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

Подавление торможения, вызванное деполяризацией, является классическим и оригинальным электрофизиологическим примером эндоканнабиноидной функции в центральной нервной системе . До демонстрации того, что подавление ингибирования, вызванное деполяризацией, зависит от функции каннабиноидного рецептора CB1 , не было способа вызвать in vitro эндоканнабиноидный 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 тормозная нейротрансмиссия, опосредованная ГАМК , снижается. Было продемонстрировано, что это вызвано высвобождением эндогенных каннабиноидов из деполяризованного нейрона, который диффундирует к соседним нейронам, связывает и активирует рецепторы CB1 , которые действуют пресинаптически, уменьшая высвобождение нейротрансмиттеров.

История

Подавление ингибирования, вызванное деполяризацией, было обнаружено в 1992 году Винсентом и др. (1992), работая с клетками Пуркинье мозжечка, а затем подтверждено в гиппокампе Pitler & Alger, 1992.

Эти группы изучали ответы нейронов с большой пирамидальной проекцией на ГАМК , главный тормозной нейромедиатор в центральной нервной системе. ГАМК обычно выделяется небольшими интернейронами во многих областях мозга, где ее работа заключается в подавлении активности первичных нейронов, таких как пирамидные нейроны СА1 гиппокампа или клетки Пуркинье мозжечка. Активация рецепторов ГАМК на этих клетках, независимо от того, являются ли они ионотропными или метаботропными , обычно приводит к притоку ионов хлора в эту клетку-мишень. Это накопление отрицательного заряда от ионов хлора приводит к гиперполяризации клетки-мишени, что снижает вероятность срабатывания потенциала 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 потенциалов действия в этих клетках привела к временному снижению тормозных токов, вызванных ГАМК-ергическими интернейронами. Поскольку это уменьшение тормозных токов могло быть вызвано просто деполяризацией клетки-мишени, это явление было названо подавлением ингибирования, вызванным деполяризацией. Первоначально обнаруженное 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 базальные ганглии , кора , миндалевидное тело и гипоталамуса (Катона и др. 2001, Джо и др. , 2005, Бодор и др. , 2005, Матиас и соавт. , 2006)

Вызванное деполяризацией подавление опосредования торможения эндоканнабиноидами

Подавление ингибирования, вызванное деполяризацией, считалось следствием снижения пресинаптического высвобождения нейромедиаторов по двум причинам. 1) величина спонтанно вызванных тормозных постсинаптических токов ( IPSC ), вызванных высвобождением единственной пресинаптической везикулы, заполненной ГАМК, осталась неизменной и 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. Уилсон и Николл (2001) опубликовали свою работу в престижном журнале Nature, а две другие группы, Kreitzer & Regehr ( 2001) и Оно-Шосаку и др. (2001), опубликованные в том же номере другого авторитетного журнала Neuron. Все трое продемонстрировали активное участие каннабиноидного рецептора CB1 в подавлении ингибирования, вызванном деполяризацией, что свидетельствует о том, что эндоканнабиноиды были медиаторами мозга в подавлении ингибирования, вызванного деполяризацией. Они показали, что агонисты каннабиноидных рецепторов , лекарства, имитирующие действие эндоканнабиноидов или ТГК, могут вызывать такое же снижение тормозных токов, вызванное подавлением ингибирования, вызванным деполяризацией. Они также продемонстрировали, что подавление ингибирования, вызванное деполяризацией, можно предотвратить с помощью антагонистов каннабиноидных рецепторов , препаратов, которые блокируют 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 et al. 1990). Рецептор CB1 также, по-видимому, экспрессируется в основном на ГАМК-ергических пресинаптических окончаниях, что делает его отличным кандидатом для обеспечения индуцированного деполяризацией подавления ингибирования (Matyas et al. 2006, Katona et al. 1999). В 2005 году другие группы начали демонстрировать участие рецептора CB1 в DSI в других областях мозга (Jo et al. 2005, Bodor et al. 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 у этих мышей с нокаутом обнаруживается DSI в каких-либо областях мозга, что позволяет предположить, что рецептор CB1 является решающим медиатором для DSI (Kreitzer & Regehr 2001a, Ohno-Shosaku et al. 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 ингибирования, вызванное деполяризацией, является очень распространенной формой кратковременной пластичности и, следовательно, должно опосредоваться обычно встречающимся нейромедиатором. Использование эндоканнабиноидов, таких как анандамид и 2-арахидоноилглицерин, в этом методе передачи сигналов вполне логично, поскольку обе молекулы могут быть относительно легко синтезированы из липидов в плазматической мембране, фундаментальной составляющей всех клеток. Подавление ингибирования, вызванное деполяризацией, является первичным кортикальным процессом, опосредованным эндоканнабиноидами, и может способствовать многим формам корковой пластичности и укреплению синапсов, например, в долгосрочной потенциации (Carlson et al. 2002).

Замечание о подавлении возбуждения, вызванном деполяризацией

Работая с мозжечком, группа Крейцера также обнаружила, что деполяризация клеток Пуркинье может также вызывать временное снижение возбуждающего воздействия на эти клетки как от лазящих волокон, так и от параллельных волокон (Kreitzer et al. 2001b). Это явление получило название подавления возбуждения, вызванного деполяризацией (DSE), и отличается от DSI только типом нейромедиатора, высвобождение которого снижено. В случае DSI результатом является снижение ингибирующего высвобождения ГАМК, в то время как при DSE эффектом является уменьшение высвобождения возбуждающего глутамата . 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 на мышах с нокаутом CB1 . Некоторые группы показывают, что у этих мышей отсутствуют как DSI, так и DSE, тогда как другие показали, что DSE, но не DSI, все еще может быть вызван при нокаутах (Ohno-Shosaku et al. 2002, Hajos et al. 2001). Эндоканнабиноиды все еще могут опосредовать DSE, но действуя на еще неизвестный каннабиноидный рецептор. Некоторые работы показали, что анандамид может связываться с ваниллоидным рецептором VR1 , рецептором, ответственным за опосредование эффектов капсаицина . Этот рецептор присутствует в головном мозге, и действие анандамида на этот рецептор может потенциально способствовать DSE (Cristino et al. 2006, Hajos et al. 2002). Однако DSE в настоящее время является в значительной степени неизученным явлением, и необходимы дополнительные исследования, чтобы сделать какие-либо твердые выводы.

Ссылки

  • Бодор А.Л., Катона И., Ньири Дж., Маки К., Ледент К., Хайос 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. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.0442-05.2005 . PMC  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.
  • Херкенхем 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 US 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., Визи Э.С. , 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 торможения, вызванное деполяризацией мозжечка, опосредуется 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) Ингибирующие 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.