Подавление торможения, вызванное деполяризацией - Depolarization-induced suppression of inhibition

Подавление торможения, вызванное деполяризацией классический и оригинальный электрофизиологический пример эндоканнабиноид функция в Центральная нервная система. До демонстрации того, что подавление ингибирования, вызванное деполяризацией, зависело от каннабиноида CB1 рецепторной функции, не было возможности произвести in vitro эндоканнабиноид опосредованный эффект.

Подавление ингибирования, вызванное деполяризацией, обычно производится в эксперименте на срезе мозга (т. Е. Срез мозга размером 300-400 мкм с интактными аксонами и синапсами), где единственный нейрон «деполяризован» (нормальный потенциал -70 мВ на мембране нейрона. снижается, обычно до -30–0 мВ) на период от 1 до 10 секунд. После деполяризации тормозное ГАМК опосредованная нейротрансмиссия снижена. Было продемонстрировано, что это вызвано высвобождением эндогенных каннабиноидов из деполяризованного нейрона, который диффундирует к соседним нейронам, связывает и активирует CB1 рецепторы, которые действуют пресинаптически, уменьшая высвобождение нейромедиаторов.

История

Подавление ингибирования, вызванное деполяризацией, было обнаружено в 1992 г. Винсентом и др. (1992), работавшими на клетках Пуркинье мозжечок затем подтверждено в гиппокамп Автор: Pitler & Alger, 1992.

Эти группы изучали реакцию нейронов с большой пирамидальной проекцией на ГАМК, главный тормозящий нейротрансмиттер в центральной нервной системе. ГАМК обычно выпускается небольшими интернейроны во многих областях мозга, где его работа заключается в подавлении активности первичных нейронов, таких как пирамидные нейроны СА1 гиппокампа или клетки Пуркинье мозжечка. Активация рецепторов ГАМК на этих клетках, будь то ионотропный или же метаботропный, обычно приводит к притоку ионов хлора в эту клетку-мишень. Это накопление отрицательного заряда от ионов хлорида приводит к гиперполяризация клетки-мишени, что снижает вероятность запуска потенциал действия. Соответственно, любой ионный ток, который гиперполяризует клетку, называется тормозным током.

В своих экспериментах с проекционными нейронами в гиппокампе и мозжечке обе группы заметили, что последовательность потенциалы действия в этих клетках приводило к временному снижению тормозных токов, вызываемых ГАМК-ергическими интернейронами. Поскольку это уменьшение тормозных токов может быть вызвано просто деполяризация Для клетки-мишени это явление было названо подавлением ингибирования, вызванным деполяризацией. Первоначально обнаруженный в нейронах CA1 гиппокампа и клетках Пуркинье в мозжечке, подавление торможения, вызванное деполяризацией, является довольно распространенным явлением и было продемонстрировано в других областях мозга, таких как базальный ганглий, то кора, то миндалина, а гипоталамус (Катона и другие. 2001, Джо и другие. 2005, Бодор и другие. 2005, Матьяс и другие. 2006)

Индуцированное деполяризацией подавление опосредования торможения эндоканнабиноидами

Подавление ингибирования, вызванное деполяризацией, считалось следствием снижения пресинаптического высвобождения нейромедиатора по двум причинам. 1) Величины спонтанно вызванных тормозных постсинаптических токов (IPSC ), вызванный высвобождением единственной пресинаптической везикулы, заполненной ГАМК, не изменился; 2) клеточные ответы на экзогенно применяемую ГАМК остались прежними. Эти наблюдения позволяют предположить, что в постсинаптической клетке не происходило никаких изменений в отношении ее реакции на ГАМК во время подавления ингибирования, вызванного деполяризацией. Так или иначе, подавление ингибирования, вызванное деполяризацией, оказалось опосредованным ретроградным синаптическим мессенджером, синтез или высвобождение которого стимулировались деполяризацией клетки-мишени. Затем этот мессенджер распространился «назад» в пресинаптическую клетку, где вызвал снижение высвобождения нейромедиатора.

Химические посредники, которые, как предполагается, отвечают за подавление ингибирования, вызванное деполяризацией, были обнаружены тремя отдельными группами в 2001 году. Wilson & Nicoll (2001) опубликовали свою работу в престижном журнале Nature, а две другие группы, Kreitzer & Regehr ( 2001) и Оно-Шосаку и другие. (2001), опубликованные в том же номере другого авторитетного журнала Neuron. Все трое продемонстрировали активное участие CB1. каннабиноидный рецептор в подавлении ингибирования, вызванном деполяризацией, предполагая, что эндоканнабиноиды были мозговыми медиаторами подавления торможения, вызванного деполяризацией. Они показали, что каннабиноидный рецептор агонисты, препараты, имитирующие действие эндоканнабиноидов или ТГК, могут вызывать такое же снижение тормозных токов, вызванное подавлением ингибирования, вызванным деполяризацией. Они также продемонстрировали, что подавление торможения, вызванное деполяризацией, можно предотвратить с помощью каннабиноидный рецептор антагонисты, препараты, блокирующие действие каннабиноидных соединений.

Другие данные подтверждают роль рецептора CB1 в подавлении ингибирования, вызванном деполяризацией. Этот рецептор очень широко распространен по всему мозгу, охватывая все области, где наблюдается подавление торможения, вызванное деполяризацией (Herkenham и другие. 1990). Рецептор CB1 также, по-видимому, экспрессируется в основном на ГАМК-ергических пресинаптических окончаниях, что делает его отличным кандидатом для опосредования подавления ингибирования, вызванного деполяризацией (Matyas и другие. 2006, Катона и другие. 1999). В 2005 году другие группы начали демонстрировать участие рецептора CB1 в DSI в других областях мозга (Jo и другие. 2005, Бодор и другие. 2005). Наконец, исследования подавления ингибирования, вызванного деполяризацией, были наконец применены к мышам, у которых рецептор CB1 был генетически «нокаутирован». До сих пор не известно, что эти нокаутные мыши проявляют DSI в каких-либо областях мозга, что позволяет предположить, что рецептор CB1 является решающим медиатором DSI (Kreitzer & Regehr 2001a, Ohno-Shosaku и другие. 2002).

Открытие того, что подавление ингибирования, вызванное деполяризацией, опосредуется эндоканнабиноидами, наконец, объяснило, почему и рецептор CB1, и эндоканнабиноиды так широко распространены в головном мозге. Подавление торможения, вызванное деполяризацией, является очень распространенной формой краткосрочной пластичности и, следовательно, должно опосредоваться обычно встречающимся нейротрансмиттером. Использование эндоканнабиноидов, таких как анандамид и 2-арахидоноилглицерин Этот метод передачи сигналов вполне логичен, поскольку обе молекулы могут быть относительно легко синтезированы из липидов плазматической мембраны, фундаментальной составляющей всех клеток. Подавление торможения, вызванное деполяризацией, является первичным кортикальным процессом, опосредованным эндоканнабиноидами, и может способствовать многим формам корковой пластичности и укреплению синапсов, например, долгосрочное потенцирование (Карлсон и другие. 2002).

Замечание о подавлении возбуждения, вызванном деполяризацией

Работая с мозжечком, группа Крейцера также обнаружила, что деполяризация клеток Пуркинье также может вызывать временное снижение возбуждающего воздействия на эти клетки как от лазящих волокон, так и от параллельных волокон (Крейцер и другие. 2001b). Это явление было названо подавлением возбуждения, вызванным деполяризацией (DSE), и отличается от DSI только типом нейротрансмиттера, высвобождение которого снижено. В случае DSI результатом является снижение тормозящего высвобождения ГАМК, в то время как в случае DSE эффектом является снижение возбуждающего глутамат релиз. Было также обнаружено, что DSE возникает в других областях мозга, однако доказательства участия эндоканнабиноидного рецептора CB1 в этом процессе не так убедительны, как для DSI. И DSI, и DSE были изучены в CB1. нокаутные мыши. Некоторые группы показали, что у этих мышей отсутствуют как DSI, так и DSE, в то время как другие показали, что DSE, но не DSI, все еще может быть вызван нокаутом (Оно-Шосаку и другие. 2002, Хаджос и другие. 2001). Эндоканнабиноиды могут по-прежнему опосредовать DSE, но действуя на еще неизвестный каннабиноидный рецептор. Некоторые работы показали, что анандамид может привязать к ваниллоидный рецептор VR1, рецептор, ответственный за опосредование эффектов капсаицин. Этот рецептор присутствует в головном мозге, и действие анандамида на этот рецептор может потенциально способствовать DSE (Cristino и другие. 2006, Хаджос и другие. 2002). Однако DSE в настоящее время является в значительной степени неизученным явлением, и необходимы дополнительные исследования, чтобы сделать какие-либо твердые выводы.

Рекомендации

  • Бодор А.Л., Катона И., Ньири Дж., Маки К., Ледент К., Хаджос Н., Фройнд Т.Ф. (июль 2005 г.). «Эндоканнабиноидная передача сигналов в соматосенсорной коре крыс: ламинарные различия и участие определенных типов интернейронов». J Neurosci. 25 (29): 6845–6856. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.0442-05.2005. ЧВК  6725346. PMID  16033894.
  • Карлсон Г, Ван И, Алджер БЭ. (2002) Эндоканнабиноиды способствуют индукции LTP в гиппокампе. Nat Neurosci. Авг; 5 (8): 723-4.
  • Cristino L, de Petrocellis L, Pryce G, Baker D, Guglielmotti V, Di Marzo V. (2006) Иммуногистохимическая локализация каннабиноидных рецепторов типа 1 и ваниллоидных временных рецепторов потенциальных ваниллоидных рецепторов 1 типа в мозге мышей. Неврология. 5 апреля; В прессе.
  • Hajos N, Freund TF. (2002) Фармакологическое разделение рецепторов, чувствительных к каннабиноидам, на возбуждающих и тормозных волокнах гиппокампа. Нейрофармакология. Сен; 43 (4): 503-10.
  • Hajos N, Ledent C, Freund TF. (2001) Новый каннабиноид-чувствительный рецептор опосредует ингибирование глутаматергической синаптической передачи в гиппокампе. Неврология. 106 (1): 1-4.
  • Херкенхэм М., Линн А.Б., Литтл доктор медицины, Джонсон М.Р., Мелвин Л.С., де Коста Б.Р., Райс К.С. (1990) Локализация каннабиноидных рецепторов в головном мозге. Proc Natl Acad Sci U S. A. Mar; 87 (5): 1932-6.
  • Джо Ю.Х., Чен Ю.Дж., Чуа С.К. младший, Талмейдж Д.А., Роль Л.В. (2005) Интеграция передачи сигналов эндоканнабиноидов и лептина в нервную цепь, связанную с аппетитом. Нейрон. 22 декабря; 48 (6): 1055-66.
  • Катона И., Ранц Э.А., Асади Л., Ледент К., Маки К., Хайос Н., Фройнд Т.Ф. (2001) Распределение каннабиноидных рецепторов CB1 в миндалевидном теле и их роль в контроле ГАМКергической передачи. J Neurosci. 1 декабря; 21 (23): 9506-18.
  • Катона I, Сперлаг Б, Сик А, Кофалви А, Vizi ES, Маки К., Фройнд Т.Ф. (1999) Пресинаптически расположенные каннабиноидные рецепторы CB1 регулируют высвобождение ГАМК из окончаний аксонов определенных интернейронов гиппокампа. J Neurosci. 1 июня; 19 (11): 4544-58.
  • Kreitzer AC, Regehr WG. (2001a). Ретроградное подавление притока пресинаптического кальция эндогенными каннабиноидами в возбуждающих синапсах на клетки Пуркинье. Нейрон. 29 (3): 717-27
  • Kreitzer AC, Regehr WG. (2001b) Подавление ингибирования, вызванное деполяризацией мозжечка, опосредовано эндогенными каннабиноидами. J Neurosci. 15 октября; 21 (20): RC174.
  • Матиас Ф., Яновский Ю., Маки К., Кельш В., Мисгельд Ю., Фройнд Т.Ф. (2006) Субклеточная локализация каннабиноидных рецепторов 1 типа в базальных ганглиях крыс. Неврология. 137 (1): 337-61.
  • Оно-Шосаку Т., Цубокава Н., Мидзусима И., Йонеда Н., Циммер А., Кано М. (2002) Пресинаптическая чувствительность к каннабиноидам является основным фактором, определяющим индуцированное деполяризацией ретроградное подавление в синапсах гиппокампа. J Neurosci. 15 мая; 22 (10): 3864-72.
  • Оно-Шосаку Т., Маэдзима Т., Кано М. (2001) Эндогенные каннабиноиды опосредуют ретроградные сигналы от деполяризованных постсинаптических нейронов к пресинаптическим терминалам. Нейрон. 29 (3): 729-38
  • Питлер Т.А., Алжир Б.Е. (1992). Постсинаптический спайк снижает синаптические ответы ГАМК в пирамидных клетках гиппокампа. J Neurosci. 12: 4122-4132.
  • Винсент П., Армстронг С.М., Марти А. (1992) Тормозящие синаптические токи в клетках Пуркинье мозжечка крысы: модуляция постсинаптической деполяризацией. J. Physiol. 456, стр. 453–471.
  • Уилсон Р.И., Николл Р.А. (2001) Эндогенные каннабиноиды опосредуют ретроградную передачу сигналов в синапсах гиппокампа. Природа. 410 (6828): 588-92

дальнейшее чтение

  • Алжир Б.Е. (2002). Ретроградная передача сигналов в регуляции синаптической передачи: внимание к эндоканнабиноидам. Prog Neurobiol. 68: 247-286.
  • Фройнд Т.Ф., Катона I, Пиомелли Д. (2003). Роль эндогенных каннабиноидов в синаптической передаче сигналов. Physiol Rev.83: 1017-1066.