사일런트 시냅스

Silent synapse

신경과학에서 무성 시냅스는 흥분성 글루탐산 시냅스 후 막이 NMDA형 글루탐산 수용체를 포함하지만 AMPA형 글루탐산 [1]수용체는 포함하지 않는 흥분성 글루탐산 시냅스이다.이러한 시냅스는 정상적인 AMPA 수용체 매개 시그널링이 존재하지 않기 때문에 "사일런트"로 명명되어 일반적인 조건에서 시냅스를 비활성 상태로 만듭니다.사일런트 시냅스는 일반적으로 미성숙한 글루탐산 시냅스로 간주된다.뇌가 성숙함에 따라, 침묵 시냅스의 상대적인 수는 감소한다.하지만, 해마 침묵 시냅스에 대한 최근의 연구는 그것들이 시냅스의 형성에 있어 발전적인 이정표가 될 수 있지만, 그 시냅스는 비록 그들이 AMPA 수용체를 획득하더라도 활동에 의해 "침묵"될 수 있다는 것을 보여준다.따라서 침묵은 시냅스가 일생 동안 여러 번 방문할 수 있는 상태일 수 있습니다.

시냅스 전송

NMDA 수용체가 있지만 AMPA 수용체가 없는 침묵 시냅스.

글루탐산 시냅스를 통한 정상적인 전달은 신경전달물질 글루탐산염, 글루탐산 특이적 AMPA 수용체(AMPAR) 및 칼슘 이온에 의존한다.칼슘 이온이 시냅스 전 말단에 들어가면 시냅스 후 막의 글루탐산 수용체에 결합하면서 시냅스 전 방출이 시냅스 후 틈으로 확산됩니다.글루탐산 수용체에는 AMPA 수용체(AMPARs)(이전에는 Quisqualate 수용체로 알려져 있음), NMDA 수용체(NMDARs), 카이네이트 수용체 및 메타트로픽 글루탐산 수용체(mGluRs)의 네 가지 하위 유형이 있습니다.대부분의 연구는 AMPAR와 NMDAR에 초점을 맞추고 있다.글루탐산염이 시냅스 후 막에 위치한 AMPAR에 결합할 때, Na와++ K의 혼합 흐름이 세포막을 통과하도록 허용하여 시냅스 후 막의 탈분극을 일으킨다.이러한 국소적 탈분극은 흥분성 시냅스 후 전위(EPSP)라고 불린다.

사일런트 시냅스는 원형 글루탐산 시냅스와 마찬가지로 글루탐산을 방출하지만, 시냅스 후 막에는 글루탐산염과 결합할 수 있는 NMDA 수용체(아마도 mGlu)만 포함되어 있다.AMPA 수용체는 무성 시냅스 후막에서는 발현되지 않지만, 시냅스 후 세포 내부의 소포에 저장되며, 여기서 세포 외 글루탐산염은 검출할 수 없지만 테탄화 자극에 반응하여 시냅스 후 세포막에 빠르게 삽입될 수 있다.NMDAR는 두 가지 주요 차이점을 제외하고는 기능적으로 AMPAR와 유사하다. NMDAR는 Na, K로+ 구성된+ 이온 전류를 전달하지만 (대부분의 AMPAR와 달리) Ca도 가지고 있다. NMDAR는 또한 마그네슘 이온(Mg2+)을2+ 결합하는 부위를 이온 채널 내에 가지고 있다.이 마그네슘 결합 부위는 막 전위에 의해 생성된 전기장 내의 모공에 위치합니다.일반적으로 NMDAR 채널이 글루탐산염과 결합되어 있더라도 전류는 NMDAR 채널을 통해 흐르지 않습니다.이것은 이 수용체와 관련된 이온 채널이 마그네슘에 의해 막히면서 병 안의 코르크 마개처럼 작용하기 때문입니다.그러나 Mg는2+ 대전되어 막의 전계 내에 결합되어 있기 때문에 역치 이상의 막 전위의 탈분극은 마그네슘을 제거하여 NMDAR 채널을 통해 전류를 흐르게 할 수 있다.이는 NMDAR에 전압 의존적인 특성을 부여하는데, 이온 플럭스를 허용하기 위해서는 강력한 시냅스 후 탈분극이 필요하기 때문입니다.

특성.

막 탈분극은 NMDA 수용체가 글루타메이트에 반응하도록 한다.

침묵 시냅스는 해마 [2]뉴런에서 AMPAR와 NMDAR에 의해 매개되는 흥분성 시냅스 후 전류(EPSC)의 양적 함량 차이에 대한 설명으로 제안되었다.축삭이 몇 개만 자극된 실험에서 더 직접적인 증거가 나왔다.-60mV에서 시냅스 후 세포를 클램프할 때 무음 시냅스 자극은 EPSC를 유도하지 않는다.무음 시냅스 자극은 시냅스 후 세포가 -40mV [3]이상 탈분극될 때 EPSC를 유도한다.이는 과분극 전위에서는 전류를 통과시키기 위한 표면 AMPAR이 부족하지만 (마그네슘 블록의 완화로 인해) 보다 양의 전위에서는 전류를 통과시키는 NMDAR를 보유하고 있기 때문입니다.또한 탈분극막 전위로 유도된 EPSC는 선택적 NMDAR 차단제인 [4]D-APV에 의해 완전히 차단될 수 있다.

액티베이션

사일런트 시냅스는 일반적으로 "AMPA 수용체 밀매"[5]라고 불리는 현상인 시냅스 후 막에 AMPAR를 삽입함으로써 활성화된다.

글루타메이트가 강하게 탈분극된 시냅스 후 세포에 결합할 때(예: 헵비안 LTP 동안), Ca는 빠르게 들어가서2+ 칼모듈린에 결합한다.칼모듈린은 칼슘/칼모듈린 의존성 단백질인산화효소 II(CaMKII)를 활성화하며, 이는 무엇보다도 시냅스 후막 근처의 AMPAR 함유 소포에 작용합니다.CaMKII는 이러한 AMPAR를 인산화하여 시냅스 후 막에 삽입하는 신호 역할을 합니다.일단 AMPAR가 삽입되면 시냅스는 더 이상 침묵하지 않습니다. 활성화된 시냅스는 더 이상 EPSP를 유도하기 위해 시냅스 전후의 동시 활동을 필요로 하지 않습니다.초기 활성화(Early Long Term Forcentiation) 후 시냅스 후 뉴런이 계속 자극되면 시냅스 후 뉴런은 영구적으로 흥분하기 쉽도록 조정됩니다(Late Long Term Forcentiation).시냅스에서 막에 삽입되는 AMPA 수용체 생산 수준을 변경하여 이를 수행합니다.

증거는 Ig 슈퍼패밀리 멤버인 수상돌기 수목화 및 시냅스 성숙 1(Dasm1)이 시냅스의 성숙에 관여하며, 기본적으로 침묵 시냅스를 "깨우게" 한다는 것을 암시한다.

경쟁 가설

무성 시냅스의 특성은 현재 진행 중인 연구 분야이며 아직 알려지지 않은 것이 많습니다.무성 시냅스의 특성에 대해 현재 받아들여지고 있는 것 중 일부는 여전히 전체 또는 부분적으로 부정확한 것으로 판명될 수 있다.그러나 침묵 시냅스에 대한 논란은 일단락됐다.예를 들어, 최근까지 시냅스 [6]무음 메커니즘에 대한 네 가지 가설이 있었다.

  • "속삭임 시냅스" 가설:
    • 글루탐산염이 정상보다 느리게 방출되어 고친화성 NMDA 수용체만 활성화되고 저친화성 AMPA 수용체는 활성화되지 않는 시냅스
  • "낮은 Pr" 시냅스 가설:
    • 시냅스 전 방출 확률이 너무 낮아 거의 활성화되지 않기 때문에 기술적으로 조용하지는 않지만 그렇게 보이는 시냅스입니다.
  • "글루탐산염 유출" 가설:
    • 자체 시냅스 전 글루탐산염을 방출하지 않지만, 포스트 시냅스가 인접한 시냅스에서 "넘쳐" 글루탐산염의 낮은 농도를 감지하는 시냅스입니다.고친화성 NMDARs만이 저친화성 AMPARs가 아닌 저친화성 NMDARs만이 이 낮은 수준의 글루탐산염을 검출할 수 있다.
  • AMPA 수용체 부족 가설
    • 시냅스 후 AMPA 수용체가 없는 시냅스

이 네 가지 가설은 모두 신봉자가 있었지만,[7] 2008년 이전에 발표된 작품에서는 시냅스 침묵의 메커니즘으로 처음 세 가지는 대부분 배제되었다.그러나 최근 실험은 시냅스 후 AMPA [8]수용체를 가진 뇌간 시냅스에서 침묵 시냅스를 관찰할 수 있다는 것을 명확히 입증했다.이 연구는 침묵 시냅스에서 글루탐산염 농도가 감소한다는 것을 보여줌으로써 글루탐산염 유출 가설을 선호한다.적어도 이 연구는 시냅스 후 침묵 시냅스에 대한 일반적인 가설이 모든 시스템에 적용되는 것은 아니라는 것을 보여준다.

다른 토픽과의 통합

장기전위화에서의 사일런트 시냅스의 역할

  • 장기전위화와 관련된 메커니즘의 대부분은 사일런트 시냅스 [9]활성화와 관련된 메커니즘과 동일하지는 않더라도 유사합니다.두 과정 모두 시냅스로의 AMPA 수용체 모집을 필요로 한다.

신경 발달

  • 발달 중에는 감각 입력이 올바른 [10]발달에 필수적인 특정 임계 시기가 있습니다.이것은 감각, 운동, 그리고 인지 기능에 필요하다.사일런트 시냅스를 활성화하는 것은 이러한 [11]발달에 필요한 신경 네트워크를 구축하는 데 도움이 됩니다.

AMPA 리셉터 트래픽

  • 무음 시냅스는 AMPAR의 삽입에 의해 활성화되기 때문에 이들 수용체의 밀매는 매우 적합합니다.증거는 장기전위화에서 AMPA 수용체 모집의 주요 소스가 내구성/재활용 [12]경로에서 나온다는 것을 시사하지만, 또한 비시냅스 외 영역으로부터의 가로막 확산이 AMPAR [13]모집에 기여할 수 있다는 증거도 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스


  1. ^ Purves, Dale (2007). Neuroscience, Fourth Edition. Sinauer Associates. pp. 193–5.
  2. ^ Kullmann DM (May 1994). "Amplitude fluctuations of dual-component EPSCs in hippocampal pyramidal cells: implications for long-term potentiation". Neuron. 12 (5): 1111–20. doi:10.1016/0896-6273(94)90318-2. PMID 7910467. S2CID 54357872.
  3. ^ Liao D, Hessler NA, Malinow R (June 1995). "Activation of postsynaptically silent synapses during pairing-induced LTP in CA1 region of hippocampal slice". Nature. 375 (6530): 400–4. Bibcode:1995Natur.375..400L. doi:10.1038/375400a0. PMID 7760933. S2CID 4239468.
  4. ^ Isaac JT, Nicoll RA, Malenka RC (August 1995). "Evidence for silent synapses: implications for the expression of LTP". Neuron. 15 (2): 427–34. doi:10.1016/0896-6273(95)90046-2. PMID 7646894.
  5. ^ Kerchner GA, Nicoll RA (November 2008). "Silent synapses and the emergence of a postsynaptic mechanism for LTP". Nature Reviews. Neuroscience. 9 (11): 813–25. doi:10.1038/nrn2501. PMC 2819160. PMID 18854855.
  6. ^ Voronin LL, Cherubini E (May 2004). "'Deaf, mute and whispering' silent synapses: their role in synaptic plasticity". The Journal of Physiology. 557 (Pt 1): 3–12. doi:10.1113/jphysiol.2003.058966. PMC 1665055. PMID 15034124.
  7. ^ Montgomery JM, Pavlidis P, Madison DV (March 2001). "Pair recordings reveal all-silent synaptic connections and the postsynaptic expression of long-term potentiation". Neuron. 29 (3): 691–701. doi:10.1016/S0896-6273(01)00244-6. PMID 11301028.
  8. ^ Balland B, Lachamp P, Kessler JP, Tell F (April 2008). "Silent synapses in developing rat nucleus tractus solitarii have AMPA receptors". The Journal of Neuroscience. 28 (18): 4624–34. doi:10.1523/JNEUROSCI.5355-07.2008. PMC 6670440. PMID 18448639.
  9. ^ Baltaci SB, Mogulkoc R, Baltaci AK (February 2019). "Molecular Mechanisms of Early and Late LTP". Neurochemical Research. 44 (2): 281–296. doi:10.1007/s11064-018-2695-4. PMID 30523578. S2CID 54447044.
  10. ^ Kanold PO, Deng R, Meng X (2019). "The Integrative Function of Silent Synapses on Subplate Neurons in Cortical Development and Dysfunction". Frontiers in Neuroanatomy. 13: 41. doi:10.3389/fnana.2019.00041. PMC 6476909. PMID 31040772.
  11. ^ Huang X (March 2019). "Silent synapse: A new player in visual cortex critical period plasticity". Pharmacological Research. 141: 586–590. doi:10.1016/j.phrs.2019.01.031. PMID 30659896. S2CID 58546141.
  12. ^ Park M (2018). "AMPA Receptor Trafficking for Postsynaptic Potentiation". Frontiers in Cellular Neuroscience. 12: 361. doi:10.3389/fncel.2018.00361. PMC 6193507. PMID 30364291.
  13. ^ Kneussel M, Hausrat TJ (March 2016). "Postsynaptic Neurotransmitter Receptor Reserve Pools for Synaptic Potentiation". Trends in Neurosciences. 39 (3): 170–182. doi:10.1016/j.tins.2016.01.002. PMID 26833258. S2CID 3514596.

외부 링크