалу дії в постсинаптичній клітині залежно від того, чи є нейромедіатори збудливими чи гальмівними
Кальцій-залежне вивільнення нейромедіаторів
Вивільнення нейромедіаторів залежить від зовнішнього надходження іонів Ca2+, які потрапляють в кінці аксона через напругозалежні кальцієві канали. Везикулярне злиття з кінцевою мембраною та вивільнення нейромедіатора викликано генерацією градієнтів Ca2+, викликаних вхідними потенціалами дії. Іони Ca2+ спричиняють мобілізацію новосинтезованих везикул із резервного пулу для злиття з мембраною. Цей механізм дії був виявлений у гігантських аксонах кальмарів. Зниження внутрішньоклітинних іонів Ca2+ забезпечує прямий інгібуючий ефект на вивільнення нейромедіаторів. Після того, як відбувається вивільнення нейромедіатора, везикулярні мембрани повертаються на місце їхнього виробництва. Кальцієві іонні канали можуть відрізнятися залежно від локалізації. Наприклад, канали в терміналі аксона відрізняються від типових кальцієвих каналів тіла клітини. Навіть на кінцях аксонів типи каналів іонів кальцію можуть змінюватися, як у випадку з кальцієвими каналами типу Р, розташованими в нервово-м'язовому з'єднанні.
Експресія генів в нейронах
Експресія генів — це процес, за допомогою якого генетична інформація використовується для синтезу білків та інших функціональних молекул у клітинах. У нейронах експресія генів є високорегульованим і динамічним процесом, який має вирішальне значення для розвитку, функціонування та пластичності нейронів.
Нейрони мають унікальний профіль експресії генів, який відображає їхні спеціалізовані функції та зв’язок у . Вони експресують широкий спектр генів, залучених до синтезу нейромедіаторів, експресії іонних каналів і синаптичної функції, а також генів, залучених до регуляції росту та виживання нейронів.
Одним з важливих аспектів експресії генів у нейронах є її динамічна регуляція у відповідь на сигнали навколишнього середовища та активність. Наприклад, активність нейронів може викликати зміни в експресії генів через активацію факторів транскрипції та інших сигнальних молекул. Ці зміни в експресії генів можуть призвести до змін нейронного зв’язку та пластичності, а також до змін у поведінці та пізнанні (див. Нейропластичність).
Іншим важливим аспектом експресії генів у нейронах є її регуляція на рівні структури хроматину та епігенетичних модифікацій. Структура хроматину відноситься до упаковки ДНК у нуклеосоми та структури вищого порядку, які можуть впливати на експресію генів шляхом модуляції доступу до послідовності ДНК. Епігенетичні модифікації, такі як метилювання ДНК і ацетилювання гістонів, також можуть модулювати експресію генів, змінюючи доступність послідовності ДНК для факторів транскрипції та інших регуляторних молекул.
Загалом, експресія генів у нейронах є складним і динамічним процесом, необхідним для належного функціонування нервової системи. Розуміючи молекулярні механізми, що лежать в основі експресії генів у нейронах, дослідники можуть отримати нове уявлення про розвиток, функціонування та пластичність нейронних ланцюгів, а також визначити нові мішені для лікування неврологічних розладів.
Епігенетика головного мозку
На багато функцій мозку можна впливати на клітинному та молекулярному рівнях шляхом варіацій і змін у експресії генів, не змінюючи послідовності ДНК в організмі. Це інакше відомо як епігенетична регуляція. Приклади епігенетичних механізмів включають модифікації гістонів і метилювання ДНК. Було встановлено, що такі зміни сильно впливають на захворювання мозку, психічні захворювання та залежність. Було показано, що епігенетичний контроль бере участь у високих рівнях пластичності на ранніх етапах розвитку, що визначає його важливість у критичний період організму. Приклади того, як епігенетичні зміни можуть впливати на людський мозок:
- Більш високі рівні метилювання в генах рРНК в гіпокампі головного мозку призводять до зниження виробництва білків і, таким чином, обмежена функція гіпокампа може призвести до погіршення навчання та пам'яті.
- У дослідженні, яке порівнювало генетичні відмінності між здоровими людьми та психіатричними пацієнтами, було виявлено 60 різних епігенетичних маркерів, пов'язаних із сигналізацією клітин мозку.
- Фактори навколишнього середовища, такі як жорстоке поводження з дітьми, ймовірно, викликають експресію епігенетичної мітки на глюкокортикоїдних рецепторах (пов'язаних із реакціями на стрес). Це приклад пластичності, що залежить від досвіду.
- Збагачення навколишнього середовища в окремих людей пов'язане зі збільшенням ацетилювання гена гістону гіпокампу і, таким чином, покращенням консолідації пам'яті (зокрема, просторової пам'яті).
Молекулярні механізми нейродегенеративних захворювань
Ексайтотоксичність і глутаматні рецептори
Ексайтотоксичність — це явище, при якому глутаматні рецептори активуються неналежним надмірним чином. Це може бути викликано тривалою збуджувальною синаптичною передачею, при якій високі рівні нейромедіатора глутамату викликають надмірну активацію постсинаптичного нейрона, що може призвести до смерті постсинаптичного нейрона. Було виявлено, що після травми головного мозку (наприклад, ішемії) ексайтотоксичність є значною причиною пошкодження нейронів. Це пояснюється тим, що коли раптова перфузія крові після зниження кровотоку до мозку може призвести до надмірної синаптичної активності, спричиненої наявністю підвищеного вмісту глутамату та аспартату в період ішемії.
Хвороба Альцгеймера
Хвороба Альцгеймера є найпоширенішим нейродегенеративним захворюванням і є найпоширенішою формою деменції у літніх людей. Розлад характеризується прогресуючою втратою пам'яті та різних когнітивних функцій. Існує гіпотеза, що відкладення амілоїд-β пептиду у мозку є невід'ємною частиною захворюваності на хворобу Альцгеймера. Вважається, що накопичення блокує довгострокове потенціювання гіпокампу. Також можливо, що рецептор для олігомерів амілоїду-β може бути пріонним білком.
Хвороба Паркінсона
Хвороба Паркінсона є другим за поширеністю нейродегенеративним захворюванням після хвороби Альцгеймера. Це гіпокінетична (обмежена рухливість тіла) хвороба базальних гангліїв, спричинена втратою дофамінергічних нейронів у чорній субстанції мозку людини. Таким чином, гальмівний відтік базальних гангліїв не зменшується, і тому верхні моторні нейрони, опосередковані таламусом, не активуються своєчасно. Специфічні симптоми включають ригідність, проблеми з поставою, повільні рухи та тремор. Блокування ГАМК-рецепторів від середніх колючих (spiny) нейронів до сітчастих клітин викликає пригнічення верхніх рухових нейронів, подібне до гальмування, яке відбувається при хворобі Паркінсона.
Хвороба Гентінгтона
Хвороба Гентінгтона — це гіперкінетична (надмірна рухливість тіла) хвороба базальних гангліїв, спричинена відсутністю нормальних гальмівних надходжень від середніх шипуватих нейронів базальних гангліїв. Це створює протилежні наслідки тим, що пов'язані з хворобою Паркінсона, включаючи невідповідну активацію верхніх рухових нейронів. Агоніст ГАМК, введений у сітчасту чорну речовину, зменшує гальмування верхніх мотонейронів, що призводить до балістичних мимовільних рухових рухів, подібних до симптомів хвороби Хантінгтона.
Література
Журнали
- Molecular and Cellular Neurosciences
- Molecular Neurobiology
- Cellular and Molecular Neurobiology
- Molecular Neurodegeneration
- Journal of Molecular Neuroscience
- NeuroMolecular Medicine
- Frontiers in Molecular Neuroscience
Книги
- Kandel, E. R., Schwartz, J. H., & Jessell, T. M. (2000). Principles of neural science (4th ed.). McGraw-Hill, Health Professions Division.
- John H. Byrne, Ruth Heidelberger and M. Neal. (2014). From Molecules to Networks An Introduction to Cellular and Molecular Neuroscience. Academic Press.
- Gordon M. Shepherd. (2003). The synaptic organization of the brain. Oxford ; New York :Oxford University Press.
- Alberts B. Johnson A. Lewis J. Morgan D. Raff M. C. Roberts K. Walter P. Wilson J. H. & Hunt T. (2015). Molecular biology of the cell (6th ed). Garland Science Taylor and Francis Group.
Див. також
НейронаукаМолекулярна нейронаука Молекулярна нейронаука у Вікісховищі - Нейрохімія
- Клітинна нейронаука
- Системна нейронаука
- Нейропластичність
- Нейромедіатори
- Нейропептиди
- Потенціал дії
Примітки
- Longstaff, Alan; Revest, Patricia (1998). Molecular Neuroscience. Garland Science. ISBN .
- Snyder, Solomon H. (14 жовтня 2009). Neurotransmitters, Receptors, and Second Messengers Galore in 40 Years. Journal of Neuroscience (англ.). Т. 29, № 41. с. 12717—12721. doi:10.1523/JNEUROSCI.3670-09.2009. ISSN 0270-6474. PMC 6665300. PMID 19828781. Процитовано 20 березня 2023.
{{}}
: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом () - Changeux, Jean-Pierre (2020-04). Discovery of the First Neurotransmitter Receptor: The Acetylcholine Nicotinic Receptor. Biomolecules (англ.). Т. 10, № 4. с. 547. doi:10.3390/biom10040547. ISSN 2218-273X. PMC 7226243. PMID 32260196. Процитовано 20 березня 2023.
{{}}
: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом () Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом () - Giladi, Eliezer; Nagalla, Srinivasa R.; Spindel, Eliot R. (1 березня 1993). Molecular cloning and characterization of receptors for the mammalian bombesin-like peptides. Journal of Molecular Neuroscience (англ.). Т. 4, № 1. с. 41—54. doi:10.1007/BF02736689. ISSN 1559-1166. Процитовано 20 березня 2023.
- . Архів оригіналу за 25 September 2019. Процитовано 1 листопада 2013.
- Riddle, Donald (1998). C. Elegans II. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN .
- Hodgkin, Allan L.; Andrew F. Huxley (1952). The dual effect of membrane potential on sodium conductance in the giant axon of Loligo. The Journal of Physiology. 116 (4): 497—506. doi:10.1113/jphysiol.1952.sp004719. PMC 1392212. PMID 14946715.
- Purves, Dale (2012). Neuroscience (вид. 5th). Massachusetts, USA: Sinauer Associates, Inc. с. 80. ISBN .
- Kamb, Alexander; Linda E. Iverson; Mark A. Tanouye (31 липня 1987). Molecular characterization of Shaker, a Drosophila gene that encodes a potassium channel. Cell. 50 (3): 405—413. doi:10.1016/0092-8674(87)90494-6. PMID 2440582.
- Davies, R. Wayne; Brian J. Morris (1997). Molecular Biology of the Neuron. Oxford, UK: BIOS Scientific Publishers Ltd. ISBN .
- Dipolo, R.; C. Caputo; F. Bezanilla (March 1983). Voltage-dependent calcium channel in the squid axon. Proc Natl Acad Sci U S A. 80 (6): 1743—1745. Bibcode:1983PNAS...80.1743D. doi:10.1073/pnas.80.6.1743. PMC 393680. PMID 6300873.
- West, Anne E.; Greenberg, Michael E. (1 червня 2011). Neuronal Activity–Regulated Gene Transcription in Synapse Development and Cognitive Function. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology (англ.). Т. 3, № 6. с. a005744. doi:10.1101/cshperspect.a005744. ISSN 1943-0264. PMC 3098681. PMID 21555405. Процитовано 20 березня 2023.
{{}}
: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом () - Gibney, E. R.; Nolan, C. M. (2010-07). Epigenetics and gene expression. Heredity (англ.). Т. 105, № 1. с. 4—13. doi:10.1038/hdy.2010.54. ISSN 1365-2540. Процитовано 20 березня 2023.
- Sharma, Rajiv P.; Grayson, Dennis R.; Guidotti, Alessandro; Costa, Erminio (2005-07). Chromatin, DNA methylation and neuron gene regulation--the purpose of the package. Journal of psychiatry & neuroscience: JPN. Т. 30, № 4. с. 257—263. ISSN 1180-4882. PMC 1160561. PMID 16049569. Процитовано 20 березня 2023.
- Nothof, Sophie A.; Magdinier, Frédérique; Van-Gils, Julien (2022-04). Chromatin Structure and Dynamics: Focus on Neuronal Differentiation and Pathological Implication. Genes (англ.). Т. 13, № 4. с. 639. doi:10.3390/genes13040639. ISSN 2073-4425. PMC 9029427. PMID 35456445. Процитовано 20 березня 2023.
{{}}
: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом () Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом () - Epigenetics and the Human Brain. Genetics Science and Learning Center at The University of Utah. Процитовано 10 листопада 2013.
- Fagiolini, Michela; Catherin L. Jensen; Frances A. Champagne (2009). (PDF). Current Opinion in Neurobiology. 19 (2): 1—6. doi:10.1016/j.conb.2009.05.009. PMC 2745597. PMID 19545993. Архів оригіналу (PDF) за 22 червня 2010. Процитовано 14 листопада 2013.
- Tsankova, Nadia; Renthal, William; Kumar, Arvind; Nestler, Eric J. (2007). Epigenetic Regulation in Psychiatric Disorders. Nature Reviews Neuroscience. 8 (5): 355—367. doi:10.1038/nrn2132. PMID 17453016.
- Lau, A.; M. Tymianski (2010). Glutamate receptors, neurotoxicity and neurodegeneration. Pflügers Arch. 460 (2): 525—542. doi:10.1007/s00424-010-0809-1. PMID 20229265.
- Laren, Juha; David A. Gimbel; Haakon B. Nygaard; John W. Gilbert (February 2009). Cellular prion protein mediates impairment of synaptic plasticity by amyloid-β oligomers. Nature. 457 (7233): 1128—1132. Bibcode:2009Natur.457.1128L. doi:10.1038/nature07761. PMC 2748841. PMID 19242475.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Molekulyarna nejronauka ce rozdil nejronauki yakij vivchaye koncepciyi molekulyarnoyi biologiyi zastosovani do nervovoyi sistemi Cya galuz zoseredzhuyetsya na molekulyarnih osnovah funkcionuvannya mozku ta diyalnosti nervovoyi sistemi Molekulyarna nejronauka ohoplyuye taki temi yak molekulyarna nejroanatomiya mehanizmi molekulyarnoyi signalizaciyi v nervovij sistemi vpliv genetiki ta epigenetiki na rozvitok nejroniv a takozh molekulyarni osnovi nejroplastichnosti ta nejrodegenerativnih zahvoryuvan vivchayuchi vse ce na molekulyarnomu rivni Molekulyarnij viglyad glutamatergichnogo sinapsu Yak i molekulyarna biologiya molekulyarna nejronauka ye vidnosno novoyu galuzzyu yaka burhlivo rozvivayetsya Vivchayuchi molekulyarni strukturi ta vzayemodiyu nejroniv i glialnih klitin doslidniki molekulyarnoyi nejronauki doslidzhuyut tayemnici funkcionuvannya ta disfunkciyi mozku ta rozroblyayut novi metodi likuvannya nevrologichnih rozladiv Za ostanni kilka desyatilit molekulyarna nejronauka stala mizhdisciplinarnoyu galuzzyu sho shvidko rozvivayetsya spirayuchis na metodi biohimiyi ta nejrohimiyi genetiki j epigenetiki biofiziki nejrofiziologiyi nejrovizualizaciyi tosho IstoriyaPole molekulyarnoyi nejronauki syagaye korinnyam u seredinu 20 go stolittya koli doslidniki pochali rozgaduvati himichni ta molekulyarni osnovi nejrotransmisiyi peredachi signaliv nejronami perevazhno zavdyaki nejromediatoram U 1950 h i 1960 h rokah doslidzhennya takih uchenih yak Bernard Kac Ulf fon Ejler i Dzhulyes Akselrod priveli do vidkrittya nejromediatoriv i rozrobki koncepciyi sinaptichnoyi peredachi U 1970 h i 1980 h rokah progres u metodah molekulyarnoyi biologiyi dozvoliv klonuvati ta oharakterizuvati bagato receptoriv nejromediatoriv ta ionnih kanaliv Ci vidkrittya priveli do glibshogo rozuminnya molekulyarnih mehanizmiv peredachi nejronnih signaliv i zabezpechili novi cili dlya rozrobki likiv U 1990 h i 2000 h rokah galuz molekulyarnoyi nejronauki rozshirilasya shob ohopiti vivchennya nejronnogo rozvitku ta nejroplastichnosti Doslidniki pochali identifikuvati molekulyarni shlyahi ta signalni molekuli sho berut uchast u diferenciaciyi nejroniv ta sinaptichnij plastichnosti Sogodni molekulyarna nejronauka ce galuz sho shvidko rozvivayetsya i ohoplyuye shirokij spektr tem vid genetichnoyi osnovi nevrologichnih rozladiv do rozrobki novih metodiv likuvannya zahvoryuvan mozku Doslidniki vikoristovuyut taki peredovi metodi yak sekvenuvannya okremih klitin i vizualizaciya mozku shob otrimati novi znannya pro molekulyarnu osnovu funkciyi ta disfunkciyi mozku Molekulyani osnovi nejrotransmisiyiMolekulyarni osnovi peredachi nejronnih signaliv vidnositsya do skladnoyi seriyi podij yaki vidbuvayutsya na molekulyarnomu rivni dlya zabezpechennya zv yazku mizh nejronami ta inshimi klitinami nervovoyi sistemi Na samomu bazovomu rivni peredacha nejronnih signaliv vklyuchaye vivilnennya nejromediatoriv z odnogo nejrona yaki potim zv yazuyutsya z receptorami inshogo nejrona dlya peredachi signalu Vivilnennya nejromediatoriv oposeredkovuyetsya riznomanitnimi molekulyarnimi mehanizmami vklyuchayuchi vidkrittya naprugozalezhnih kalciyevih kanaliv u presinaptichnomu nejroni ta podalshe zlittya sinaptichnih vezikul iz plazmatichnoyu membranoyu presinaptichnogo nejrona Pislya vivilnennya nejromediatori zv yazuyutsya zi specifichnimi receptorami postsinaptichnogo nejrona zapuskayuchi kaskad vnutrishnoklitinnih signalnih podij yaki zreshtoyu prizvodyat do zmin u aktivnosti nejroniv Molekulyarni komponenti nejronnoyi signalizaciyi vklyuchayut ionni kanali receptori nejromediatoriv vnutrishnoklitinni signalni molekuli ta citoskeletni bilki Ionni kanali vidigrayut virishalnu rol u generuvanni ta peredachi elektrichnih signaliv u nejronah zabezpechuyuchi shvidke poshirennya potencialiv diyi vzdovzh aksoniv Receptori nejromediatoriv vklyuchayuchi ligand kerovani ionni kanali ta G bilkovi receptori oposeredkovuyut vpliv nejromediatoriv na postsinaptichni nejroni Vnutrishnoklitinni signalni molekuli taki yak ciklichnij AMF ioni kalciyu ta proteyinkinazi vidigrayut klyuchovu rol u modulyuvanni aktivnosti ta plastichnosti nejroniv Bilki citoskeleta taki yak aktin i mikrotrubochki takozh vazhlivi dlya pidtrimki strukturi i funkciyi nejroniv i regulyaciyi sinaptichnoyi plastichnosti Zagalom molekulyarna osnova peredachi nejronnih signaliv ye skladnim i dinamichnim procesom yakij vklyuchaye shirokij spektr molekulyarnih komponentiv i signalnih shlyahiv Rozumiyuchi molekulyarni mehanizmi sho lezhat v osnovi peredachi nejronnih signaliv doslidniki spodivayutsya otrimati novi znannya pro funkcionuvannya mozku ta nervovoyi sistemi a takozh rozrobiti novi metodi likuvannya nevrologichnih rozladiv Roztashuvannya nejromediatoriv Na molekulyarnomu rivni zv yazok mizh nejronami zazvichaj vidbuvayetsya shlyahom himichnoyi peredachi cherez promizhki mizh klitinami yaki nazivayutsya sinapsami Himichni rechovini sho peredayutsya vidomi yak nejromediatori nejrotransmiteri regulyuyut znachnu chastinu zhittyevo vazhlivih funkcij organizmu Za dopomogoyu metodiv markuvannya mozhlivo viznachiti misceznahodzhennya konkretnih nejromediatoriv Takozh mozhlivo himichno identifikuvati pevni nejromediatori napriklad kateholamini shlyahom fiksaciyi zriziv nervovoyi tkanini formaldegidom Ce mozhe prizvesti do fluorescenciyi sprichinenoyi formaldegidom pid vplivom ultrafioletovogo svitla Dofamin buv identifikovanij u nematodi C elegans za dopomogoyu ciyeyi metodiki Imunocitohimiya she odna cikava metodika yaka peredbachaye viroblennya antitil proti cilovih himichnih abo biologichnih ob yektiv Doslidzhuvanij nejromediator mozhe buti specialno poznachenij pervinnimi ta vtorinnimi antitilami z radioaktivnim markuvannyam shob identifikuvati nejromediator avtoradiografiyeyu Nayavnist nejromediatoriv hocha ne obov yazkovo roztashuvannya mozhna sposterigati za dopomogoyu imunocitohimiyi z fermentami abo imunofermentnih analiziv ELISA u yakih zv yazuvannya substratu v fermentativnih analizah mozhe indukuvati precipitati fluorofori abo hemilyuminescenciyu U vipadku yaksho nejromediatori nemozhlivo identifikuvati gistohimichno alternativnim metodom ye viznachennya yih misceznahodzhennya za mehanizmami nejronnogo poglinannya Naprugozalezhni ionni kanali Struktura eukariotichnih potencialzalezhnih ionnih kanaliv kaliyu Zbudlivi klitini v zhivih organizmah mayut potencialzalezhni ionni kanali Yih mozhlivo sposterigati po vsij nervovij sistemi v nejronah Pershimi oharakterizovanimi ionnimi kanalami buli natriyevi ta kaliyevi ionni kanali A L Hodzhkina ta A F Haksli v 1950 h rokah pislya vivchennya gigantskogo aksona kalmariv rodu Loligo Yihni doslidzhennya prodemonstruvali vibirkovu proniknist klitinnih membran zalezhnu vid fiziologichnih umov i elektrichni efekti yaki ye rezultatom ciyeyi proniknosti dlya stvorennya potencialiv diyi Ionni natriyevi kanali Natriyevi kanali buli pershimi naprugozalezhnimi ionnimi kanalami vidilenimi Shosaku Numoyu v 1984 roci u vugra Electrophorus electricus Toksin ribi fugu tetrodotoksin TTH blokator natriyevih kanaliv buv vikoristanij dlya vidilennya bilka natriyevogo kanalu shlyahom jogo zv yazuvannya za dopomogoyu tehniki kolonkovoyi hromatografiyi dlya himichnogo rozdilennya Aminokislotnu poslidovnist bilka analizuvali za dopomogoyu degradaciyi Edmana a potim vikoristovuvali dlya stvorennya biblioteki komplementarnih DNK yaku mozhna bulo b vikoristovuvati dlya klonuvannya kanalnogo bilka Klonuvannya samogo kanalu dozvolilo vikoristovuvati taki programi yak identifikaciya tih samih kanaliv v inshih tvarin Vidomo sho natriyevi kanali pracyuyut uzgodzheno z kaliyevimi pid chas rozvitku gradujovanih potencialiv i potencialiv diyi Natriyevi kanali zabezpechuyut pripliv ioniv Na do nejrona sho prizvodit do depolyarizaciyi membrannogo potencialu spokoyu nejrona sho prizvodit do gradujovanogo potencialu abo potencialu diyi zalezhno vid stupenya depolyarizaciyi Ionni kaliyevi kanali Kaliyevi kanali buvayut riznomanitnih form prisutni v bilshosti eukariotichnih klitin i yak pravilo mayut tendenciyu stabilizuvati klitinnu membranu na rivni potencialu kaliyevoyi rivnovagi Yak i u vipadku z ionami natriyu gradujovani potenciali ta potenciali diyi takozh zalezhat vid kaliyevih kanaliv Todi yak pripliv ioniv Na do nejrona viklikaye depolyarizaciyu klitini vihid ioniv K z nejrona viklikaye repolyarizaciyu klitini do potencialu spokoyu membrani Aktivaciya samih kaliyevih ionnih kanaliv zalezhna vid depolyarizaciyi v rezultati nadhodzhennya Na pid chas potencialu diyi Yak i natriyevi kanali kaliyevi kanali mayut vlasni toksini yaki blokuyut diyu bilka kanalu Prikladom takogo toksinu ye velikij kation tetraetilamonij TEA ale slid zaznachiti sho toksin ne maye odnakovogo mehanizmu diyi na vsi kaliyevi kanali vrahovuyuchi riznomanitnist tipiv kanaliv u riznih vidiv Nayavnist kaliyevih kanaliv bulo vpershe viyavleno u muh mutantiv Drosophila melanogaster yaki nekontrolovano tremtili pid chas anesteziyi cherez problemi v klitinnij repolyarizaciyi sho prizvelo do anomalnoyi elektrofiziologiyi nejroniv i m yaziv Kaliyevi kanali vpershe buli identifikovani shlyahom manipulyuvannya molekulyarnoyu genetikoyu muh zamist ochishennya bilka kanalu oskilki na moment vidkrittya ne bulo vidomih visokoafinnih ligandiv dlya kaliyevih kanaliv takih yak TEA Ionni kalciyevi kanali Kalciyevi kanali vazhlivi dlya pevnih klitinnih signalnih kaskadiv a takozh dlya vivilnennya nejromediatoriv v sinapsi z kinciv aksoniv Rizni tipi ionnih kalciyevih kanaliv znajdeno v zbudlivih klitinah Yak i kanali ioniv natriyu kanali ioniv kalciyu buli vidileni ta klonovani metodami hromatografichnogo ochishennya Primitno yak i u vipadku vivilnennya nejromediatoriv sho kalciyevi kanali mozhut vzayemodiyati z vnutrishnoklitinnimi bilkami ta vidigrayut znachnu rol u peredachi signaliv osoblivo v takih miscyah yak sarkoplazmatichnij retikulum m yazovih klitin Div takozh Vtorinni poseredniki Receptori Rizni tipi receptoriv mozhut buti vikoristani dlya peredachi signaliv klitini i zv yazku ta mozhut vklyuchati ionotropni receptori ta metabotropni receptori Ci tipi receptoriv klitinnoyi poverhni vidriznyayutsya za mehanizmom i trivalistyu diyi prichomu ionotropni receptori pov yazani zi shvidkoyu peredacheyu signalu a metabotropni receptori pov yazani z povilnoyu peredacheyu signalu Metabotropni receptori ohoplyuyut shirokij spektr receptoriv klitinnoyi poverhni z pomitno riznimi signalnimi kaskadami Ionotropni receptori Prototipne zobrazhennya ionotropnogo receptora u vipadku potoku ioniv Ca 2 Ionotropni receptori takozh vidomi yak ligand zalezhni ionni kanali ye shvidkodiyuchimi receptorami yaki oposeredkovuyut nejronni ta fiziologichni funkciyi za dopomogoyu potoku ionnih kanaliv iz zv yazuvannyam ligandu Nikotinovi GAMK i glutamatni receptori ye odnimi z receptoriv klitinnoyi poverhni yaki regulyuyutsya potokom ligand zalezhnih ionnih kanaliv GAMK ye osnovnim galmivnim nejromediatorom mozku a glutamat ye osnovnim zbudzhuyuchim nejromediatorom mozku GAMK receptori Vidomo sho receptori GAMK A i GAMK S ye ionotropnimi todi yak receptor GAMK V ye metabotropnim Receptori GAMK A oposeredkovuyut shvidki galmivni reakciyi v centralnij nervovij sistemi CNS i znahodyatsya na nejronah glialnih klitinah i klitinah mozkovoyi rechovini nadnirkovih zaloz Vin vidpovidaye za indukciyu priplivu ioniv Cl do klitin tim samim zmenshuyuchi jmovirnist togo sho depolyarizaciya membrani vidbudetsya pislya nadhodzhennya gradujovanogo potencialu abo potencialu diyi Receptori GAMK takozh mozhut vzayemodiyati z neendogennimi ligandami vplivayuchi na aktivnist Napriklad spoluka diazepam ye alosterichnim agonistom yakij pidvishuye sporidnenist receptora do GAMK Posileni fiziologichni galmivni efekti v rezultati zbilshennya zv yazuvannya GAMK roblyat diazepam korisnim trankvilizatorom abo protisudomnim zasobom protiepileptichnim zasobam Z inshogo boku GAMK receptori takozh mozhut buti spryamovani shlyahom zmenshennya pritoku Cl klitin za dopomogoyu efektu konvulsantiv takih yak pikrotoksin Antagonistichnij mehanizm diyi ciyeyi spoluki ne stosuyetsya bezposeredno receptora GAMK ale isnuyut inshi spoluki yaki zdatni do alosterichnoyi inaktivaciyi vklyuchayuchi T butilbicikloforotionat TBPS i pentilentetrazol PZT Porivnyano z GAMK A receptori GAMK S mayut vishu sporidnenist do GAMK voni imovirno budut trivalishimi v aktivnosti i yih vidpovidi jmovirno budut sprichineni nizhchimi koncentraciyami GAMK Glutamatni receptori Ionotropni glutamatni receptori mozhut vklyuchati NMDA AMPA ta kayinatni receptori Ci receptori nazvani na chest agonistiv yaki spriyayut aktivnosti glutamatu NMDA receptori vidomi svoyimi zbudlivimi mehanizmami sho vplivayut na plastichnist nejroniv u navchanni ta pam yati a takozh na nevropatologiyi taki yak epilepsiya Receptori NDMA mayut kilka sajtiv zv yazuvannya yak ionotropni receptori GAMK i na nih mozhut vplivati koagonisti taki yak nejromediator glicin abo fenciklidin PCP Receptori NMDA provodyat strum za dopomogoyu ioniv Ca 2 i mozhut blokuvatisya pozaklitinnimi ionami Mg 2 zalezhno vid naprugi ta membrannogo potencialu Cej pripliv Ca 2 posilyuyetsya zbudzhuyuchimi postsinaptichnimi potencialami EPSP stvoryuvanimi receptorami NMDA aktivuyuchi kaskadi signaliv na osnovi Ca 2 napriklad vivilnennya nejromediatora AMPA generuye korotshi ta bilshi zbudzhuyuchi postsinaptichni strumi nizh inshi ionotropni receptori glutamatu Nikotinovi AH receptori Nikotinovi receptori zv yazuyut nejromediator acetilholinu ACh stvoryuyuchi neselektivnij potik kationnih kanaliv yakij generuye zbudlivi postsinaptichni reakciyi Aktivnist receptoriv na yaku mozhe vplivati spozhivannya nikotinu viklikaye vidchuttya rozslablennya ta neminuche zvikannya u visokih rivnyah Metabotropni receptori Kaskad peredachi signaliv receptora pov yazanogo z G bilkom Metabotropni receptori ye receptorami povilnoyi reakciyi v postsinaptichnih klitinah Yak pravilo ci povilni reakciyi harakterizuyutsya bilsh skladnimi vnutrishnoklitinnimi zminami v biohimiyi Reakciya poglinannya nejromediatora metabotropnimi receptorami mozhe prizvesti do aktivaciyi vnutrishnoklitinnih fermentiv i kaskadiv za uchastyu vtorinnih mesendzheriv yak u vipadku z receptorami pov yazanimi z bilkom G Rizni metabotropni receptori mozhut vklyuchati pevni glutamatni receptori muskarinovi receptori ACh receptori GABA B i receptori tirozinkinaz G bilok spryazheni receptori Signalnij kaskad pov yazanij z G bilkom mozhe znachno pidsilyuvati signal pevnogo nejromediatora shob viroblyati vid soten do tisyach vtorinnih poserednikiv mesendzheriv u klitini Mehanizm diyi za dopomogoyu yakogo G bilok spryazheni receptori viklikayut signalnij kaskad polyagaye v nastupnomu Nejromediator zv yazuyetsya z receptorom Receptor zaznaye konformacijnih zmin shob zabezpechiti zv yazuvannya G bilkovogo kompleksu Guanozindifosfat GDF obminyuyetsya z guanozintrifosfatom GTF pislya zv yazuvannya bilkovogo kompleksu G z receptorom a subodinicya bilkovogo kompleksu G zv yazuyetsya z GTF i vidokremlyuyetsya dlya zv yazuvannya z cilovim bilkom takim yak adenilatciklaza Zv yazuvannya z bilkom mishennyu abo zbilshuye abo zmenshuye shvidkist virobnictva drugogo mesendzhera napriklad ciklichnogo AMF GTFaza gidrolizuye a subodinicyu takim chinom sho zv yazuyetsya z GDF a a subodinicya povertayetsya do G bilkovogo kompleksu v neaktivnomu stani Vivilnennya nejromediatora Struktura sinapsu de vidbuvayetsya vivilnennya ta poglinannya nejromediatoriv Nejromediatori vivilnyayutsya okremimi porciyami u formi mikro puhirciv vid zakinchennya aksona odnogo nejrona do dendritiv inshogo cherez sinaps Ci puhirci buli identifikovani za dopomogoyu elektronnoyi mikroskopiyi i nazvani sinaptichnimi vezikulami Ye dva tipi vezikul mali sinaptichni vezikuli SSV yaki mayut diametr priblizno 40 60 nm i veliki vezikuli zi shilnim yadrom LDCV elektronno shilni vezikuli diametrom priblizno 120 200 nm Pershij utvoryuyetsya z endosom i mistit taki nejromediatori yak acetilholin glutamat GAMK i glicin Ostannij pohodit vid aparatu Goldzhi ta mistit bilshi nejromediatori taki yak kateholamini ta inshi peptidni nejromediatori Nejromediatori vivilnyayutsya z zakinchennya aksona ta zv yazuyutsya z postsinaptichnimi dendritami nastupnim chinom Mobilizaciya zaluchennya sinaptichnoyi vezikuli z citoskeletu aksona nejrona Zv yazuvannya doking vezikuli z presinaptichnoyu membranoyu Prajmuvannya vezikul ATF vidnosno povilnij krok Zlittya prajmovanoyi vezikuli z presinaptichnoyu membranoyu ta ekzocitoz rozmishenogo nejromediatora Zahoplennya nejromediatoriv receptorami postsinaptichnoyi klitini Iniciaciya abo galmuvannya potencialu diyi v postsinaptichnij klitini zalezhno vid togo chi ye nejromediatori zbudlivimi chi galmivnimiKalcij zalezhne vivilnennya nejromediatoriv Vivilnennya nejromediatoriv zalezhit vid zovnishnogo nadhodzhennya ioniv Ca2 yaki potraplyayut v kinci aksona cherez naprugozalezhni kalciyevi kanali Vezikulyarne zlittya z kincevoyu membranoyu ta vivilnennya nejromediatora viklikano generaciyeyu gradiyentiv Ca2 viklikanih vhidnimi potencialami diyi Ioni Ca2 sprichinyayut mobilizaciyu novosintezovanih vezikul iz rezervnogo pulu dlya zlittya z membranoyu Cej mehanizm diyi buv viyavlenij u gigantskih aksonah kalmariv Znizhennya vnutrishnoklitinnih ioniv Ca2 zabezpechuye pryamij ingibuyuchij efekt na vivilnennya nejromediatoriv Pislya togo yak vidbuvayetsya vivilnennya nejromediatora vezikulyarni membrani povertayutsya na misce yihnogo virobnictva Kalciyevi ionni kanali mozhut vidriznyatisya zalezhno vid lokalizaciyi Napriklad kanali v terminali aksona vidriznyayutsya vid tipovih kalciyevih kanaliv tila klitini Navit na kincyah aksoniv tipi kanaliv ioniv kalciyu mozhut zminyuvatisya yak u vipadku z kalciyevimi kanalami tipu R roztashovanimi v nervovo m yazovomu z yednanni Ekspresiya geniv v nejronahEkspresiya geniv eukariot Ekspresiya geniv ce proces za dopomogoyu yakogo genetichna informaciya vikoristovuyetsya dlya sintezu bilkiv ta inshih funkcionalnih molekul u klitinah U nejronah ekspresiya geniv ye visokoregulovanim i dinamichnim procesom yakij maye virishalne znachennya dlya rozvitku funkcionuvannya ta plastichnosti nejroniv Nejroni mayut unikalnij profil ekspresiyi geniv yakij vidobrazhaye yihni specializovani funkciyi ta zv yazok u Voni ekspresuyut shirokij spektr geniv zaluchenih do sintezu nejromediatoriv ekspresiyi ionnih kanaliv i sinaptichnoyi funkciyi a takozh geniv zaluchenih do regulyaciyi rostu ta vizhivannya nejroniv Odnim z vazhlivih aspektiv ekspresiyi geniv u nejronah ye yiyi dinamichna regulyaciya u vidpovid na signali navkolishnogo seredovisha ta aktivnist Napriklad aktivnist nejroniv mozhe viklikati zmini v ekspresiyi geniv cherez aktivaciyu faktoriv transkripciyi ta inshih signalnih molekul Ci zmini v ekspresiyi geniv mozhut prizvesti do zmin nejronnogo zv yazku ta plastichnosti a takozh do zmin u povedinci ta piznanni div Nejroplastichnist Inshim vazhlivim aspektom ekspresiyi geniv u nejronah ye yiyi regulyaciya na rivni strukturi hromatinu ta epigenetichnih modifikacij Struktura hromatinu vidnositsya do upakovki DNK u nukleosomi ta strukturi vishogo poryadku yaki mozhut vplivati na ekspresiyu geniv shlyahom modulyaciyi dostupu do poslidovnosti DNK Epigenetichni modifikaciyi taki yak metilyuvannya DNK i acetilyuvannya gistoniv takozh mozhut modulyuvati ekspresiyu geniv zminyuyuchi dostupnist poslidovnosti DNK dlya faktoriv transkripciyi ta inshih regulyatornih molekul Zagalom ekspresiya geniv u nejronah ye skladnim i dinamichnim procesom neobhidnim dlya nalezhnogo funkcionuvannya nervovoyi sistemi Rozumiyuchi molekulyarni mehanizmi sho lezhat v osnovi ekspresiyi geniv u nejronah doslidniki mozhut otrimati nove uyavlennya pro rozvitok funkcionuvannya ta plastichnist nejronnih lancyugiv a takozh viznachiti novi misheni dlya likuvannya nevrologichnih rozladiv Epigenetika golovnogo mozku Epigenetichni mehanizmi Na bagato funkcij mozku mozhna vplivati na klitinnomu ta molekulyarnomu rivnyah shlyahom variacij i zmin u ekspresiyi geniv ne zminyuyuchi poslidovnosti DNK v organizmi Ce inakshe vidomo yak epigenetichna regulyaciya Prikladi epigenetichnih mehanizmiv vklyuchayut modifikaciyi gistoniv i metilyuvannya DNK Bulo vstanovleno sho taki zmini silno vplivayut na zahvoryuvannya mozku psihichni zahvoryuvannya ta zalezhnist Bulo pokazano sho epigenetichnij kontrol bere uchast u visokih rivnyah plastichnosti na rannih etapah rozvitku sho viznachaye jogo vazhlivist u kritichnij period organizmu Prikladi togo yak epigenetichni zmini mozhut vplivati na lyudskij mozok Bilsh visoki rivni metilyuvannya v genah rRNK v gipokampi golovnogo mozku prizvodyat do znizhennya virobnictva bilkiv i takim chinom obmezhena funkciya gipokampa mozhe prizvesti do pogirshennya navchannya ta pam yati U doslidzhenni yake porivnyuvalo genetichni vidminnosti mizh zdorovimi lyudmi ta psihiatrichnimi paciyentami bulo viyavleno 60 riznih epigenetichnih markeriv pov yazanih iz signalizaciyeyu klitin mozku Faktori navkolishnogo seredovisha taki yak zhorstoke povodzhennya z ditmi jmovirno viklikayut ekspresiyu epigenetichnoyi mitki na glyukokortikoyidnih receptorah pov yazanih iz reakciyami na stres Ce priklad plastichnosti sho zalezhit vid dosvidu Zbagachennya navkolishnogo seredovisha v okremih lyudej pov yazane zi zbilshennyam acetilyuvannya gena gistonu gipokampu i takim chinom pokrashennyam konsolidaciyi pam yati zokrema prostorovoyi pam yati Molekulyarni mehanizmi nejrodegenerativnih zahvoryuvanEksajtotoksichnist i glutamatni receptori Eksajtotoksichnist ce yavishe pri yakomu glutamatni receptori aktivuyutsya nenalezhnim nadmirnim chinom Ce mozhe buti viklikano trivaloyu zbudzhuvalnoyu sinaptichnoyu peredacheyu pri yakij visoki rivni nejromediatora glutamatu viklikayut nadmirnu aktivaciyu postsinaptichnogo nejrona sho mozhe prizvesti do smerti postsinaptichnogo nejrona Bulo viyavleno sho pislya travmi golovnogo mozku napriklad ishemiyi eksajtotoksichnist ye znachnoyu prichinoyu poshkodzhennya nejroniv Ce poyasnyuyetsya tim sho koli raptova perfuziya krovi pislya znizhennya krovotoku do mozku mozhe prizvesti do nadmirnoyi sinaptichnoyi aktivnosti sprichinenoyi nayavnistyu pidvishenogo vmistu glutamatu ta aspartatu v period ishemiyi Hvoroba Alcgejmera Hvoroba Alcgejmera ye najposhirenishim nejrodegenerativnim zahvoryuvannyam i ye najposhirenishoyu formoyu demenciyi u litnih lyudej Rozlad harakterizuyetsya progresuyuchoyu vtratoyu pam yati ta riznih kognitivnih funkcij Isnuye gipoteza sho vidkladennya amiloyid b peptidu u mozku ye nevid yemnoyu chastinoyu zahvoryuvanosti na hvorobu Alcgejmera Vvazhayetsya sho nakopichennya blokuye dovgostrokove potenciyuvannya gipokampu Takozh mozhlivo sho receptor dlya oligomeriv amiloyidu b mozhe buti prionnim bilkom Hvoroba Parkinsona Hvoroba Parkinsona ye drugim za poshirenistyu nejrodegenerativnim zahvoryuvannyam pislya hvorobi Alcgejmera Ce gipokinetichna obmezhena ruhlivist tila hvoroba bazalnih gangliyiv sprichinena vtratoyu dofaminergichnih nejroniv u chornij substanciyi mozku lyudini Takim chinom galmivnij vidtik bazalnih gangliyiv ne zmenshuyetsya i tomu verhni motorni nejroni oposeredkovani talamusom ne aktivuyutsya svoyechasno Specifichni simptomi vklyuchayut rigidnist problemi z postavoyu povilni ruhi ta tremor Blokuvannya GAMK receptoriv vid serednih kolyuchih spiny nejroniv do sitchastih klitin viklikaye prignichennya verhnih ruhovih nejroniv podibne do galmuvannya yake vidbuvayetsya pri hvorobi Parkinsona Hvoroba Gentingtona Hvoroba Gentingtona ce giperkinetichna nadmirna ruhlivist tila hvoroba bazalnih gangliyiv sprichinena vidsutnistyu normalnih galmivnih nadhodzhen vid serednih shipuvatih nejroniv bazalnih gangliyiv Ce stvoryuye protilezhni naslidki tim sho pov yazani z hvoroboyu Parkinsona vklyuchayuchi nevidpovidnu aktivaciyu verhnih ruhovih nejroniv Agonist GAMK vvedenij u sitchastu chornu rechovinu zmenshuye galmuvannya verhnih motonejroniv sho prizvodit do balistichnih mimovilnih ruhovih ruhiv podibnih do simptomiv hvorobi Hantingtona LiteraturaZhurnali Molecular and Cellular Neurosciences Molecular Neurobiology Cellular and Molecular Neurobiology Molecular Neurodegeneration Journal of Molecular Neuroscience NeuroMolecular Medicine Frontiers in Molecular NeuroscienceKnigi Kandel E R Schwartz J H amp Jessell T M 2000 Principles of neural science 4th ed McGraw Hill Health Professions Division John H Byrne Ruth Heidelberger and M Neal 2014 From Molecules to Networks An Introduction to Cellular and Molecular Neuroscience Academic Press ISBN 978 0 12 397179 1 Gordon M Shepherd 2003 The synaptic organization of the brain Oxford New York Oxford University Press ISBN 978 0195159561 Alberts B Johnson A Lewis J Morgan D Raff M C Roberts K Walter P Wilson J H amp Hunt T 2015 Molecular biology of the cell 6th ed Garland Science Taylor and Francis Group Div takozhMolekulyarna nejronauka Molekulyarna nejronauka u VikishovishiNejronauka Nejrohimiya Klitinna nejronauka Sistemna nejronauka Nejroplastichnist Nejromediatori Nejropeptidi Potencial diyiPrimitki Longstaff Alan Revest Patricia 1998 Molecular Neuroscience Garland Science ISBN 978 1859962503 Snyder Solomon H 14 zhovtnya 2009 Neurotransmitters Receptors and Second Messengers Galore in 40 Years Journal of Neuroscience angl T 29 41 s 12717 12721 doi 10 1523 JNEUROSCI 3670 09 2009 ISSN 0270 6474 PMC 6665300 PMID 19828781 Procitovano 20 bereznya 2023 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a Obslugovuvannya CS1 Storinki z PMC z inshim formatom posilannya Changeux Jean Pierre 2020 04 Discovery of the First Neurotransmitter Receptor The Acetylcholine Nicotinic Receptor Biomolecules angl T 10 4 s 547 doi 10 3390 biom10040547 ISSN 2218 273X PMC 7226243 PMID 32260196 Procitovano 20 bereznya 2023 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a Obslugovuvannya CS1 Storinki z PMC z inshim formatom posilannya Obslugovuvannya CS1 Storinki iz nepoznachenim DOI z bezkoshtovnim dostupom posilannya Giladi Eliezer Nagalla Srinivasa R Spindel Eliot R 1 bereznya 1993 Molecular cloning and characterization of receptors for the mammalian bombesin like peptides Journal of Molecular Neuroscience angl T 4 1 s 41 54 doi 10 1007 BF02736689 ISSN 1559 1166 Procitovano 20 bereznya 2023 Arhiv originalu za 25 September 2019 Procitovano 1 listopada 2013 Riddle Donald 1998 C Elegans II New York Cold Spring Harbor Laboratory Press ISBN 978 0879695323 Hodgkin Allan L Andrew F Huxley 1952 The dual effect of membrane potential on sodium conductance in the giant axon of Loligo The Journal of Physiology 116 4 497 506 doi 10 1113 jphysiol 1952 sp004719 PMC 1392212 PMID 14946715 Purves Dale 2012 Neuroscience vid 5th Massachusetts USA Sinauer Associates Inc s 80 ISBN 978 0 87893 695 3 Kamb Alexander Linda E Iverson Mark A Tanouye 31 lipnya 1987 Molecular characterization of Shaker a Drosophila gene that encodes a potassium channel Cell 50 3 405 413 doi 10 1016 0092 8674 87 90494 6 PMID 2440582 Davies R Wayne Brian J Morris 1997 Molecular Biology of the Neuron Oxford UK BIOS Scientific Publishers Ltd ISBN 978 1859962404 Dipolo R C Caputo F Bezanilla March 1983 Voltage dependent calcium channel in the squid axon Proc Natl Acad Sci U S A 80 6 1743 1745 Bibcode 1983PNAS 80 1743D doi 10 1073 pnas 80 6 1743 PMC 393680 PMID 6300873 West Anne E Greenberg Michael E 1 chervnya 2011 Neuronal Activity Regulated Gene Transcription in Synapse Development and Cognitive Function Cold Spring Harbor Perspectives in Biology angl T 3 6 s a005744 doi 10 1101 cshperspect a005744 ISSN 1943 0264 PMC 3098681 PMID 21555405 Procitovano 20 bereznya 2023 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a Obslugovuvannya CS1 Storinki z PMC z inshim formatom posilannya Gibney E R Nolan C M 2010 07 Epigenetics and gene expression Heredity angl T 105 1 s 4 13 doi 10 1038 hdy 2010 54 ISSN 1365 2540 Procitovano 20 bereznya 2023 Sharma Rajiv P Grayson Dennis R Guidotti Alessandro Costa Erminio 2005 07 Chromatin DNA methylation and neuron gene regulation the purpose of the package Journal of psychiatry amp neuroscience JPN T 30 4 s 257 263 ISSN 1180 4882 PMC 1160561 PMID 16049569 Procitovano 20 bereznya 2023 Nothof Sophie A Magdinier Frederique Van Gils Julien 2022 04 Chromatin Structure and Dynamics Focus on Neuronal Differentiation and Pathological Implication Genes angl T 13 4 s 639 doi 10 3390 genes13040639 ISSN 2073 4425 PMC 9029427 PMID 35456445 Procitovano 20 bereznya 2023 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a Obslugovuvannya CS1 Storinki z PMC z inshim formatom posilannya Obslugovuvannya CS1 Storinki iz nepoznachenim DOI z bezkoshtovnim dostupom posilannya Epigenetics and the Human Brain Genetics Science and Learning Center at The University of Utah Procitovano 10 listopada 2013 Fagiolini Michela Catherin L Jensen Frances A Champagne 2009 PDF Current Opinion in Neurobiology 19 2 1 6 doi 10 1016 j conb 2009 05 009 PMC 2745597 PMID 19545993 Arhiv originalu PDF za 22 chervnya 2010 Procitovano 14 listopada 2013 Tsankova Nadia Renthal William Kumar Arvind Nestler Eric J 2007 Epigenetic Regulation in Psychiatric Disorders Nature Reviews Neuroscience 8 5 355 367 doi 10 1038 nrn2132 PMID 17453016 Lau A M Tymianski 2010 Glutamate receptors neurotoxicity and neurodegeneration Pflugers Arch 460 2 525 542 doi 10 1007 s00424 010 0809 1 PMID 20229265 Laren Juha David A Gimbel Haakon B Nygaard John W Gilbert February 2009 Cellular prion protein mediates impairment of synaptic plasticity by amyloid b oligomers Nature 457 7233 1128 1132 Bibcode 2009Natur 457 1128L doi 10 1038 nature07761 PMC 2748841 PMID 19242475