СИНАПТИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ

СИНАПТИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ
Цикл лекций
Механизмы долговременной синаптической
пластичности
Кафедра нейродинамики и нейробиологии ННГУ
Мухина И.В.
Нижний Новгород, 2008
Синаптическая пластичность
Пластичность
взрослого мозга
Синаптическая пластичность
Кратковременная
(секунды, минуты)
Системная пластичность
Долговременная
(часы, дни)
Долговременная
потенциация (ДВП или LTP)
(часы, дни)
Гомосинаптическая
Ассоциативная
Долговременная депрессия
(ДВД или LTD)
(часы, дни)
Гомосинаптическая
Гетеросинаптическая
Ассоциативная
Ритмичная активация синапсов
Длительные изменения в синаптической передаче
УВЕЛИЧЕНИЕ АМПЛИТУДЫ
ПОСТСИНАПТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА
Долговременная потенциация (LTP)
Долговременная депрессия (LTD)
!
Основной причиной является изменение концентрации
внутриклеточного кальция в постсинаптической клетке.
Долговременная потенциация
Long Term Potentiation
•
•
•
Впервые была описана Блисс, Ломо в 1973 году в глутаматэргических синапсах
гиппокампа.
Классификация:
Гомосинаптическая
Ассоциативная (гетеросинаптическая) - ассоциированная по времени слабая
стимуляция двух входов эффективнее раздельной стимуляции.
А –тетаническая стимуляция слабого
входа не приводит к LTP;
В – тетаническая стимуляция
сильного входа приводит к LTP;
С – одновременная стимуляция обоих
путей приводит к LTP даже в слабом
входе.
Гомосинаптическая
долговременная потенциация
LTP в гиппокампе
анестезированного кролика (по
Bliss and Lomo, 1973).
Синаптические ответы на
стимуляцию перфорантного
пути в гранулярных клетках
зубчатой фасции.
Короткие тетанусы (15/с
длительностью 10 с) наносятся
в моменты, отмеченные
стрелками.
Каждый тетанус сопровождается
увеличением амплитуды(серые
точки) синаптических ответов в
течение многих часов.
Черными точками отмечены
ответы тех же самых клеток, но
не получавших тетаническое
раздражение.
Механизмы индукции LTP
Увеличение количества кальция в постсинаптической клетке:
Через NMDA рецепторы. Вход Са зависит от величины деполяризции, достаточной для
снятия Mg блока в NMDA –зависимых каналах (объяснение ассоциативной LTP);
Через внутриклеточные депо кальция;
Через потенциалзависимые кальциевые каналы.
•
•
•
Механизмы проявления
LTP
•
•
Пресинаптическое проявление LTP в ответ
на активацию метаботропных
постсинаптических рецепторов
(фасилитация) предполагает наличие
ретроградного посредника в синапсе
(например, NO).
Пресинаптический (выделяется больше квантов);
Постсинаптический (больший ответ на каждый квант).
•Включение молчащих
синапсов;
•Увеличение количества
постсинаптических
рецепторов
Опосредованы изменениями в постсинаптической мембране
Постсинаптический механизм индукции LTP
Увеличение количества
постсинаптичексих
рецепторов
Светлые цвет
постсинаптических
рецепторов – АМРА
рецепторы, черный
цвет – NMDA.
Включение молчащих
синапсов
Пресинаптический механизм индукции LTP
Эндоплазматический ретикулум
Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) (лат. reticulum — сеточка) или эндоплазматическая сеть (ЭПС) —
внутриклеточный органоид эукариотической клетки, представляющий собой разветвлённую систему из
окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев.
Впервые эндоплазматический ретикулум был обнаружен американским учёным К. Портером в 1945 году
посредством электронной микроскопии.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Выделяют два вида ЭПР:
•гранулярный эндоплазматический ретикулум ;
•агранулярный (гладкий) эндоплазматический ретикулум (в скелетной
мышце называется как саркоплазматический ретикулум (СПР)).
На поверхности гранулярного эндоплазматического ретикулума
находится большое количество рибосом, которые отсутствуют на
поверхности агранулярного ЭПР.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Nucleolus
Nucleus
Ribosome
Vesicle
Rough endoplasmic
reticulum
Golgi apparatus (or "Golgi
body")
Cytoskeleton
Smooth endoplasmic
reticulum
Mitochondrion
Vacuole
Cytoplasm
Lysosome
Centriole
1. Длительная ритмическая активация
пресинаптического окончания
2. Активация глутаматных NMDA-рецепторов, которые
открываются при деполяризации мембраны и
пропускают ионы Са в клетку
3. Повышение внутриклеточной концентрации ионов Са
4. Активация внутриклеточных протеинкиназ (кальцийкальмодулинзависимые киназы – СаМКII, цАМФзависимая протеин-киназа и др.) и фосфорилировании
определенных белков
5. Различные перестройки в клетке, в том числе и
морфологические. Структурные изменения
заключаются в росте и ветвлении пресинаптических
нервных окончаний, изменении количества
рецепторов на постсинаптической мембране,
образовании новых синапсов.
Долговременная депрессия
Long Term Depression
• Гомосинаптическая
• Гетеросинаптическая
• Ассоциативная
•
Гомосинаптическая депрессия – длительная депрессия синаптической передачи,
вызванная предшествующей ритмической активностью этого же входа.
Причины на постсинаптическом уровне:
•NMDA лутаматные рецепторы;
•Метаботропные глутаматные рецепторы;
•Деполяризация ;
•Повышение внутриклеточного кальция
Долговременная депрессия
•
Гетеросинаптическая депрессия – длительная депрессия синаптической передачи, вызванная
предшествующей ритмической активностью в другом афферентном входе этой же клетки .
Причины на постсинаптическом уровне:
•NMDA лутаматные рецепторы;
•Метаботропные глутаматные рецепторы;
•Деполяризация ;
•Повышение внутриклеточного кальция;
•Потенциалзависимые Са-каналы L-типа.
•
Ассоциативная депрессия – длительная депрессия синаптической передачи в слабом входе,
вызванная предшествующей совпадающей по времени сильной и слабой ритмической активностью
в двух входах этой же клетки .
Причины на постсинаптическом уровне:
•NMDA лутаматные рецепторы;
•Метаботропные глутаматные рецепторы;
•Деполяризация ;
•Повышение внутриклеточного кальция;
•Потенциалзависимые Са-каналы L-типа.
Долговременная депрессия
Индукция LTD
Относительно большая концентрация внутриклеточного
кальция вызывает LTD,
Меньшая концентрация вызывает LTP
LTP отсутствует в нокаутных мышах по гену СаМКII;
LTP блокируется постсинаптическим введением
блокаторов протеин-киназы С.
Для индукции LTP необходима одновременная активация
метаботропных и АМРА рецепторов.
В некоторых работах показана роль NO в индукции LTP.
Проявление LTD
Уменьшение постсинаптической чувствительности к
глутамату;
Уменьшение амплитуды миниатюрных ВПСП;
•Признаки пресинаптического механизма
– уменьшение амплитуды ВПСП
сопровождается увеличением
фасилитации на парный импульс;
•Изменяется выброс медиатора из
пресинаптического окончания.
Уменьшение количества АМРА рецепторов;