Iontové kanály aktivované neuropřenašeči
http://www.biomed.cas.cz/d331/index.html
Ladislav Vyklický
Johannes Evangelista Purkinje 1787-1869
Mozek dospělého člověka je tvořen ~50,000,000,000 neurony, které mezi sebou vytvářejí 1014 až 5 × 1014 (100-500 trillion) synaptických kontaktů
Označení „synapse“ pochází od Charlese Scotta Sherringtona (1857 – 1952; Anglie) v roce 1932 mu byla udělena Nobelova cena za fyziologii a medicinu.
Chemická Chemická synapse
Ramon y Cajal (1852-1934), synaptická štěrbina 1.
Sdrce
1921 Otto Loewi (1873-1961) 2. Sdrce
Acetylcholin
Stimulace vagu Extracelulární tekutina
Snížení tepové frekvence
Snížení tepové frekvence
3
Definice neuropř neuropřenaš enašeče
Aby látka mohla být považována za neuropřenašeč musí splňovat následující kriteria (Paton 1958) : 1.
Presynaptický neuron musí obsahovat předpokládanou látku a být schopen ji uvolnit
2.
Látka musí být uvolněna po stimulaci presynaptického axomu
3.
Aplikace látky na postsynaptický neuron vyvolává stejný účinek jako má přirozený neuropřenašeč
4.
Působení látky na postsynaptický neuron musí být farmakologicky ovlivněno stejně jako působení neuropřenašeče
5.
V blízkosti synapse musí být přítomen „enzym“, ktetý neurotransmiter odstraní nebo rozloží 4
Chemická Chemická synapse 1
2 3
Myelinová pochva
Molekuly meuropřenašeče jsou po syntéze transportovány do váčků.
Axon
Extracelulární prostor
Akční potenciál přichází do presynaptického zakončení.
Na+ kanál
Otvírají se napěťově řízené Ca2+ kanály a Ca2+ vstupuje dovnitř. Ca2+ kanál Presynaptické zakončení nervové buňky
4
K+ kanál Molekuly neuropřenašeče
Vzestup koncentrace Ca2+ spouští splynutí váčků s presynaptickou membránou.
i (elektrický proud)
Synaptická štěrbina
5
Neuropřenašeč difunduje přes synaptickou štěrbinu a váže se na receptory na postsynaptické buňce. Postsynaptická buňka
Receptory s navázaným neuropřenašečem aktivují postsynaptickou buňku.
6
Neuropřenašeč se rozkládá, je transportován do presynaptického zakončení, jinou buňkou nebo difunduje pryč ze synapse.
7 5
Neuropř Neuropřenaš enašeče
Acetylcholin Aminy
Aminokyseliny Glutamát GABA Glycin Peptidy Puriny Plyny NO CO Lipidy
Dopamin Noradrenalin Serotonin Histamin
6
Chemická Chemická signalizace
• • • •
Receptor iontové kanály Receptory spojené s trimerními G proteiny Receptory mající enzymatickou aktivitu Intracelulární receptory
7
Receptory pro neuropřenašeče
Ionotropní receptory
Metabotropní receptory
8
Ionotropní receptory
Neuropř Neuropřenaš enašeče
Metabotropní receptory
Acetylcholin Aminy
Aminokyseliny Glutamát GABA Glycin Peptidy Puriny Plyny NO CO Lipidy
Dopamin Noradrenalin Serotonin Histamin
9
Synaptické váčky
Postsynaptická densita
Synaptická štěrbina
Postsynaptický neuron
10
Dendritické Dendritické trny
11
Ionotropní receptor
Metabotropní receptor Axon
Axon Akční potenciál
Akční potenciál
Acetylcholin
Acetylcholin
Srdeční sval
Kosterní sval
Aktivace nikotinického ACh receptoru
Aktivace muskarinického ACh receptoru
Membránová depolarizace
Uvolnění a-GTP + bg z heteromerických G proteinů
Akční potenciál a excitace
bg aktivace K+ kanálů
Kontrakce svalu
Membránová hyperpolarizace Snížení tepové frekvence
12
Struktura iontového kanálu Iontové kanály jsou proteinové struktury tvořící póry, které umožňují tok iontů přes plazmatickou membránu Senzor
Membrána Selektivní filtr
Branka
3-D rekonstrukce molekuly ACh receptoru
13
Neuropřenašeči aktivované iontové kanály jsou obvykle oligomerní komplexy, které se skládají z několika podjenotek.
Cis – loop receptory GABA Glycin Acetylcholin Serotonin Glutamátové receptory ATP – řízené receptory
Trimer
Tetramer Pentamer
Hexamer
14
Základní principy aktivace iontových kanálů neuropřenašečem
15
Aktivace iontové iontového kaná kanálu agonistou
Iontový kanál se nachází ve dvou konformačních stavech: a) zavřeném (s nebo bez agonisty) a
Agonista
b) otevřeném (pouze s agonistou).
16
Křivka zá závislosti velikosti odpově odpovědi na koncentraci agonisty
EC50 je koncentrace agonisty, která vyvolává právě 50 % maximální efekt
Agonista
100%
50%
0 0.1
1
10
100
1000 17
Hillů Hillův koeficient Jsou zapotřebí dvě molekuly agonisty,,aby došlo k aktivaci IK
18
Desensitizace a pravdě pravděpodobnost otevř otevření ení Desensitizace je stav kdy je receptor refrakterní k další aplikaci agonisty
Při vysoké koncentraci agonisty
Po je vždy <1
19
Typy inhibice chemicky aktivovaných iontových kaná kanálů Antagonista Agonista •přirozený •syntetický
Kompetitivní Antagonista Nekompetitivní
Agonista
Blokátor
20
Co urč určuje dobu trvá trvání postsynaptoických potenciá potenciálů?
Opakovaná vazba
Vlastnosti receptorů
21
22
Během 18 hodin je přibližně polovina nově syntetizovaných ionotropních receptorů degradována
10%
Degradace
Recyklace Transport
DNA
RNA
Protein
Kompletace
90% 23
Zastoupení Zastoupení jednotlivých druhů druhů synapsí synapsí v CNS
GABAminergní Glycinergní
Purinergní (ATP) Cholinergní Serotonergní
Glutamátergní
24
Iontové Iontové kaná kanály aktivované aktivované neuropř neuropřenaš enašeči; dělení lení na excitač excitační a inhibič inhibiční
Excitační
Inhibiční
5-hydroxytryptaminem aktivované IK (5-HT3) ATP aktivované IK (P2x) Glutamátem aktivované IK (GluR) Acetylcholinem aktivované IK (ACh) γ- aminomáselnou kyselinou aktivované IK (GABA) Glycinem aktivované (IK)
25
Metody
26
Modely Rekombinantní receptory HEK293 a COS
Nativní receptory Hipokampá Hipokampální lní neurony
Synaptický přenos Kortiká Kortikální lní řízky
DRG neurony
27
Aplikace látek
28
Aplikace látek
29
Aplikace látek Testovaná látka (neurosteroid) Agonista (glutamát)
30
Elektrofyziologická Elektrofyziologická laboratoř laboratoř Stimulator
Miktoskop
TV kamera + monitor
Pipeta
Patch clamp zesilovač
Osciloskop Snímací komůrka s řízkem
Izolace tkáně
Izolace mozku Zchlazení na 4°C
Mikromanipulátor31
Vibratom – zař zařízení zení na př přípravu řízků zků
Detail komůrky Komůrka
Žiletka Směr vibrací žiletky
Nervová tkáň
Led Směr posumu tkáně
Řízek z prodloužené míchy
E
Mikrofotografie živého neuronu Fotografie řízku připraveného pořízená za použití z prodloužené mích potkana. DIC-IR mikroskopie. DS – dorzální strana, E – patch clampová elektroda VS – ventrální strana, T – vlákno přidržující řízek k podložce, Sp5 – kaudální část jádra trigeminu
Gene knockout DNA … gen … DNA Gene knockout DNA … neg … DNA
Genetické manipulace
Germinální buňky -bez genu Germinální buňky Bahaviorální, farmakologické a jiné testy
36
Acetylcholin Aminy (katecholaminy) Aminokyseliny Glutamát GABA Glycin Peptidy Puriny Plyny Lipidy
Lišaj smrtihlav
37
METABOTROPNÍ GLUTAMÁTOVÉ RECEPTORY Extracelulární prostor
C IONOTROPNÍ GLUTAMÁTOVÉ RECEPTORY
Glutamát vázající domena
Kanál-tvarující domena
RODOKMEN METABOTROPNÍCH GLUTAMÁTOVÝCH RECEPTORŮ
RODOKMEN IONOTROPNÍCH GLUTAMÁTOVÝCH RECEPTORŮ
38
Kys. glutamová
Ionotropní Ionotropní glutamá glutamátové tové receptory
Receptor AMPA
Kainate
NMDA
Podjednotka Gen GluR1 GRIA1
Chromozom 5q33
GluR2
GRIA2
4q32-33
GluR3
GRIA3
Xq25-26
GluR4
GRIA4
11q22-23
GluR5
GRIK1
21q21.1-22.1
GluR6
GRIK2
6q16.3-q21
GluR7 KA-1 KA-2 NR1 NR2A NR2B
GRIK3 GRIK4 GRIK5 GRIN1 GRIN2A GRIN2B
1p34-p33 11q22.3 19q13.2 9q34.3 16p13.2 12p12
NR2C
GRIN2C
17q24-q25
NR2D NR3A NR3B
GRIN2D GRIN3A GRIN3B
19q13.1qter 9q31.1 19p13.3
AMPA (α-amino-3-hydroxyl-5-methyl4-isoxazole-propionate)
Kainát
NMDA N-methyl-D-aspartát
39
C
AMPA receptor GluR2– GluR2– /GluA2/
C
C - terminální část
N
C
N
N
NSIQIGGLFPRGADQEYSAFRVGMVQFSTSEFRLTPHIDNLEVANSFAVTNAFCSQFSRGV YAIFGFYDKKSVNTITSFCGTLHVSFITPSFPTDGTHPFVIQMRPDLKGALLSLIEYYQWDKF AYLYDSDRGLSTLQAVLDSAAEKKWQVTAINVGNINNDKKDETYRSLFQDLELKKERRVIL DCERDKVNDIVDQVITIGKHVKGYHYIIANLGFTDGDLLKIQFGGANVSGFQIVDYDDSLV SKFIERWSTLEEKEYPGAHTATIKYTSALTYDAVQVMTEAFRNLRKQRIEISRRGNAGDCL ANPAVPWGQGVEIERALKQVQVEGLSGNIKFDQNGKRINYTINIMELKTNGPRKIGYWSE VDKMVVTLTELPSGNDTSGLENKTVVVTTILESPYVMMKKNHEMLEGNERYEGYCVDLAA EIAKHCGFKYKLTIVGDGKYGARDADTKIWNGMVGELVYGKADIAIAPLTITLVREEVIDFS KPFMSLGISIMIKKPQKSKPGVFSFLDPLAYEIWMCIVFAYIGVSVVLFLVSRFSPYEW HTEEFEDGRETQSSESTNEFGIFNSLWFSLGAFMQQGCDISPRSLSGRIVGGVWWF FTLIIISSYTANLAAFLTVERMVSPIESAEDLSKQTEIAYGTLDSGSTKEFFRRSKIAVFDKM WTYMRSAEPSVFVRTTAEGVARVRKSKGKYAYLLESTMNEYIEQRKPCDTMKVGGNLDSK GYGIATPKGSSLRNAVNLAVLKLNEQGLLDKLKNKWWYDKGECGSGGGDSKEKTSALSL SNVAGVFYILVGGLGLAMLVALIEFCYKSRAEAKRMKVAKNPQNINPSSSQNSQNFA TYKEGYNVYGIESVKI
N - terminální část
40
GluR2 NTD N Terminální Doména
N
LBD Ligand Binding Doména C
Membránová Doména 41
GluR2
42
Alternativní Alternativní sestř sestřih
pre-mRNA
Sestřih
Alternativní sestřih mRNA
Insert (a,b) NR1-1a NR1-1b NR1-2a NR1-2b NR1-3a NR1-3b NR1-4a NR1-4b
Překlad
3. NR2A NR2B NR2C NR2D
--
1. Kazeta 2.
NR2A
NR2B
NR2A
NR1-1a
NR2B
NR2A
NR1-1a
43
RNA editing Q/R mí místo AMPA receptorů receptorů tvoř tvořených GluR2 DNA
RNA
protein
V DNA …CAG… tento triplet kóduje glutamin (Q) V RNA je překvapivě …CGG… tento triplet kóduje arginin (R) glutamin (Q)
arginin (R) RNA editing
II. Membránová oblast C - terminální část NSIQIGGLFPRGADQEYSAFRVGMVQFSTSEFRLTPHIDNLEVANSFAVTNAFCSQFSRGVYAIFGFYDKKSVNTITSFCGTLHVSFITPSFPTDGTHPFVIQMRPDL KGALLSLIEYYQWDKFAYLYDSDRGLSTLQAVLDSAAEKKWQVTAINVGNINNDKKDETYRSLFQDLELKKERRVILDCERDKVNDIVDQVITIGKHVKGYHYIIANL GFTDGDLLKIQFGGANVSGFQIVDYDDSLVSKFIERWSTLEEKEYPGAHTATIKYTSALTYDAVQVMTEAFRNLRKQRIEISRRGNAGDCLANPAVPWGQGVEIERA LKQVQVEGLSGNIKFDQNGKRINYTINIMELKTNGPRKIGYWSEVDKMVVTLTELPSGNDTSGLENKTVVVTTILESPYVMMKKNHEMLEGNERYEGYCVDLAAEIA KHCGFKYKLTIVGDGKYGARDADTKIWNGMVGELVYGKADIAIAPLTITLVREEVIDFSKPFMSLGISIMIKKPQKSKPGVFSFLDPLAYEIWMCIVFAYIGVSVV
ETQSSESTNEFGIFNSLWFSLGAFMQQGCDISP
LFLVSRFSPYEWHTEEFEDGR RSLSGRIVGGVWWFFTLIIISS YTANLAAFLTVERMVSPIESAEDLSKQTEIAYGTLDSGSTKEFFRRSKIAVFDKMWTYMRSAEPSVFVRTTAEGVARVRKSKGKYAYLLESTMNEYIEQRKPCDTMK VGGNLDSKGYGIATPKGSSLRNAVNLAVLKLNEQGLLDKLKNKWWYDKGECGSGGGDSKEKTSALSLSNVAGVFYILVGGLGLAMLVALIEFCYKSRAEAKR MKVAKNPQNINPSSSQNSQNFATYKEGYNVYGIESVKI
N - terminální část
44
Ca2+
Na+
RNA editing GluR2 glutamin (Q)
arginin (R) RNA editing
TM3 TM4 TM2
TM1 45
PKA fosforylač osforylační místa sta NR2B podjednotky NMDA receptoru
Serin EHLFYWQFRHCFMGVCSGKPGMVFSISRGIY SCIHGVAIEERQSVMNSPTATMNNTHSNILRL LRTAKNMANLSGVNGSPQSALDFIRRESSVY DISEHRRSFTHSDCKSYNNPPCEENLFSDYIS EVERTFGNLQLKDSNVYQDHYHHHHRPHSIG STSSIDGLYDCDNPPFTTQPRSISKKPLDIGLP SSKHSQLSDLYGKFSFKSDRYSGHDDLIRSD VSDISTHTVTYGNIEGNAAKRRKQQYKDSLK KRPASAKSRREFDEIELAYRRRPPRSPDHKRY FRDKEGLRDFYLDQFRTKENSPHWEVDLTDIY KERSDDFKRDSVSGGGPCTNRSHLKHGTGE KHGVVGGVPAPWEKNLTNVDWEDRSGGNFC RSCPSKLHNYSSTVAGQNSGRQACIRCEACK KAGNLYDISEDNSLQELDQPAAPVAVTSNAS STKYPQSPTNSKAQKKNRNKLRRQHSYDTFV DLQKEEAALAPRSVSLKDKGRFMDGSPYAHM FEMPAGESSFANKSSVPTAGHHHNNPGSGY MLSKSLYPDRVTQNPFIPTFGDDQCLLHGSKS YFFRQPTVAGASKTRPDFRALVTNKPVVSALH GAVPGRFQKDICIGNQSNPCVPNNKNPRAFN GSSNGHVYEKLSSIESDV
Threonin
46
SNP – SingleSingle-nucleotide polymorphism NMDA r - NR2A podjednotka Non-synonymous SNP (leucin za jinou AK)
Synonymous SNP (fenylalanin za fenylalanin)
1 MGRLGYWTLLVLPALLVWRDPAQNAAAEKGPPALNIAVLLGHSHDVTERELRNLWGPEQA 61 TGLPLDVNVVALLMNRTDPKSLITHVCDLMSGARIHGLVFGDDTDQEAVAQMLDFISSQT 121 FIPILGIHGGASMIMADKDPTSTFFQFGASIQQQATVMLKIMQDYDWHVFSLVTTIFPGY 181 RDFISFIKTTVDNSFVGWDMQNVITLDTSFEDAKTQVQLKKIHSSVILLYCSKDEAVLIL 241 SEARSLGLTGYDFFWIVPSLVSGNTELIPKEFPSGLISVSYDDWDYSLEARVRDGLGILT 301 TAASSMLEKFSYIPEAKASCYGQAEKPETPLHTLHQFMVNVTWDGKDLSFTEEGYQVHPR 361 LVVIVLNKDREWEKVGKWENQTLSLRHAVWPRYKSFSDCEPDDNHLSIVTLEEAPFVIVE 421 DIDPLTETCVRNTVPCRKFVKINNSTNEGMNVKKCCKGFCIDILKKLSRTVKFTYDLYLV 481 TNGKHGKKVNNVWNGMIGEVVYQRAVMAVGSLTINEERSEVVDFSVPFVETGISVMVSRS 541 NGTVSPSAFLEPFSASVWVMMFVMLLIVSAIAVFVFEYFSPVGYNRNLAKGKAPHGPSFT 601 IGKAIWLLWGLVFNNSVPVQNPKGTTSKIMVSVWAFFAVIFLASYTANLAAFMIQEEFVD 661 QVTGLSDKKFQRPHDYSPPFRFGTVPNGSTERNIRNNYPYMHQYMTRFNQRGVEDALVSL 721 KTGKLDAFIYDAAVLNYKAGRDEGCKLVTIGSGYIFATTGYGIALQKGSPWKRQIDLALL 781 QFVGDGEMEELETLWLTGICHNEKNEVMSSQLDIDNMAGVFYMLAAAMALSLITFIWEHL 841 FYWKLRFCFTGVCSDRPGLLFSISRGIYSCIHGVHIEEKKKSPDFNLTGSQSNMLKLLRS 901 AKNISNMSNMNSSRMDSPKRATDFIQRGSLIVDMVSDKGNLIYSDNRSFQGKDSIFGDNM 961 NELQTFVANRHKDNLSNYVFQGQHPLTLNESNPNTVEVAVSTESKGNSRPRQLWKKSMES 1021 LRQDSLNQNPVSQRDEKTAENRTHSLKSPRYLPEEVAHSDISETSSRATCHREPDNNKNH 1081 KTKDNFKRSMASKYPKDCSDVDRTYMKTKASSPRDKIYTIDGEKEPSFHLDPPQFVENIT 1141 LPENVGFPDTYQDHNENFRKGDSTLPMNRNPLHNEDGLPNNDQYKLYAKHFTLKDKGSPH 1201 SEGSDRYRQNSTHCRSCLSNLPTYSGHFTMRSPFKCDACLRMGNLYDIDEDQMLQETGNP 1261 ATREEVYQQDWSQNNALQFQKNKLRINRQHSYDNILDKPREIDLSRPSRSISLKDRERLL 1321 EGNLYGSLFSVPSSKLLGNKSSLFPQGLEDSKRSKSLLPDHASDNPFLHTYGDDQRLVIG 1381 RCPSDPYKHSLPSQAVNDSYLRSSLRSTASYCSRDSRGHSDVYISEHVMPYAANKNTMYS 1441 TPRVLNSCSNRRVYKKMPSIESDV
SNP molekuly DNA se liší v jednom páru bazí
47
Protein proteinové proteinové interakce NMDA receptoru
48
Aktivace NMDA receptoru
Depolarizace
GLY
GLU
GLU GLY
2 pA
↑[Ca2+]i
5 ms
49
Ketamin
Farmakologie NMDA receptoru
Agonista Glutamát NMDA Koagonista Glycin
APV
7ClK
Ifenprodil Polyamin y
H+
Zn2+ Neurosteroidy
Mg2 +
Ketami nMK801 PCP
Memantin
Kompetitivní antagonista Nekompetitivní antagonista Nekompetitivní antagonista blokátor iontového kanálu Napěťově závislý inhibitor Use-dependent inhibitor
50
Mg2+ je bloká blokátor NMDA receptor IK
51
Excitační synapse
10 mM Glu 1 M Glu
Glutamatový transporter
52
Uvolň Uvolňová ování glutamá glutamátu z presynaptické presynaptické terminá terminály
53
Kolik molekul glutamá glutamátu je v blí blízkosti NMDA receptoru bě během synaptické synaptického přenosu?
8 nm
6.5 nm Koncentrace glutamátu = 1 mM Avogadrovo číslo = 6 . 1023 V = 1000 nm3
54
Kolik molekul glutamá glutamátu je v blí blízkosti NMDA receptoru bě během synaptické synaptického přenosu?
8 nm
Odpověď: 1 molekula glutamátu (0.6)
6.5 nm
55
Jakou drá dráhu urazí urazí molekula molekula glutamá glutamátu bě během 1 ms? ms?
8 nm Difúze a Brownův pohyb
6.5 nm
56
Jakou drá dráhu urazí urazí molekula molekula glutamá glutamátu bě během 1 ms? ms?
Odpověď: 8 nm
1 μm
6.5 nm 1 μm
57
Excitační postsynaptické postsynaptické proudy
AMPA receptor EPSC
NMDA receptor EPSC
58
Regulace uvolňová ování glutamá glutamátu
Glutamát Metabotropní GLU receptor
Presynaptický neuron
59
„Uptake“ Uptake“ glutamá glutamátu
Glutamin syntáza
60
Kolik NMDA receptorů receptorů je aktivová aktivováno bě během EPSC?
NMDA mEPSC bicuculine, strychnine, CNQX, TTX
61
Kolik NMDA receptorů receptorů je aktivová aktivováno bě během EPSC? NMDA mEPSC bicuculine, strychnine, CNQX, TTX
S = i/U (50 pS) i = 50.10-12 x 40.10-3 i = 2 pA ? otevřených iontových kanálů 20 pA / 2 pA = 10 ? NMDA receptorů Po = 10% 100 NMDA receptorů
62
Kolik NMDA receptorů receptorů je aktivová aktivováno bě během EPSC?
10 nm
100 nm
1 μm
63
Receptory se v membrá membráně pohybují pohybují
Trvá asi 1s od doby co NMDA receptor vstoupil do synapse než z ní opět vystoupí
64
Dvě Dvě různé zné glutamá glutamátergní tergní synapse na neuronu mohou mí mít postsynapticky jak AMPA tak NMDA receptory s rů různým podjednotkovým slož složení ením
AMPA receptory lišící se podjednotkovým složením NMDA receptory lišící se podjednotkovým složením
65
Relativní e mě Relativní zastoupení zastoupení AMPA a NMDA receptory se můž může měnit.
AMPA receptor NMDA receptor
NMDA receptory
1s
AMPA a NMDA receptory 66
Dlouhodobé Dlouhodobé změ změny účinnosti synaptické synaptického přenosu (Long Term Potentiation – LTP Long Term Depression - LTD)
67
Dlouhodobá Dlouhodobá potenciace synaptické synaptického přenosu LTP
Hipokampus Potkaní mozek
Dráždění Schafferových kolaterál KONTROLA
Test
Schafferovy kolaterály (z CA3 neuronů CA3 neurony
CA1 neuron bez depolarizace
CA1 neuron
CA1 neuron s depolarizací
Amplituda EPSC (mV) CA1 neurony
Dráždění Schafferových kolaterál TEST
Kontrola Amplituda EPSC (mV) CA1 neurony
Experientální uspořádání
68
AMPA receptor
NMDA receptor
Zvýšení [Ca2+] Nízkofrekvenční stimulace
Vysokofrekvenční stimulace Značné zvýšení [Ca2+]
Mírné zvýšení [Ca2+]
Ca2+/Calmodulin kináza a protein kináza C
Ca2+ závislá fosfatáza
LTP Defosforylované synaptické proteiny
Fosforylované synaptické proteiny
LTD 69
Indukce LTP
NO, CO …
Presynaptický Presynaptický mechnismus LPT [Ca2+]
Amplituda EPSC
Postsynaptická část Presynaptická část
Amplituda EPSC
Presynaptická část
Postsynaptická část
Kontrola
LTP
70
Indukce LPT
1. Posynaptick ý mechnismus LPT Posynaptický [Ca2+] NMDA receptory
AMPA receptory
Presynaptická část Amplituda EPSC
NMDA receptor EPSC
Kontrola
bez Mg2+
Amplituda EPSC
AMPA receptor EPSC
LTP
Postsynaptická část
71
Indukce LPT
2. Posynaptick ý mechnismus LTP Posynaptický
[Ca2+]
AMPA receptory NMDA receptory
Presynaptická část
Amplituda EPSC
Kontrola
LTP
Amplituda EPSC
Fosforylace
Postsynaptická část
72
Excitotoxicita
73
Fyziologie a patologie NMDA receptorů
+
•• LTP LTP •• Vývoj Vývoj •• Synaptický Synaptický přenos přenos
NMDA NMDA receptory receptory
-
•• •• ••
Zvýšená Zvýšená excitabilita excitabilita Poruchy Poruchy kognitivních kognitivních funkcí funkcí Neurodegenerace Neurodegenerace (excitotoxicita) (excitotoxicita) 74
Excitotoxicita Syndrom „čínské restaurace"
Kontrola
Glutamát 30 min A
B
Synaptické receptory Mimosynaptické receptory
75
Vliv glutamá glutamátu na intracelulá intracelulární rní koncentraci Ca2+ 100 μM glutamátu na 2s
80 s
76
Excitotoxicita
• Hromadění K+ extracelulárně • Nedostatečný uptake glutamátu • Zvýšená extracelulární koncentrace glutamátu • K+ vyvolaná depolarizace neuronů • K+ vyvolané zvýšené uvolňování glutamátu • Dlouhodobá aktivace NMDA receptorů • Snížená míra blokády NMDA receptorů Mg2+
77
Mechanismus buněč né smrti buněčn
78
“Glutamá Glutamátergní tergní“ teorie vzniku:
Další
Výrazná neurodegenerace • • • • • • • • • •
Alzheimerova choroba Důsledky mozkové příhody Tramatické poškození mozku Parkinsonova choroba Tardivní dyskinezie Huntingtonova choroba Amyotrofická laterální skleroza Olivopontocerebellar degenerace AIDS Alergická encefalomyelitida
• • • • • •
Epilepsie Anxieta Deprese Schizofrenie Chronická bolest Léková závislost
79
Acetylcholin Aminy (katecholaminy) Aminokyseliny Glutamát GABA Glycin Peptidy Puriny Plyny Lipidy
80
Ionotropni GABAA receptory α (alfa) podjednotka (6) β (beta) podjednotka (3) γ (gama) podjednotka (3) δ (delta) podjednotka (3) ε (epsilon) podjednotka π (pi) podjednotka θ (theta) podjednotka
GABRA1, GABRA2, GABRA3, GABRA4, GABRA5, GABRA6 GABRB1, GABRB2, GABRB3 GABRG1, GABRG2, GABRG3 GABRD GABRE GABRP GABRQ
ρ (rho) podjednotka GABRR1, GABRR2, GABRR3 (ty se však nespojují s GABRA – Q podjednotkami, ale homooligomerizují se navzájem a vytvářejí GABAA-ρ receptors (dříve GABAC receptory) – Vyskytují se v sítnici.
Ionotropni GABAA receptory
GABAA receptory jsou tvořeny pěti podjednotkami – vždy obsahují α a β podjednotky – nejčastější podjednotkové složení je α2β2γ Barbituráty Diazepam (Valium) Ethanol Inhalační anestetika (vliv anxiolytický, hypnotický)
Acetylcholin Aminy (katecholaminy) Aminokyseliny Glutamát GABA Glycin Peptidy Puriny Plyny Lipidy
83
Ionotropni glycinový receptor
Glycinový receptor se skládá z pěti podjednotek α-podjednotka (α1-4) β-podjednotka
GLRA1, GLRA2, GLRA3, GLRA4 (váže glycin) (GLRB)
Iontový kanál je propustný pro ClTento typ receptoru je exprimován především v míše Existují jak čisté glycinergní synapse tak smíšené glycinergní a GABAminergní
84
Farmakologie glycinové glycinového receptoru
Strychnin
Strychnos nux-vomica L
85
Acetylcholin Aminy (katecholaminy) Dopamin Noradrenalin Serotonin Histamin
Aminokyseliny Peptidy Puriny Plyny Lipidy 86
Serotoninové Serotoninové receptory Serotoninové receptory modulují 5-HT 3 jsou ionotropní receptory – uvolňování řadypodjednotek neuropřenašeču složené z pěti HT3A GABA, dopaninu, –glutamátu, HT3E – jsou exitační. noradrenalinu, acetylcholinu…. CNS – úzkost PNS – nocicepce (C vlálkna)
5-HT receptor Typ
Iono/Metabotropní
Mechanismus
Účinek
5-HT1
Gi/Go
Snižuje hladinu cAMP
Inhibitory
5-HT2
Gq/G11
Zvyšuje IP3 and DAG.
Excitační
5-HT3
Ligand-gated Na+ and K+ kanál.
Depolarizace
Excitační
5-HT4
Gs
Zvyšuje hladinu cAMP
Excitační
5-HT5
Gi/Go
Snižuje hladinu cAMP
Inhibiční
5-HT6
Gs
Zvyšuje hladinu cAMP
Excitační
5-HT7
Gs
Zvyšuje hladinu cAMP
Excitační
87
Acetylcholin Aminy Aminokyseliny Peptidy Puriny Plyny Lipidy
88
2,5 nm
Nikotinický Ach receptor ACh RECEPTOR – POHLED SHORA
17 nACh podjednotek ACh RECEPTOR – PODJEDNOTKOVÉ SLOŽENÍ Extracelulární prostor
(α4)2(β2)3 (α3)2(β4)3
(α3)2(β4)3 Automomní ganglia
Extracelulární prostor
CNS Extracelulární domény
(α7)5
Nervový typ
Membránové Svalový typ domény
α podjednotka ACh receptoru:
Cytoplazmatické domény
4 transmembránové oblasti (M1, M2, M3, M4) 2 mimomembránové oblasti (extracelulární pr., cytosol)
8 nm
Cytosol
(α1)2β1δε
Cytosol
(α1)2β1δγ
89
Botulotoxin (klobásový jed)fasciatus je produkován bakterií Bungarus absolutně vyhubení celého lidstva. BT – brání presynaptickým vesikulům, aby K+ kanál splynuly s membránou a uvolnily ACh.
Clostridium botulinum. Je to možná Neuronální Na+nejúčinnější kanál jed - 100 g by stačilo k
Ca2+ kanál
Acetylcholin (ACh)
Uvolnění ACh Alfa-Bungarotoxin Sarin (Organofosfáty)
Acetylcholin esterasa
Na+ kanál ve svalu
Tubocurarin
AChR kanál
Strychnos Toxifera
90
Cholinergní Cholinergní přenos v CNS
Acetylcholin Nervová plasticita - paměť Probouzení Pozornost Alzheimerova choroba (inhibitory cholinesterázy)
91
Acetylcholin Aminy (katecholaminy) Aminokyseliny Peptidy Puriny Plyny Lipidy
92
Purinergní Purinergní receptory
Purinergní receptory Ionotropní receptory – (P2X1 – P2X7) hetero nebo homotrimery; kanál je propustný pro Na+/Ca2+ CNS i PNS moduluje srdeční činnost, tonus hladkých svalových vláken cév, nocicepce) Metabotropní receptory – (P2Y1 -P2Y15; jen některé u člověka, ↑Ca2+ nebo ↑↓cAMP CNS? PNS pravděpodobně společně s noradrenalinem) 93
Ionotropní receptory
Závěr
Metabotropní receptory
Acetylcholin Aminy
Aminokyseliny Glutamát GABA Glycin Peptidy Puriny Plyny NO CO Lipidy
Dopamin Noradrenalin Serotonin Histamin
94
… a jestli máte pocit, že byste rádi studovali iontové kanály - tak vám pomůžeme.
[email protected]
Děkuji za pozornost 95
