Informace

Porozumění mozku: jak se v mozku uvolňují neurotransmitery?


Mám základní znalosti o tom, jak fungují neuronové sítě. Je vytvořen potenciální rozdíl, který nutí ionty sodíku, draslíku, chloridu a vápníku proudit a přenášet elektrický signál na konec synapsí. Odtud presynaptický neuron uvolňuje neurotransmitery, což vytváří potenciální rozdíl vůči postsynaptickému neuronu.

Co zatím nechápu, je mechanika, z níž bude neurotransmiter uvolněn. Mají vezikuly každého typu neurotransmiteru energetický práh? Pokud ano, když je dosaženo nejvyššího energetického prahu vezikuly, znamená to, že všechny ostatní vezikuly uvolní zapouzdřené neurotransmitery?


Uvolňování neurotransmiterů je velmi specifickým typem exocytózy zprostředkované SNARE. Akční potenciál z přílivu sodíku se šíří podél axonu a dosáhne axonového konce obsahujícího vápníkové kanály. To způsobí, že kationty vápníku (ionty) cestují po elektrochemickém gradientu. Ca2+ se poté váže na protein. Vezikuly obsahující neurotransmiter zvaný synaptotagmin (senzory Ca) by způsobily konformační změny vedoucí k vytvoření komplexu SNARE. Některé dobré animace jsou k vidění zde a zde.

Pokud jde o energetický práh: existuje prahová hodnota množství vápníku potřebného k aktivaci synaptotagminu, jako u všech typů SNARE.

Viz tento článek: http://www.pnas.org/content/93/23/13327.full.pdf

Při určitém vápníkovém prahu by teoreticky měl být uvolněn veškerý neurotransmiter, ale zda způsobí odpověď, bude záviset na receptoru a na postsynaptické membráně, protože každá synapse je specifická v neurotransmiterech a receptech, které exprimuje.


Mechanismus byl pěkně popsán FZG, jen bych rád dodal:

mechanika který bude uvolněn neurotransmiter. Mají vezikuly každého typu neurotransmiteru energetický práh?

Podle této knihy je jedním z takových mechanismů frekvence stimulace (nízká frekvence akčních potenciálů) a následná distribuce Ca2+. Při nízké frekvenci stimulace jsou kanály blíže k rozštěpu otevřené, což znamená, že v blízkosti rozštěpu je vyšší koncentrace. S vyšší frekvencí je koncentrace v koncovém pupenu rovnoměrnější v blízkosti a dále od synaptické membrány.

Jelikož jsou malé neurotransmitery obvykle ukotveny blíže k synaptické membráně, postačí nízké frekvence stimulace ke zvýšení Ca2+ v této oblasti a jejich uvolnění, aniž by došlo ke změně koncentrace Ca2+ dále od membrány, kde jsou ukotveny větší neuropeptidy. Proto také musí být uvolněny vyšší frekvence (jak je popsáno výše). Obrázek.

Pokud ano, když je dosaženo nejvyššího energetického prahu vezikuly, znamená to, že všechny ostatní vezikuly uvolní zapouzdřené neurotransmitery?

Pokud jde o prahovou hodnotu, k aktivaci synaptotagminu musí být dostatek kationtů Ca2+, a proto výše popsaný mechanismus funguje. Existuje však několik typů synaptotagminů, které mají odlišnou afinitu k Ca2+, což mohl být dalším mechanismem, pokud vezikuly obsahující různé neurotransmitery váží různé synaptotagminy, ale pokud vím, je to jen hypotéza, možná to tu někdo bude vědět lépe :)

Model na obr. 3 navrhuje, aby alespoň Syts 1, 2, 3, 6 a 7 vykonávaly komplementární funkce u exocytózy spouštěné Ca2+, přičemž vazba Ca2+ na každou třídu synaptotagminů přispívá odlišně ke spuštění exocytózy

Zdroj


Vědci objevují detaily atomové rozlišení mozkové signalizace

Proteinový komplex při práci v mozkové signalizaci. Jeho struktura, která obsahuje spojené proteinové komplexy známé jako SNARE a synaptotagmin-1, je ukázána v popředí. Tento komplex je zodpovědný za uvolňování neurotransmiterů spouštěné vápníkem z nervových buněk našeho mozku v procesu nazývaném fúze synaptických vezikul. Struktura SNARE je zobrazena modře, červeně a zeleně a synaptotagmin-1 je zobrazen oranžově. Obrázek na pozadí ukazuje elektrické signály procházející neuronem. Uznání: SLAC National Accelerator Laboratory

Vědci odhalili dosud neviděné detaily o tom, jak náš mozek vysílá mezi buňkami zprávy o rychlém ohni. Mapovali 3-D atomovou strukturu dvoudílného proteinového komplexu, který řídí uvolňování signálních chemikálií, nazývaných neurotransmitery, z mozkových buněk. Pochopení toho, jak buňky uvolňují tyto signály za méně než jednu tisícinu sekundy, by mohlo pomoci zahájit novou vlnu výzkumu léků na léčbu mozkových poruch.

Experimenty na rentgenovém laseru Linac Coherent Light Source (LCLS) na National Accelerator Laboratory ministerstva energetiky SLAC staví na desetiletích předchozího výzkumu na Stanford University, Stanford School of Medicine a SLAC. Vědci dnes o svých nejnovějších zjištěních informovali v časopise Příroda.

"Toto je velmi důležitý a vzrušující pokrok, který může otevřít možnosti cílení nových léků na kontrolu uvolňování neurotransmiterů. Mnoho duševních poruch, včetně deprese, schizofrenie a úzkosti, ovlivňuje systémy neurotransmiterů," řekl Axel Brunger, hlavní řešitel studie. Je profesorem Stanfordské lékařské fakulty a SLAC a vyšetřovatelem lékařského institutu Howarda Hughese.

„Obě části tohoto proteinového komplexu jsou zásadní,“ řekl Brunger, „ale dosud nebylo jasné, jak jeho dva kusy zapadají a spolupracují.“

Odhalení spojených tajemství dvou proteinů

Tyto dvě části proteinu jsou známé jako neuronální SNARE a synaptotagmin-1.

Dřívější rentgenové studie, včetně experimentů na SLAC Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) před téměř dvěma desetiletími, vrhly světlo na strukturu komplexu SNARE, svazku šroubovicových proteinů, který se nachází v kvasinkách a savcích. SNARE hrají klíčovou roli v chemické signalizaci mozku tím, že se připojují nebo „fúzují“ malé balíčky neurotransmiterů k vnějším okrajům neuronů, kde se uvolňují a poté se spojují s chemickými receptory v jiném neuronu, aby spustily reakci.

'Smoking Gun' pro vydání neurotransmiteru

V tomto nejnovějším výzkumu vědci zjistili, že když se spojí SNARE a synaptotagmin-1, fungují jako zesilovač mírného zvýšení koncentrace vápníku, což vyvolá střelné uvolňování neurotransmiterů z jednoho neuronu do druhého. Dozvěděli se také, že se proteiny spojují, než dorazí na membránu neuronu, což pomáhá vysvětlit, jak tak rychle spouští mozkovou signalizaci.

Zleva Axel Brunger, Artem Lyubimov, Qiangjun „John“ Zhao a Minglei Zhou prohlíží obrázky z experimentu na koherentním světelném zdroji SLAC Linac, rentgenovém laseru s volnými elektrony. Vědci použili robotické zařízení k zapálení drobných zmrzlých krystalů (obrazovka vlevo nahoře ukazuje jeden krystal) pomocí řady rentgenových pulzů. Analyzovali rentgenové obrazy těchto krystalů, aby určili strukturu proteinového komplexu v atomovém měřítku, která poskytuje vodítka k tomu, jak náš mozek vysílá rychlé chemické zprávy. Zápočet: Národní laboratoř akcelerátoru SLAC

„Neuron nevytváří„ zbraň “, jak tam sedí na membráně - už tam je,” řekl Brunger.

Tým spekuluje, že několik spojených proteinových komplexů se může seskupit a současně interagovat se stejným vezikulem, aby účinně spustilo uvolňování neurotransmiterů, což je vzrušující oblast pro další studie.

„Struktura komplexu SNARE-synaptotagmin-1 je milníkem, na který pole dlouho čekalo, a vytváří rámec pro lepší pochopení systému,“ řekl James Rothman, profesor na univerzitě v Yale, který objevil SNARE proteiny a sdíleli Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu za rok 2013.

Thomas C. Südhof, profesor na Stanfordské lékařské škole a vyšetřovatel lékařského institutu Howarda Hughese, který sdílel Nobelovu cenu za rok 2013 s Rothmanem, objevil synaptotagmin-1 a ukázal, že hraje důležitou roli jako snímač vápníku a spouštěč závislý na vápníku pro uvolnění neurotransmiteru.

„Nová struktura identifikovala neočekávaná rozhraní mezi synaptotagminem-1 a neuronálním komplexem SNARE, která mění způsob, jakým přemýšlíme o jejich interakci, tím, že v atomových detailech odhaluje přesně to, kde se spojují,“ řekl Südhof. „Toto je nový koncept, který výrazně přesahuje předchozí obecné modely fungování synaptotagminu-1.“

Zařízení používané ve vysoce automatizovaném, robotickém rentgenovém krystalografickém systému v rentgenovém laseru Linac Coherent Light Source společnosti SLAC. Kovový buben vlevo dole obsahuje kapalný dusík pro chlazení krystalizovaných vzorků studovaných intenzivními rentgenovými pulzy LCLS. Toto nastavení bylo použito v experimentu zkoumajícím molekulární aparát zapojený do mozkové signalizace v detailu atomového měřítka. Zápočet: Národní laboratoř akcelerátoru SLAC

Využití krystalů, robotiky a rentgenového záření k posílení neurovědy

Vědci z Brungerovy laboratoře na Stanfordské lékařské fakultě našli způsob, jak pěstovat krystaly komplexu, aby studovali spojenou strukturu bílkovin. Ke studiu krystalů na SLAC LCLS, rentgenovém laseru, který je jedním z nejjasnějších zdrojů rentgenových paprsků, použili robotický systém vyvinutý v SSRL. SSRL a LCLS jsou uživatelská zařízení Úřadu pro vědu DOE.

Vědci spojili a analyzovali stovky rentgenových snímků ze zhruba 150 proteinových krystalů, aby odhalili detaily spojené struktury v atomovém měřítku.

Aina Cohen z SSRL, která dohlížela na vývoj vysoce automatizované platformy používané pro neurovědecký experiment, uvedla: „Tento experiment byl první, který použil tuto robotickou platformu v LCLS k určení dříve nevyřešené struktury velkého, náročného multi-proteinového komplexu. " Studie byla také podpořena rentgenovými experimenty v SSRL a v Advanced Photon Source společnosti Argonne National Laboratory.

„Je to dobrý příklad toho, jak nám pokročilé nástroje, nástroje a rentgenové metody poskytují nový pohled na skutečně složité mechanismy,“ řekl Cohen.

Brunger uvedl, že budoucí studie prozkoumají další proteinové interakce relevantní pro uvolňování neurotransmiterů. „To, co jsme studovali, je jen podmnožina,“ řekl. „S tímto systémem spolupracuje mnoho dalších faktorů a my chceme vědět, jak vypadají. V žádném případě to není konec příběhu.“


Role neurotransmiterů

V podstatě jsou neurotransmitery chemické látky v mozku, které jsou podobné hormonům. Některé hormony se ve skutečnosti zdvojnásobují jako neurotransmitery. Norepinefrin je například v podstatě jen jiný termín pro noradrenalin, který se používá k popisu účinků, které má na mozek. Stejně tak epinefrin je v podstatě adrenalin.

Stejně jako hormony mají neurotransmitery velký vliv na emoce, ale také kontrolují naše duševní stavy a regulují věci jako hlad, učení a únavu. Mohou zvýšit nebo snížit aktivitu neuronů, a to buď v určité oblasti mozku, nebo v celém jejím okolí.


Neurověda za vaší náladou: Přechod neurotransmiteru v mozku dospělých

U mnoha z nás se naše nálada mění s vnějším prostředím. Když prší, máme tendenci být „smutní“ a možná poněkud osamělí. Když je slunečno, cítíme se uvnitř šťastnější a jásavější. Někteří lidé se cítí pohodlněji za denního světla, zatímco jiní dávají přednost klidné tmě v noci. Co přesně se děje s naším mozkem, což nás vede k tomu, abychom se cítili určitým způsobem v různých environmentálních situacích? K objasnění tohoto zajímavého jevu může přispět nedávný nález Davide Dulcise a dalších publikovaný v mezinárodně uznávaném časopise Science.

V mozku jsou miliardy důležitých buněk nazývaných neurony. Tyto buňky jsou klíčové pro funkci mozku, protože řídí aktivitu a kontrolu. Aby spolu mohli komunikovat, střílejí chemikálie zvané neurotransmitery. Pokaždé, když jsou vypáleny neurotransmitery, překročí malou mezeru mezi neurony nazývanými synaptická štěrbina, aby se navázaly na receptory v buňce příjemce. Vazba neurotransmiteru na receptor spouští řadu chemických změn uvnitř neuronů, což usnadňuje různé cesty.

Obrázek 1: Komunikace mezi dvěma neurony. Na neuronu fungují dvě důležité struktury, které fungují v komunikaci: axony (pro odesílání zpráv) a dendrity (pro příjem zpráv). Chcete -li mluvit s jinými neurony, povede přes axon elektrické vedení (nazývané akční potenciál). Když elektrické vedení dosáhne konců axonu, uvolní se neurotransmitery. Tyto uvolněné neurotransmitery se poté vážou na receptory umístěné na dendritech recipientního neuronu a katalyzují řadu chemických drah. Obrázek převzat z Wikipedie (https://en.wikipedia.org/wiki/File:Chemical_synapse_schema_cropped.jpg).

Po mnoho let v oboru neurovědy se mělo za to, že jednotlivý neuron tvoří pouze jeden neurotransmiter. Stále více se však ukazuje, že mnoho neuronů má schopnost generovat a uvolňovat dva nebo více neurotransmiterů, včetně neuromodulátorů, které se často uvolňují spolu s malomolekulárními neurotransmitery1. Minulé studie využívající kultivované neurony ukazují, že jednotlivé neurony mohou podstoupit molekulární přepnutí, aby vystřelily různé neurotransmitery. Jedním příkladem jsou periferní sympatické neurony, které normálně uvolňují norepinefrin jako svůj neurotransmiter2. Tyto sympatické neurony inervují (spojují se) s různými orgány a ovládají reakce našeho boje nebo letu. Práce provedené na těchto sympatických neuronech ukazují, že uvolňují acetylcholin při inervaci potních žláz, zatímco při inervaci srdce vylučují norepinefrin. Následné studie ukazují, že tyto molekulární přepínače jsou v mozku dospělých hlodavců závislé na aktivitě a že tyto molekulární přepínače mohou vést k novému chování, jako jsou změny pigmentace u obojživelníků4.

Ačkoli je neuronální plasticita v dospělém mozku dobře charakterizována, zůstává nejasné, jak mohou senzorické podněty změnit uvolňování neurotransmiterů. Změny expozice světla a cirkadiánního rytmu mohou u dospělých savců vést k anxiogennímu a depresivnímu chování5. Předpokládá se, že tyto změny chování jsou zprostředkovány přepínáním neurotransmiterů konkrétními neurony. Nová zpráva Davide Dulisse a dalších ukázala, že změna fotoperiod (nebo doby, během které je zvíře vystaveno světlu) vedla k přepnutí neurotransmiterů vypalovaných neurony dospělých krys v oblasti hypotalamu6.

Ve studii byli dospělí potkani chováni buď v cyklech dlouhého dne (19 hodin světla a 5 hodin tmy), nebo krátkých dnů (5 hodin světla a 19 hodin tmy). Po jednom týdnu vědci zjistili, že dochází k posunu uvolňování neurotransmiterů hypotalamickými neurony z dopaminu na somatostatin během dlouhodobých cyklů. Opak byl pozorován v krátkých dnech (přechod ze somatostatinu na dopamin). Změny ve fotoperiodech ovlivnily jednotlivé neurony, aby změnily expresi neurotransmiterů, což je pozoruhodné zjištění v neurovědě. Dopamin je neurotransmiter, který hraje roli v poznávání, motivaci, náladě, paměti a učení, zatímco somatostain je neuromodulátor, o kterém se věří, že se podílí na regulaci stresových reakcí7. Navíc zvýšení somatostatinu korelovalo s upregulací faktoru uvolňujícího kortikotropin (CRF). Přítomnost CRF zvyšuje koncentraci cirkulujících kortikosteroidů, které hrají roli ve stresu a depresi. Lze tedy předpokládat, že noční krysy jsou stresovány dlouhodobými cykly.

Aby vědci prozkoumali, zda změny ve vypalování neurotransmiterů měly nějaký vliv na chování zvířat, testovali krysy v bludišti a testu nuceného plavání, protože tyto dva testy jsou považovány za indikátory nálady, úzkosti a deprese. Ve srovnání s kontrolními krysami (12 hodin světlo a 12 hodin tma) krysy vystavené krátkodobým cyklům strávily více času zkoumáním bludiště a měly lepší vytrvalost v plaveckém testu. Naproti tomu dlouhodobá expozice měla opačné účinky: krysy méně prozkoumávaly bludiště a měly sníženou vytrvalost při plavání. Tyto behaviorální experimenty naznačují, že dlouhodobé fotoperiody jsou pro krysy stresující, což dává smysl vzhledem k tomu, že jsou noční.

Obrázek 2: Změna uvolnění neurotransmiteru. Během krátkých dnů se neurony v hypotalamu dospělých potkanů ​​změní ze střelby somatostatinu na dopamin. Opačný posun je vidět v dlouhých dnech. Zvýšení somatostatinu vede k upregulaci CRF a následně ik menšímu počtu kortikosteroidů. Tyto podmínky pravděpodobně vysvětlují stresové chování u nočních hlodavců vystavených dlouhým dnům, protože somatostatin je považován za pravidelníka stresové reakce. Snímek pořízen z Birren a Marder, 2013.

Tato práce Dulcisa a dalších může mít zásadní důsledky pro pochopení lidského mozku ve zdraví a nemoci. Práce byla samozřejmě provedena u nočních hlodavců, ale existují dvě hlavní zjištění, která jsou použitelná pro člověka: 1) Senzorická stimulace je schopna změnit, jaký typ neurotransmiteru je aktivován a 2) Typ vypalovaného neurotransmiteru má zásadní vliv na chování a nálady. Další práce na objasnění molekulárního mechanismu za uvolňováním neurotransmiterů nám mohou umožnit zaměřit se na psychologické problémy, jako je stres na molekulární úrovni. Přestože lidé mohou mít mechanismus, který je odlišný, myši jsou pro nás stále skvělým nástrojem pro učení, abychom plně porozuměli neurovědě za naší náladou.


O krok blíže k porozumění lidskému mozku

Mezinárodní tým vědců vedený výzkumníky z Karolinska Institutet ve Švédsku zahájil komplexní přehled všech proteinů exprimovaných v mozku, který byl dnes publikován v časopise Věda. Databáze s otevřeným přístupem nabízí lékařským výzkumníkům nebývalý zdroj k prohloubení jejich porozumění neurobiologii a vývoji nových, účinnějších terapií a diagnostiky zaměřených na psychiatrická a neurologická onemocnění.

Mozek je nejsložitějším orgánem našeho těla, strukturou i funkcí. Nový zdroj Brain Atlas je založen na analýze téměř 1900 vzorků mozku pokrývajících 27 oblastí mozku, které kombinují data z lidského mozku s odpovídajícími informacemi z mozků prasete a myši. Jedná se o nejnovější databázi vydanou programem Human Protein Atlas (HPA), který je založen na laboratoři Science for Life Laboratory (SciLifeLab) ve Švédsku, společném výzkumném centru spojeném s KTH Royal Institute of Technology, Karolinska Institutet, Stockholm University a Uppsala University . Projekt je výsledkem spolupráce s výzkumným centrem BGI v Shenzhenu a Qingdao v Číně a Aarhuskou univerzitou v Dánsku.

„Podle očekávání je plán pro mozek sdílen mezi savci, ale nová mapa také odhaluje zajímavé rozdíly mezi mozky lidí, prasat a myší,“ říká Mathias Uhl & eacuten, profesor na Katedře proteinové vědy KTH Royal Institute of Technology, hostující profesor na katedře neurovědy na Karolinska Institutet a ředitel úsilí Atlasu lidských proteinů.

Mozeček se ve studii ukázal jako nejvýraznější oblast mozku. Bylo nalezeno mnoho proteinů se zvýšenými hladinami exprese v této oblasti, včetně několika souvisejících s psychiatrickými poruchami podporujícími roli mozečku při zpracování emocí.

„Další zajímavé zjištění je, že různé buněčné typy mozku sdílejí specializované proteiny s periferními orgány,“ říká doktorka Evelina Sj & oumlstedt, výzkumná pracovnice neurologického oddělení Karolinska Institutet a první autorka příspěvku. "Například astrocyty, buňky, které 'filtrují' mimobuněčné prostředí v mozku, sdílejí mnoho transportérů a metabolických enzymů s buňkami v játrech, které filtrují krev."

Při porovnávání systémů neurotransmiterů, odpovědných za komunikaci mezi neurony, bylo možné identifikovat některé jasné rozdíly mezi druhy.

„Několik molekulárních složek systémů neurotransmiterů, zejména receptory, které reagují na uvolněné neurotransmitery a neuropeptidy, vykazují u lidí a myší odlišný vzorec,“ říká Dr. Jan Mulder, vedoucí skupiny skupiny pro profilování mozku Human Protein Atlas a výzkumný pracovník na katedře Neuroscience ve společnosti Karolinska Institutet. "To znamená, že při výběru zvířat jako modelů pro lidské duševní a neurologické poruchy je třeba postupovat opatrně."

U vybraných genů/proteinů obsahuje Brain Atlas také mikroskopické obrázky ukazující distribuci proteinů ve vzorcích lidského mozku a detailní, zvětšitelné mapy distribuce proteinů v myším mozku.

Atlas lidských proteinů byl zahájen v roce 2003 s cílem zmapovat všechny lidské proteiny v buňkách, tkáních a orgánech (proteom). Všechna data ve zdroji znalostí mají otevřený přístup, který umožňuje vědcům z akademické sféry i průmyslu volně využívat data pro průzkum lidského proteomu.


Struktura bílkovin odhaluje, jak LSD ovlivňuje mozek

Diethylamid kyseliny lysergové nebo LSD může změnit vnímání (povědomí o okolních předmětech a podmínkách), myšlenky a pocity. Může také způsobit halucinace - pocity a obrazy, které se zdají skutečné, i když nejsou. Tyto „výlety“ mohou trvat mnoho hodin, dlouho poté, co byl LSD odstraněn z krevního oběhu.

LSD byl poprvé syntetizován v roce 1938 a jeho halucinogenní účinky byly objeveny brzy poté. Jak však sloučenina způsobuje své účinky v mozku, nebylo dobře pochopeno. LSD je členem skupiny léků nazývaných ergoliny, které se používají k léčbě mnoha stavů, včetně migrénových bolestí hlavy a Parkinsonovy choroby. Pochopení toho, jak sloučenina uplatňuje své jedinečné účinky, by mohlo poskytnout pohledy na vedení vývoje budoucích terapeutik.

LSD interaguje s proteiny na povrchu mozkových buněk nazývanými receptory serotoninu. Serotonin je chemický posel, který pomáhá mozkovým buňkám komunikovat. Zdá se, že LSD působí prostřednictvím konkrétního receptoru nazývaného 5-HT2AR. Aby získal vhled do účinků LSD, výzkumný tým vedený Dr. Bryanem Rothem z University of North Carolina vykrystalizoval příbuzný receptor 5-HT2BR, připojeno k LSD. Vědci použili k zobrazení struktury rentgenovou krystalografii. Jejich studii podpořil Národní institut duševního zdraví NIH (NIMH). Výsledky byly zveřejněny 26. ledna 2017 v Buňka.

Serotoninové receptory aktivují 2 hlavní signální dráhy v buňkách: prostřednictvím G-proteinů a prostřednictvím β-arestinů. Vědci zjistili, že LSD váže svůj receptor způsobem, který způsobuje, že působí převážně cestou β-arestinu místo dráhy G-proteinu. Vědci zjistili, že příbuzné ergolinové sloučeniny se liší ve způsobu, jakým strukturálně interagují s receptorem. Další laboratorní experimenty a počítačové analýzy odhalily, že tyto odlišné, ale podobné sloučeniny mohou tvarovat strukturu receptoru, aby vyvolaly různé efekty.

Tým také zjistil, že serotoninový receptor zavírá „víko“ nad molekulou LSD, což jí brání v rychlém odpojení. To pravděpodobně vysvětluje dlouhodobé účinky léku. Mutantní forma receptoru se slabším víkem měla sníženou aktivitu dráhy β-arestinu, přičemž aktivita dráhy G-proteinu zůstala nedotčena.

"Tato studie vrhá světlo na mechanismus působení psychoaktivních drog, včetně toho, jak některé léky aktivují jednu signální dráhu uvnitř buněk a vyhýbají se další," vysvětluje Dr. Laurie Nadler, vedoucí neurofarmakologického programu NIMH. "Spolu s dalšími nedávnými studiemi komplexů léčiv a receptorů tato práce poskytuje důkaz koncepce pro návrh léků s požadovanými signálními vlastnostmi a méně nežádoucích vedlejších účinků."

Roth a další kolegové nedávno ukázali potenciál takové konstrukce založené na struktuře. Na základě podobných objevů o opioidním receptoru vytvořili molekulu, která účinně zmírňuje bolest u myší, ale s méně vedlejšími účinky než morfin.


DMCA stížnost

Pokud se domníváte, že obsah dostupný prostřednictvím Webové stránky (jak je definován v našich Podmínkách služby) porušuje jedno nebo více vašich autorských práv, upozorněte nás na to písemným oznámením („Oznámení o porušení autorských práv“) obsahujícím níže popsané informace určené agent uvedený níže. Pokud Varsity Tutors podnikne kroky v reakci na Oznámení o porušení autorských práv, pokusí se v dobré víře kontaktovat stranu, která takový obsah zpřístupnila, prostřednictvím nejnovější e -mailové adresy (pokud existuje), kterou tato strana poskytla Varsity Tutors.

Vaše oznámení o porušení povinnosti může být předáno straně, která obsah zpřístupnila, nebo třetím stranám, jako je ChillingEffects.org.

Vezměte prosím na vědomí, že budete odpovědní za škody (včetně nákladů a poplatků za právní zastoupení), pokud věcně nepravdivě uvedete, že produkt nebo aktivita porušuje vaše autorská práva. Pokud si tedy nejste jisti, že obsah umístěný na webových stránkách nebo na něj odkazovaný web porušuje vaše autorská práva, měli byste nejprve zvážit kontaktování právního zástupce.

Chcete -li podat oznámení, postupujte takto:

Musíte zahrnout následující:

Fyzický nebo elektronický podpis vlastníka autorských práv nebo osoby oprávněné jednat jejich jménem Identifikace autorských práv, u nichž bylo prohlášeno porušení, Popis povahy a přesného umístění obsahu, o kterém tvrdíte, že porušuje vaše autorská práva, v postačující detail umožňující Varsity Tutors najít a pozitivně identifikovat tento obsah, například požadujeme odkaz na konkrétní otázku (nejen název otázky), která obsahuje obsah a popis, která konkrétní část otázky - obrázek, odkaz, text atd. - vaše stížnost se týká vašeho jména, adresy, telefonního čísla a e -mailové adresy a vašeho prohlášení: (a) že v dobré víře věříte, že použití obsahu, o kterém tvrdíte, že porušuje vaše autorská práva, je není autorizován zákonem ani vlastníkem autorských práv nebo zástupcem takového vlastníka (b) že všechny informace obsažené ve vašem oznámení o porušení jsou přesné, a (c) pod trestem křivé přísahy, že jste buď vlastník autorských práv nebo osoba oprávněná jednat jejich jménem.

Svou stížnost zašlete našemu určenému zástupci na adresu:

Charles Cohn Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105


V objevu, který by mohl nabídnout cenné poznatky o porozumění, diagnostice a dokonce léčbě autismu, vědci z Harvardu poprvé spojili konkrétní neurotransmiter v mozku s autistickým chováním.

Pomocí vizuálního testu, který vyvolává různé reakce v autistickém a normálním mozku, dokázal výzkumný tým pod vedením Caroline Robertsonové, mladší kolegyně z Harvardské společnosti přátel, ukázat, že tyto rozdíly souvisejí s poruchou signální dráhy používané GABA, jeden z hlavních mozkových inhibičních neurotransmiterů. Studie je popsána v článku ze 17. prosince v časopise Current Biology.

"Je to poprvé, kdy je u lidí neurotransmiter v mozku spojen s autistickým chováním - úplná zastávka," řekl Robertson. "Tato teorie, že signální dráha GABA hraje roli v autismu, byla prokázána na zvířecích modelech, ale dosud jsme nikdy neměli důkaz, že by to ve skutečnosti způsobovalo autistické rozdíly u lidí."

Ačkoli to nemusí vést přímo k léčbě autismu, Robertson řekl, že nález nabízí neocenitelný pohled na poruchu a roli, kterou v ní mohou hrát neurotransmitery, jako je GABA. Objev také naznačuje, že podobné vizuální testy by mohly být použity k screeningu mladších dětí na autismus, což by rodičům a lékařům umožnilo zasáhnout dříve.

Ačkoli se dlouho věřilo, že hraje roli v autismu - GABA byla široce studována na zvířecích modelech - důkazy podporující roli GABA v poruše u lidí byly nepolapitelné.

"Autismus je často popisován jako porucha, při které všechny smyslové vjemy zaplavují najednou." Takže myšlenka, že je důležitý inhibiční neurotransmiter, odpovídá klinickým pozorováním, “řekl Robertson. "Navíc lidé s autismem mají často záchvaty - mezi autismem a epilepsií je 20 až 25 procent komorbidity - a myslíme si, že záchvaty jsou neutuchající excitace v mozku."

Najít ten důkaz, Robertson a jeho kolegové hledali snadno replikovatelný test, který u lidí s autismem a bez autismu přináší konzistentně odlišné výsledky, a našli jej v tom, čemu vizuální neurovědeci říkají binokulární rivalita.

Normálně, řekla, jsou mozku představeny dva mírně odlišné obrazy - jeden z každého oka - které průměrně vytvoří jeden obraz, který vidíme. Test binokulární rivality však nutí každé oko pořídit velmi odlišné snímky s překvapivými výsledky.

"Konečným výsledkem je, že jeden obraz je na krátkou dobu zcela potlačen z vizuálního povědomí," řekl Robertson. "Takže když ti ukážu obrázek koně a jablka, kůň úplně zmizí a ty jablko jen uvidíš." Nakonec se však neurony, které vynucují tento inhibiční signál, unaví a bude se přepínat, dokud neuvidíte pouze koně. Jak se tento proces opakuje, dva obrazy se budou houpat tam a zpět. “

V dřívějších studiích Robertson a kolegové ukázali, že zatímco stejný proces probíhá v autistickém mozku, oscilace mezi obrazy může trvat podstatně déle.

"Tam, kde se průměrný člověk může pohybovat tam a zpět mezi dvěma obrazy každé tři sekundy, může autistovi trvat dvakrát déle," řekla. "Tráví stejné množství času v ustáleném stavu, kde vidí jen jeden obrázek, jako průměrný člověk." Přepínání mezi nimi trvá déle a druhý obrázek není tak hluboce potlačen. “

Pomocí spektroskopie magnetické rezonance, techniky zobrazování mozku, která dokáže měřit hladiny určitých neurotransmiterů v mozku, vědci zjistili, že zatímco osoby s autismem vykazovaly normální hladiny GABA, vztah mezi GABA a zrakovým vnímáním byl mnohem nižší, než se očekávalo.

"To, co si myslíme, že vidíme, je důkaz deficitu v GABA-ergické signální dráze," řekl Robertson. "Není to tak, že v mozku není GABA ... je to tak, že na této cestě je nějaký krok, který je zlomený."

Oprava této cesty se snadněji řekne, než udělá.

"Je to velmi rozmanité," řekl Robertson. "Existují dvě formy GABA receptorů, A a B, a GABA A receptor může mít více forem." Tento test můžeme použít k prozkoumání účinnosti léků, abychom získali lepší představu o tom, který z těchto receptorů nefunguje správně. Ale je to velmi složité.

"Pokud tato zjištění platí jak u dětí, tak u dospělých ... právě teď nemůžeme diagnostikovat autismus u dětí, které neumí mluvit, ale právě tehdy by byla časná intervence nejúčinnější," pokračovala. "Ale než děti začnou mluvit, mohou vidět, takže možná budeme moci použít tento typ vizuálních úkolů k prověření dětí a zjistit, jestli je v jejich mozku něco nevyváženého."

Robertson však varoval, že pochopení signální dráhy pro GABA nebude lékem na autismus.

"Jsem touto studií nadšená, ale v mozku je mnoho dalších molekul a mnoho z nich může být v nějaké formě spojeno s autismem," řekla. "Podívali jsme se na příběh GABA, ale nedokončili jsme screening autistického mozku pro další možné cesty, které mohou hrát roli." Ale tohle je jeden a máme z toho dobrý pocit.


2 Elektrochemická cytometrie k měření vezikulárního obsahu

Jednobuněčná amperometrie poskytuje informace o množství neurotransmiterů během exocytotického uvolňování, ale pro stanovení uvolněné frakce je také zapotřebí množství neurotransmiterů uložených v jednom vezikulu. Průtoková elektrochemická cytometrie, kombinace amperometrie a průtokové cytometrie, původně umožňovala stanovení skladování neurotransmiterů v nanometrových vezikulách. 21

2.1 Elektrochemická cytometrie průtokových vezikul (FVEC)

Původní průtoková elektrochemická cytometrie byla navržena tak, aby kvantifikovala obsah vezikulárních neurotransmiterů kombinací kapilární elektroforézy, mikrofluidiky a elektrochemie (obrázek 2A). 21 V elektrochemické cytometrii s průtokovou vezikulou (FVEC) byly jednotlivé vezikuly izolovány ze suspenze vezikul kapilární elektroforézou a poté vloženy do mikrofluidního zařízení, kde byly propláchnuty proudem roztoku povrchově aktivního činidla k lyži jejich membrány, takže veškerý obsah vezikuly mohly být uvolněny a přímo detekovány amperometrií na mikroelektrodách uhlíkových vláken. V těchto experimentech, srovnávajících SCA s FVEC, bylo zjištěno, že průměrný váček uvolnil pouze asi 40 % celkového katecholaminu během exocytotického uvolňování v buňkách PC12. FVEC detekovalo asi 33 000 molekul dopaminu přítomných na váček v myším striatalu, zatímco obsah kultivátoru v exocytotickém uvolňování je v kultivovaných neuronech nižší. 22 Tato zjištění vedou k dalším experimentům s cílem určit, že se uvolňuje pouze zlomek vezikulárního obsahu a tato frakce se může velmi lišit.

Metody elektrochemické cytometrie pro měření vezikulárního obsahu. A) Flow vesicle electrochemical cytometry (FVEC). Adapted with permission from ref. [21]. Copyright: 2010, American Chemical Society. B) Vesicle impact electrochemical cytometry (VIEC). C) Intracellular vesicle impact electrochemical cytometry (IVIEC).

2.2 Vesicle impact electrochemical cytometry (VIEC)

Vesicle impact electrochemical cytometry (VIEC) was then developed to eliminate the separation step and simplify quantification of neurotransmitter content in isolated vesicles. 23 In this method, a disk-shaped carbon-fiber electrode was placed in a suspension of isolated vesicles (Figure 2B). Vesicles adsorb on the surface of the electrode and rupture by electroporation, 24 resulting in the opening of a pore on the vesicle membrane and subsequent release of electroactive messenger molecules. These released messengers are oxidized at the electrode surface, where they are restricted from diffusing away from the electrode and thus the total content can be quantified. The pore opening of vesicles on the electrode is potential dependent, whereas the number of molecules per vesicle is not affected. 24 It is hypothesized that proteins on the membrane of the vesicle act as a barrier between the membrane and the electrode reducing the electroporation field and consequently these must move, possibly by random motion, prior to vesicle opening. 24 Vesicle rupture on the electrode surface is also temperature and vesicle size dependent. 25 Increasing the temperature from 6 to 30 °C facilitates electroporation-induced pore formation and it is easier for larger vesicles rupture on the electrode than the smaller vesicles, consistent with the need for proteins to move and allow direct contact of the membrane lipids with the electrode. Fluorescence labeling of vesicles also facilitates vesicle rupture by electroporation. 26 It was shown that a light-stimulated fluorophore, rhodamine phosphatidylethanolamine or benzoxadiazole-phosphoethanol-amine, attached to the membrane of vesicle increases the number of amperometric events, corresponding to an increase in vesicle opening. This has been hypothesized to occur via production of reactive oxygen species by excited fluorophores causing oxidation of the membrane lipids and proteins and therefore, changing the conformation of the membrane of vesicle to allow easier adsorption at the electrode surface.

2.3 Intracellular vesicle impact electrochemical cytometry (IVIEC)

Intracellular vesicle impact electrochemical cytometry (IVIEC) was recently introduced to directly quantify vesicular content inside a single cell (Figure 2C). 27 A cylindrical carbon-fiber microelectrode was flame-etched to obtain a thin needle shape with 50–100 nm tip diameter and tens of micrometer long. This nanotip electrode can be used to penetrate the cell membrane localizing in the cytoplasm of a live cell with minimal damage. This provides better sensitivity, dynamics, signal-to-noise ratio, and faster time response for many messengers detected in comparison of electrochemically etched as well as regular cylindrical-shaped carbon-fiber microelectrodes. Similar to the VIEC method, IVIEC is based on the same principles as VIEC, where the intracellular vesicles are adsorbed on the electrode surface and rupture by electroporation to release their contents.

2.4 VIEC versus IVIEC

Quantitative modeling of collection efficiencies from carbon-fiber microelectrodes demonstrates that almost 100 % of vesicular content is captured and oxidized on a disk-shaped carbon-fiber electrode in VIEC, regardless of the location of the release pore. 28 The collection efficiency of nanotip conical electrodes is dependent on the position of the vesicular release pore in IVIEC, where 75 % of vesicular content is predicted to be collected when the release pore is opposite to the electrode surface and 100 % can be captured when the release pore is close or at the electrode surface, but overall this approach provides reliable measurement of vesicular content.

The VIEC and IVIEC methods can be utilized for different purposes. For example, physical size and vesicular content of a single vesicle can be simultaneously measured by combining resistive pulse measurements and VIEC. 29 Here, a nanopore pipet was used to eject single vesicles with different osmolality of solution inside and outside of the nanopipette tip by applying periodic pressure. A resistive pulses was generated when the vesicle was pushed through the pore. The vesicle then adsorbed on the surface of a carbon-fiber electrode opens to release its content by electroporation and low osmolarity of the surrounding solution. However, depending on the cell type, the problem of adequate vesicle isolation remains a challenge. In addition, the vesicular catecholamine content quantified with VIEC is lower than that of IVIEC, as the vesicular neurotransmitter content in isolated vesicles decreases with higher speed centrifugation force during isolation steps. 30 IVIEC with a nanotip electrode can directly assess vesicular content in a single living cell under various stimulations or drug treatments, allowing direct comparison to exocytotic release. Here, an advantage is that vesicle isolation is not required.


Types of Neurotransmitters

One method of classifying neurotransmitters is based on their chemical composition. Categories include:

  • Amino acids: γ-aminobutyric acid (GABA), aspartate, glutamate, glycine, D-serine
  • Gases: carbon monoxide (CO), hydrogen sulfide (H2S), nitric oxide (NO)
  • Monoamines: dopamine, epinephrine, histamine, norepinephrine, serotonin
  • Peptides: β-endorphin, amphetamines, somatostatin, enkephalin
  • Purines: adenosine, adenosine triphosphate (ATP)
  • Trace amines: octopamine, phenethylamine, trypramine
  • Other molecules: acetylcholine, anandamide
  • Single ions: zinc

The other major method of categorizing neurotransmitters is according to whether they are vzrušující nebo inhibiční. However, whether a neurotransmitter is excitatory or inhibitory depends on its receptor. For example, acetylcholine is inhibitory to the heart (slows heart rate), yet excitatory to skeletal muscle (causes it to contract).


Podívejte se na video: Tipy pro nastartování mozku a mysli - Brain We Are (Listopad 2021).