LTP 유도

LTP induction

뇌의 화학적 시냅스에서 NMDA 수용체 의존성 장기강화(LTP)의 유도는 매우 간단한 [1][2]메커니즘을 통해 일어난다.시냅스 후 세포 내(또는 보다 구체적으로 수상돌기 척추 내)에서 칼슘 이온 농도가 실질적이고 빠르게 상승하는 것이 LTP를 유도하는 데 필요한 모든 것일 수 있습니다.그러나 LTP를 유도할 때 시냅스 후 세포에 칼슘을 전달하는 메커니즘은 더 복잡하다.

AMPA 수용체의 역할

AMPA 리셉터(AMPAR)는 흥분성 시냅스 후 전위(EPSP)를 구동하는 엔진입니다.일부 형태의 AMPAR은 칼슘을 전도할 수 있지만 신피질에서 발견되는 대부분의 AMPAR은 전도하지 않습니다.AMPAR은 두 개의 글루탐산 분자와 결합할 때 조개 껍데기의 개방과 유사한 구조 변화를 겪습니다.이러한 구조 변화는 나트륨 이온이 세포로 유입되고 칼륨 이온이 유출되도록 하는 AMPAR 단백질 구조 내의 이온 채널을 엽니다(즉, 혼합 양이온 전도 채널).AMPAR 채널의 Na와 K+ 투과율은 거의+ 같기 때문에 이 채널이 열리면 막 전위의 변화는 0(평형 전위K E와Na E 사이의 중간 이상)으로 향하는 경향이 있습니다.이 밸런스 포인트는 약 0mV(EPSP 전류의 반전 전위는 약 0mV)에서 도달합니다.그러나, 시냅스 후 막 전위는 많은 AMPAR 채널이 열리지 않기 때문에 글루타메이트의 단일 시냅스 전 방출로 휴지 전위에서 수 밀리볼트 이상 변화하지 않습니다.시냅스 균열에 있는 글루탐산염의 수명은 너무 짧아서 AMPAR 채널이 잠깐 열리는 것 이상을 허용하지 않으며, 따라서 약간의 탈분극만 일으킨다.개방된 AMPAR 채널은 종종 비칼슘 투과성으로 간주되지만, 특정 서브유닛 구성을 가진 AMPAR는 NMDARs에 대해 수준과 주파수는 다르지만 칼슘 투과성을 허용하기 때문에 이는 근사치에 불과하다.

역사적으로, LTP를 유도하는 가장 널리 사용되는 실험 수단은 시냅스 또는 시냅스 그룹의 시냅스 전 축삭에 테타닉 자극을 전달하는 것이었다.이 파상풍의 주파수는 일반적으로 100Hz이며, 지속시간은 일반적으로 1초입니다.단일 AMPAR 매개 EPSP의 상승 시간은 약 2 ~5 ms, 지속 시간은 약 30 ms입니다.만약 시냅스가 100Hz에서 자극된다면, 시냅스 전 뉴런은 10ms마다 한 번씩 글루탐산염을 방출하려고 시도할 것이다.이전 EPSP에서 발생한EPSP는 이전 EPSP가 피크 진폭일 때 10밀리초 후에만 도달합니다.따라서, 100Hz 자극열 동안, 각 EPSP는 이전의 EPSP에 의해 야기된 막 탈분극에 추가됩니다.이 시냅스 합계는 단일 시냅스 자극으로는 도달할 수 없는 값을 향해 막 전위를 유도합니다.EPSP가 합계되면 스파이크 임계값을 초과합니다.

NMDA 수용체의 역할

NMDA 수용체(NMDAR)는 휴면 또는 가까운 막 전위 조건에서 EPSP에 유의한 전류를 공급하지 않습니다.NMDAR는 또한 AMPAR에 결합하고 개방하는 글루탐산염의 시냅스 전 방출에 이어 이 글루탐산염과 결합하고 개방한다.그러나 NMDAR 이온 채널은 NMDAR 채널의 열린 모공 안쪽에 결합하는 마그네슘 이온2+(Mg)에 의해 순간적으로 차단되기 때문에 전류가 흐르지 않습니다.마그네슘은 NMDAR 채널이 글루탐산염 결합(일명 오픈 채널 블록)에 의해 개방될 때만 이 결합 부위에 접근할 수 있습니다.

마그네슘 차단

LTP 유도의 관점에서 NMDAR 채널의 마그네슘 차단이 특히 중요한 이유는 블록이 막전압에 의존하기 때문입니다.이 전압 의존성의 기초는 비교적 간단합니다.NMDAR 채널은 세포막을 가로지르는 트랜스막 단백질이다.이와 같이 막전위에 의해 발생하는 전계에도 걸친다.NMDAR 채널 내의 마그네슘 결합 부위는 물리적으로 이 전기장 내에 있습니다.이중 정전하를 가진 마그네슘 이온은 필드에서 작용한다.셀이 과분극되면 마그네슘은 채널 내에서 안정화됩니다(즉, 마그네슘 이온에 대한 두 개의 양전하가 셀 내부를 가리키는 전기장의 음극을 향해 끌어당깁니다).세포가 탈분극되면 마그네슘 이온에 대한 전계 효과가 약해져 채널 내 마그네슘 이온의 체류 시간이 감소한다.따라서 마그네슘과 NMDAR 채널 간의 결합 반응의 역학은 마그네슘이 주기적으로 결합을 풀고 채널을 떠나지만 다른 마그네슘 이온으로 대체된다.마그네슘이 오픈채널에 없는 (매우 짧은) 시간 동안 다른 이온(나트륨이나 칼슘 등)이 채널을 통해 흐를 수 있습니다.그러나 세포가 더 과분극화되면 마그네슘의 결합 상태가 안정되고 마그네슘은 더 적은 빈도로 더 짧은 시간(평균) 동안 채널을 떠납니다.셀의 과분극이 적어지면 마그네슘은 채널을 이탈하는 빈도가 높아지고 (평균적으로) 더 오래 떨어져 있습니다.따라서 개방 NMDAR 채널의 마그네슘 블록은 막전압에 의존한다.

NMDAR 채널 자체는 전압 의존성을 거의 또는 전혀 표시하지 않지만(오픈 채널 I/V 곡선은 다소 선형적임), 마그네슘 블록의 전압 의존성은 간접적이더라도 효과적으로 이 채널에 전압 의존성을 부여합니다.따라서 사실상 [3]NMDAR 채널은 동시에 리간드 게이트 채널과 전압 게이트 채널입니다.이 사실은 헤비안 일치 검출기로서의 NMDAR의 기능에 매우 중요하다.보다 엄밀하게 말하면, 개방된 차단되지 않은 NMDAR를 통한 내부 캐티온 전류(나트륨 또는 칼슘)는 탈분극과 함께 감소하지만(전기 화학적 "구동력 감소" 때문에), 전압 의존적인 차단은 구동력의 감소보다 더 큰 것으로 보여서, 한 쌍의 적절한 작용에 의해 척추로 칼슘 유입됩니다.ely timed pre-synaptic 및 post-synaptic spike는 개별 스파이크로 인한 유입 합계를 크게 초과한다.이 추가 또는 "비선형" 칼슘 입력은 강도 변화를 트리거합니다.

레퍼런스

  1. ^ Siegelbaum, Steven A.; Kandel, Eric R. (1991-06-01). "Learning-related synaptic plasticity: LTP and LTD". Current Opinion in Neurobiology. 1 (1): 113–120. doi:10.1016/0959-4388(91)90018-3. PMID 1822291. S2CID 27798921.
  2. ^ Bliss, T. V. P.; Lømo, T. (1973-07-01). "Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation of the perforant path". The Journal of Physiology. 232 (2): 331–356. doi:10.1113/jphysiol.1973.sp010273. ISSN 1469-7793. PMC 1350458. PMID 4727084.
  3. ^ Enabera I. Flatman JA. Lambert JDC (1979). "The actions of excitatory amino acids on motomeurones in the feline spinal cord". Journal of Physiology. 288: 227–261.