Fysiologie 16. Cel-cel communicatie >16. Cel-cel communicatie



Dovnload 72.18 Kb.
Datum30.09.2016
Grootte72.18 Kb.

Fysiologie 16. Cel-cel communicatie


16. Cel-cel communicatie:
16.1. Overzicht van de verschillende vormen van cel-cel communicatie:

Soorten informatieoverdracht van ene cel op andere:



  1. Juxtacriene communicatie:

Eiwitten oefenen aan de buitenzijde van de celmembraan (cel-adhesie moleculen), na binden op receptoren voor deze eiwitten aan de buitenzijde van de naburige cel, naast hun mechanische rol (adhesie) ook een signalisatiefunctie.

  1. Gap junctionele koppeling.

  2. Synaptisch overdracht.

  3. Paracriene.

  4. Endocriene communicatie.


Intercellulaire Gap synaptisch Paracrien en endocrien

Communicatie junctioneel autocrien
Boodschap rechtstreek of over synaptische diffusie in circulatie

doorgeven van cel tot cel spleet interstitium

Lokaal of algemeen lokaal lokaal lokaal diffuus algemeen
Specifiteit anatomische anatomische receptoren receptoren

Afhankelijk van locatie locatie en

receptoren
16.2. Gap junctionele communicatie:

16.2.1. Structuur en samenstelling van de juncties:

Voorkomen: exciteerbare en niet exciteerbare cellen.

Komen tot stand door associatie van twee tegenover elkaar komende ‘hemi-kanalen’ of connexons in de plasmamembraan van naburige cellen.

Connexon: opgebouwd uit 6 connexine-eiwitten.
Gap juncties gevormd uit verschillende connexine (Cx) moleculen met een variërend moleculair gewicht (worden genoemd naar hun gewicht, vb: Cx32).


  • Homotypische junctie: gap juncties uit dezelfde connexine-moleculen (meest).

  • Heterotypische juncties: gap juncties niet uit dezelfde connexine-moleculen.

16.2.2. Functies:

a) Metaboliet-overdracht:

Kanaal in junctie dat het cytoplasma van twee gekoppelde cellen verbindt.

Gevolg: diffusie van hydrofiele intracellulair moleculen.

Metabole koppeling omdat kleinere stoffen als nucleotiden, suikers, aminozuren en producten van het intermediair metabolisme doorheen de gap junctie kunnen bewegen.


b) Signaaloverdracht:

Ook second messenger kunnen doorheen de juncties diffunderen, wat transmissie van chemische signalen tussen cellen toelaat.



Voorbeeld:

Contracties gladde spiercellen door stijging Ca2+ concentraties door vrijstelling Ca2+ uit ER o.i.v. IP3. Diffusie hiervan naar andere cellen, gevolg: ‘singel unit’ gedrag en dus gecoördineerde contractie van het hele weefsel.


c) Elektrische overdracht:

Elektrische koppeling: ionen diffunderen door de junctionele kanalen waar de elektrische stroom van cel naar cel vloeit.

Gevolg elektrische synaps: transmissie van actiepotentialen (veranderingen in membraanpotentiaal in gekoppelde weefels).

Overdracht van de actiepotentiaal van A naar B: kabeleigenschappen niet onderbroeken: dichte appositie tussen de celmembranen en een lage weerstand tussen A en B door gap junctionele conductantie.


Eigenschappen:

  • Snelle transmissie omdat er geen transmitterstof dient vrij gesteld te worden.

  • Betrouwbaar (moeilijk geblokkeerd).

  • Bidirectioneel:

Niet altijd door groot verschil in diameter of rectificatie van de gap junctionele stroom (kanalen veel gemakkelijker stroom door in de ene richting dan in de andere).
Bestudeerd door:

2 gekoppelde cellen op een verschillende membraanpotentiaal te houden en de stromen doorheen de gap juncties te meten.



Herkennen van stromen doorheen gap juncties:

  • Simultaan voorkomen in cel A en B.

  • Gelijke amplitudo.

  • Omgekeerde polariteit.

Gap junctionele kanalen hebben ook gating eigenschappen, de gap junctionele conductantie is verschillend voor verschillende connexine-eiwitten.

De conductantie vermindert naarmate de rustmembraanpotentiaal tussen de cellen vergroot (zeer verschillende rustmembraanpotentialen tussen A en B  ontkoppeling).
Beïnvloeding van de gap junctionele conductantie:


  • Verandering in intracellulaire pH.

  • Second messengers als cAMP.

  • Ontkoppeling door sterke toename van de intracellulair Ca2+ concentratie (in fysiologische omstandigheden nooit bereikt, enkel tijdens celdood of na membraandisruptie).

16.3. De chemische synaps:

16.3.1. Inleiding:

Overdracht van informatie gebeurt op chemische wijze tussen:



  • Neuronen onderling.

  • Gespecialiseerde sensorische receptorcellen en hun afferente zenuwuiteinden.

  • Neuronen en hun effector cellen.

Eigenschap synaptische verbinding:

Celmembraan presynaptisch element gescheiden van het postsynaptisch element door een synaptisch speelt (belet elektrische stroomvloei tussen de schakelende cellen).
De transmissie (3 stappen):


  1. Transformatie van potentiaalverandering in presynaptisch element naar vrijstelling van neurotransmitter (door exocytose van vesikels).

  2. Diffusie van de vrijgestelde neurotransmitter over de synaptische spleet.

  3. Binding van de neurotransmitter aan specifieke receptor op postsynaptische membraan en omzetting signaal naar chemisch signaal (meestal potentiaalverandering).

16.3.2. De structuur:

a) De normale neur-neuronale synaps:

Stimulatie veld van een presynaptisch neuron: verzameling van alle postsynaptische neuron (schakeling van neuronen in het zenuwstelsel) met synapsen als schakelplaatsen.


Terminale knopjes (boutons terminales of eindvoetjes):

Axon van elke neuron vertakt en eindigt op zo’n 500 terminale knopjes (niet homogeen verdeelt in stimulatie veld neuron, meer in centrale deel).



Divergentie: één neuron geeft informatie af aan verschillende neuronen (ook convergentie omdat elk postsynaptisch neuron ook informatie van meerdere presynaptische neuronen ontvangt).
Indeling: (naar plaats van voorkomen)

  • Axodendritische synaps: het presynaptisch element schakelt op de dendrieten van postsynaptisch neuron.

  • Axosomatische synaps: het presynaptisch element schakelt op de soma van het postsynaptisch neuron.

  • Axo-axonale synaps: schakeling van het presynaptisch element op het uiteinde van een postsynaptisch neuron.

  • Dendro-dendritisch.

  • Soma-somatisch.


Beschrijving van de synaps:

  • Assymetrisch.

  • Uiteinden vergroot en vormen terminale knopjes.

  • In de knopjes: mitochondriën en vesikels.

  • In de vesikels: neurotransmitters.

-onwillekeurig in het cytoplasma.

-samenclustering en aangehecht aan het presynaptische membraan ter hoogte van het postsynaptische element.



  • Dens materiaal gerangschikt in rijen ter hoogte van de aangehechte vesikels: synaptic grid.

  • Actieve zone: dens materiaal en aangehechte vesikels.


Synaptische spleet:

Scheidt presynaptische element van het postsynpatische en bevat geen vesikels, wel specialisatie doorverdikking (rol bij aggregatie van specifieke receptoren).


b) De neuromusculaire junctie:

Centrale ruggenmerg  motoneuronen in ventrale hoornen  grote gemyeliniseerde zenuwvezels  innervatie van de skeletspieren.



Motorische eenheid (motor unit): verzameling spiervezels geïnnerveerd door één motorisch axon.

Motorische eindplaat: axonuiteinde die zijn myeline-bedekking verliest en zich vertakt op de spiervezel in terminale knopjes (synaptic buttons, schijfvormig op de spiervezel).

Junctionele plooien: talrijke invaginaties van de membraan van de spiercel onder de junctie.
Tegenover de postjunctionele plooien bevindt zich de actieve zone (vesikels bevatten acetylcholine). Op de lippen en de flanken van deze plooien zijn hoeveelheden receptoren voor acetylcholine.

De synaptische ruimte is gevuld met de enzyme acetylcholinesterase (breekt acetylcholine af en beëindigt zo de overdracht).

c) De synaps tussen neuron en gladde spiercellen:

Postganglionaire neuronen van het autonoom zenuwstelsel:



  • Functie: innervatie van gladde spiercellen die de wand van de holle organen uitmaken.

  • Voorkomen: cellichamen van deze neuronen liggen in ganglia buiten het centraal zenuwstelsel.

  • Bouw: niet gemyeliniseerd (vertakken terminaal in verschillende vezels die verdikkingen en varicositeiten vertonen).

  • Varicositeiten: bevatten mitochondia en synaptische vesikels.


Glad spierweefsel:

Duaal geïnnerveerd: ontvangt uitlopers van postganglionaire neuronen van orthosympatisch systeem (noradrenaline) en parasympatisch systeem (acetylcholine).


Synaps en passant structuur:

Type contact waarbij neuron gladde spiercel schakelt en verder loopt om andere gladde spiercellen te innerveren.

Densiteit varieert tussen gladde spierweefsels:


  • Multi-unit glad spierweefsel: elke gladde spiercel ontvangt innervatie.

  • Single-unit glad spierweefsel: enkele spiercellen ontvangen innervatie (beroep op gap juncties om exciterende signalen door te geven).

16.3.3. Kenmerken van synaptische overdracht:



  1. Overdracht unidirectioneel, hangt samen met de structurele asymmetrie: voorkomen vesikels in presynaptische element en receptoren voor neurotransmitter gecondenseerd aan de postsynaptische membraan.




  1. Bestaan van synaptische delay: vertraging tussen verschijnen potentiaalveranderingen op presynaptische membraan en de postsynaptische respons.

Diffusie van de neurotransmitter naar de postsynaptische membraan: niet snelheidsvertragende stap (enorm snel).

Vertraging wel door presynaptische processen die resulteren in vrijstelling van neurotransmitter.

Conductie prikkel via meerdere neuronen, via verschillende synapsen trager dan bij minder schakeling (tijdsverschil: reflex monosynaptisch of polysynaptisch).


  1. De synaptische overdracht is Ca2+ afhankelijk:

  • Aangetoond in experimenten met de ‘reuzensynaps’ van een inktvis.

Injectie stroompuls in presynaptisch element  actiepotentiaal  delay  actiepotentiaal op postsynaptische membraan.

Bij vast klemming van de postsynaptische membraan  geen actiepotentiaal, maar wel inwaartse stroom door openen van neurotransmitter-gegate ionkanalen in postsynaptische membraan.

Afwezigheid van extracellulair Ca2+ ionen  geen vrijstelling van neurotransmitters.


  • Bij normale Ca2+ concentratie + blokkers van de (N-type) spanningsafhankelijke Ca2+ kanalen  geen vrijstelling van neurotransmitters.

Ca2+ influx door spanningsafhankelijke Ca2+ kanalen van het presynaptische element tijden depolarisatie membraan: essentieel voor vrijstelling neurotransmitter.

  • Later aangetoond: plotse stijging Ca2+ concentratie in het cytosol van het presynaptische element voldoende is voor neurosecretie.

  • Stijging Ca2+ concentratie snelst en grootst net onder de presynaptische membraan ter hoogte van de actieve zone.




  1. Vrijstelling neurotransmitter gebeurt in quanta:

Ter hoogte van de eindplaat vindt men kleine potentiaalsprongen (constante amplitudo, treden spontaan op, zonder regelmaat met frequente 1/s).

Stimulatie motorisch neuron  actiepotentiaal op spiercelmembraan  op eindplaat (net voor eigenlijke actiepotentiaal) grote depolarisatie  spiercelmembraan boven drempelwaarden.

Bij inhiberen van actiepotentiaal op spiercel (TTX) kan deze depolarisatie gemeten worden, het is de eindplaatpotentiaal (EPP).

Spontane kleine potentiaalsprongen: kleine replica’s van EPP: miniature eindplaatpotentialen (MEPP’s).

EPP en MEPP: lokale responsen.
Frequentie MEPP’s op postsynaptische membraan neemt toe met stijging van de extracellulaire Ca2+ concentratie.

Gevolg van spontane ‘at random’ loslating (zonder stimulatie presynaptisch element) van één presynaptisch vesikel (één quantum).

Bij afwezigheid van Ca2+ geen spontante MEPP’s noch EPP’s.
Opmerking:

Actiepotentiaal op presynaptisch neuron: dezelfde amplitudo en duur. Grootte en duur Ca2+ influx constant  hoeveelheid vrijgestelde neurotransmitter gelijk.

Een receptorpotentiaal op membraan van aparte receptorcel: gegradeerde respons: grootte afhankelijk van stimulus (sensorische receptoren)  hoeveelheid vrijgestelde neurotransmitter kan sterk variëren.
16.3.4. De vrijstelling van neurotransmitter:

Grootste tijd omzetting van presynaptische potentiaalverandering naar vrijstelling neurotransmitter:



  • Openen spanningsafhankelijke Ca2+ kanalen door depolarisatie.

  • Influx Ca2+ ionen door kanalen met toename vrij Ca2+ concentratie in cytoplasma.

  • Triggering van exocytoseproces door Ca2+ stijging.

  • Eigenlijke vrijstelling neurotransmitter.

a) De aanhechting en exocytose van de vesikels:

Vesikels gelokaliseerd in 2 groepen:


  • Aangehecht aan netwerk van filamenten in cytosol.

  • Aangehecht aan presynaptische membraan (aangemeerde of ‘docked’ vesikels) op actieve zone.

Aanhechting presynaptische membraan: docking eiwitten betrokken.

Regulerende rol: NSF en SNAPs (voorkomen in cytosol): zorgen voor aanhechting VAMPen en vesiculaire SNARE met target SNARE.

Constitutieve exocytose: na docking van vesikel  fusie: inhoud vesikel afgegeven aan extracellulair milieu.

Exocytose zelf: na vorming fusieporie: intravesicuclaire ruimte in verbinding met extracellulair medium  gevormd door 2 eiwitten: een van vesikel membraan + van plasmamembraan  komen tegenover elkaar te liggen.

Bij neuronale uiteinde: vSNARE: sunaptobrevine dat via NSF en SNAPs aan de tSNARE: synaxine gekoppeld word.

Steeds een co-locatie van docked vesikels met N-type Ca2+ kanalen.

N-type Ca2+ kanalen:

Hebben cytoplasmatische lus tussen repeat I en II van hun α-polypeptideketen een bindingsplaats voor een deel van het syntaxine.

Bij gereguleerde exocytose aan presynaptisch uiteinde: enkel fusie bij gedockte vesikel met lage probabiliteit (tenzij Ca2+ concentratie toeneemt).

Bij afwezigheid van stimulatie is een fusie-klem aanwezig: waargenomen door synaptotagmine (VAMPen), het heeft een Ca2+ bindingsplaats en gaat onder invloed van Ca2+ binding een conformatieverandering aan.


Synaptophysine: veel voorkomend integraal eiwit in presynaptische vesikelmembraan.

Structuur: lijkend op connexines.

Functie: vesiculaire deel van fusieporie wanneer het in contact komt met een nog niet geïdentificeerd integraal eiwit van de presynaptische membraan.
b) De stijging van de cytoplasmatische Ca2+ concentratie:

N-type Ca2+ kanalen: komen voor in het presynaptische membraan van het neuron geclusterd ter hoogte van de actieve zone.

Depolarisatie  Ca2+ concentratie onder celmembraan neemt toe in microdomeinen (10 maal groter dan andere cytoplasmatische en subneurolemmale gebieden)  Ca2+ ionen kunnen maar over enkele vesikel diameter afstand diffunderen in het cytoplasma.

Openen Ca2+ kanalen  subneuronale Ca2+ ‘wolk’  fusie met presynaptische membraan van docked vesikels. Tragere en meer diffuse Ca2+ stijging verder in cytoplasma  mobilisatie van vesikels uit reserve-pool (fosforileerd synapsine vesikels los van cytoskelet  naar plasmamembraan)  worden na docking ook beschikbaar voor fusie en exocytose tijdens volgende depolarisaties.


Opmerking:

Capacitieve ‘flikkering’: komt tot stand door ontstaan van de fusieporie, die het vesikeloppervlak tijdelijk toevoegt aan het celoppervlak.

Eens gevormd kan de fusieporie heel snel sluiten en heropenen. Gevolg: oscillaties in membraancapaciteit.

Tijdens het bestaan van de fusieporie worden sommige stoffen reeds geëxocyteerd (kiss and run manier van exocytose). Wanneer de fusieporie langer openblijft, zou ze uiteengerekt worden en het vesikeltje onomkeerbaar totaal met de celmembraan versmelten (complete exocytose).

Clathrin-gemedieerde endocytose: plotse afname in totale membraancapaciteit. Nieuwe vesikels opgenomen in presynaptische uiteinde  worden gevuld met neurotransmitter.
16.3.5. Transmissie aan de neuromusculaire junctie:

a) Overzicht:

Actiepotentiaal in presynaptisch uiteinde van motorisch neuron  presynaptische depolarisatie  N-type spanningsafhankelijk Ca2+ kanalen openen  Calcium stroomt naar binnen  cytoplasmatische Ca2+ concentratie verhoogt vooral net onder plasmamembraan  Ca2+ activeren het synaptotagmine  100tal aangehechte vesikels vormen fusieporie en stellen acetylcholine vrij (neurotransmitter)  diffundeert naar membraan skeletspiercel  bindt op nicotine-Ach repectoren (nAChRs)  kanalen openen (ionotrope en aselectieve kanalen)  negatieve membraanpotentiaal  depolarisatie van membraanpotentiaal EPP  brengt membraanpotentiaal steeds boven drempel  voldoende spanningsafhankelijke Na2+ kanalen aangezet  actiepotentiaal op spiercelmembraan  verspreid zich in beide richtingen op skeletspiercelmembraan  neuromusculaire overdracht (veilige transfer)  actiepotentiaal op motorisch axon steeds actiepotentiaal op postsynaptische membraan  aanzetting spiercel tot excitatie (en contracties).

b) Stoffen die de neuromusculaire overdracht beïnvloeden:



Agonisten:

  • Nicotine: agonist van de nAChR: na binden induceert het een conformatieverandering naar open ionkanaal.

  • Andere agonisten: carbachol en andere quaternaire ammoniumderivaten.


Antagonisten:

  • Curare (alkaloïde tubocurarine): competitieve antagonist voor nACHRs van de skeletspieren: na binden geen conformatieverandering maar de stof bezet de receptor waardoor er minder bindingsplaatsen beschikbaar zijn voor Ach (competitieve antagonist).

Bij grote dosis: verlamming van de skeletspieren (ademhalingspieren  dood).

Volledig reversibel: te niet gedaan door toename ACh concentratie of afname van tubocuranine concentratie na afbraak van het lichaam.



  • α-bungarotoxine: bindt selectief en stabiel (zeer moeilijk los) op de nAChR receptor (ook gebruikt als merker voor nACh receptoren).

  • Botuline toxine: krachtig neurotoxine bestaande uit toxine A tot G. Elk van deze eiwitten heeft een zware (selectieve binding aan neuron) en lichte (in de cel) keten. Ze blokkeren de synaptische transmissie ter hoogte van alle perifere cholinerge synapsen door in te grijpen op het exocytose proces.


Stoffen die het (acetyl)cholinesterase inhiberen:

Inhibitie afbraakenzymen  grotere en langer aangehouden EPPs  skeletspiercelmembraan vuren repetitief actiepotentialen af  tetanisatie (herhaling impulsen) van de skeletspieren.



  • Physostigmine en neostigmine en zeer giftige organische fosfaatverbindingen parathion en malathion en DFP en sarin (zenuwgassen).

16.3.6. De neuro-neuronale overdracht:

a) Postsynaptisch membraangebeuren:

Neuromusculaire junctie: 1 op 1 excitatiore synaps (elke presynaptische actiepotentiaal veroorzaakt een postsynaptische actiepotentiaal  contractie skeletspiercel).

Komt tot stand door 100 transmitter quanta  EPP is steeds Supraliminale depolarisatie.
Activatie 1 exciteren synaps tussen neuronen onderling: veel kleinere postsynaptische depolarisatie (input verschillende exciterende synapsen nodig om membraanpotentiaal boven drempelwaarde te brengen).

Efficiëntie van exciterende impuls kan verminderd of te niet gedaan worden door inhiberende synaptische input.


Postsynaptisch neuron: integrator van 100 presynaptische inputs die convergeren op zijn membraan.
Neurotransmitter werkt:

  • Exciterend: membraanpotentiaal wordt gedepolariseerd  exciterende postsynaptische potentiaal (EPSP)  slechts enkele quanta worden vrijgesteld.

  • Inhiberend: hyperpolarisatie  membraanpotentiaal verder van drempelwaarde  inhiberende postsynaptische potentiaal (IPSP).

Werking neurotransmitter door aard geopende neurotransmitter-gegate ionkanalen.


Snelle en trage postsynaptische potentialen:

Snel of traag afhankelijk van de aard van gating van het ionkanaal.



  • Ionotrope receptor (vb: nAChR): snelle exciterende of inhiberende postsynaptische potentialen.

  • Second messenger geactiveerde ionkanalen: trager exciterende of inhiberende postsynaptische potentialen maar blijven langer geactiveerd.

Synaptische potentiaal is lokale potentiaal die een gegradeerde natuur heeft (in tegenstelling tot actiepotentiaal): vrijstelling meer transmitter  activatie meer receptoren  aanspreken van meer ionkanalen tot maximale respons bereikt wordt bij bezetting van alle receptoren door transmitter  sommatie van individuele synaptische potentialen.


Wijzen van sommatie:

  • Sommatie in tijd (temporiële sommatie): repetitieve stimulatie door presynaptisch neruon  progressief grotere gesommeerde potentiaalverandering van postsynaptisch membraan.

Bij exciterend neuron: exciterende postsynaptische potentialen kunnen de membraanpotentiaal boven de drempelwaarde brengen.

Efficiëntie afhankelijk van de tijdsconstante van de celmembraan.



  • Sommatie in ruimte (spatiale sommatie): input verschillende synapsen wordt geïntegreerd.

Input zelfde teken: postsynaptische potentialen sommeren.

Input niet zelfde teken: postsynaptische potentialen annihileren (directe inhibitie: vb. Renshaw cellen in voorhoorn van het ruggenmerg: fysiologie van willekeurige bewegingen)

Beïnvloeding door lengteconstante van de neuronale membraan.
Neuronenpool: verzameling neuronen met dezelfde neuronale output en functie.

Figuur:

2 stimulatie velden. Aantal centraal gelegen synapsen op centraal gelegen neuronen (2 en 4) in het stimulatieveld het groots. Bij stimulatie van A of B  spatiale sommatie van de verschillende exciterende postsynaptische potentialen in cel 2 of 4 de membraanpotentiaal boven de drempelwaarde brengen. Geringe densiteit aan eindknopjes in perifere gebieden van stimulatieveld zullen, bij enkelvoudige stimulatie van neuron A of B de exciterende postsynaptische potentialen in neuron 1, 3 en 5 onvoldoende zijn om prikkel te genereren.

Centrale gebied: excitatiezone.

Perifeer gebied: subliminale zone.

Bij repetitieve stimulatie van A en B: perifere zone toch prikkels door temporele sommatie.

A en B convergeren op 3: afzonderlijk A en B geen stimulatie, A en B te samen: spatiale sommatie: wel prikkel  facilitatiezone.
b) Synaptische plasticiteit:

Plasticiteit: belang van bepaalde schakelingen kan vergroten en minder efficiënt worden.

Gevolg: bij vernietiging bep. neuronenpools: uitvalsverschijnselen beperken doordat andere neuronen de functie in belangrijke mate overnemen

Gebaseerd op:



  • Anatomische veranderingen: schakelen met andere neuronen, de nieuwvorming van bepaalde synapsen door nieuwvorming van terminale knopjes.

  • Functionele veranderingen: wijzigingen in efficiëntie bestaande synapsen, synaps wordt sterker (presynaptisch neuron beïnvloed postsynaptisch neuron) of zwakker.

  • Niet door vorming nieuwe neuronen (niet mogelijk na geboorte).

  1. Intrinsieke mechanisme:

Wijzigingen in efficiëntie van synaps als gevolg van de activiteit in één of beide neuronen die de synaps uit maken (intrinsieke of homosynaptische mechanismen).
Depressie of synaptische vermoeidheid:

Homosynaptische depressie: reductie in grootte van de postsynaptische potentialen tijdens langdurige repetitieve stimulatie.

Presynaptisch neuron dat exciterend was: soms niet meer in staat zijn postsynaptisch een actiepotentiaal te doen ontstaan (vermoeidheid).

Veroorzaakt door:



  • Depletie aan neurotransmitter aan de presynaptische uiteinden.

  • Desensitizatie van de postsynaptische receptoren.

Basis: habituatie (gewenning aan prikkel).
Facilitatie:

  • Homosynaptische facilitatie: frequentie-afhankelijke progressieve toename in amplitudo van de postsynaptische potentialen.

  • Oorzaak: loslating van progressief grotere hoeveelheden neurotransmitter.

  • Mechanisme voor verhoogde secretie: geleidelijke toename van de vrij Ca2+ concentratie in het presynaptisch uiteinde.

Verhoogde stimulatiefrequentie  na prikkel: diffusie en klaring van de presynaptische Ca2+ onmiddellijk onder de presynaptische membraan loopt achter  residueel Ca2+ draagt bij tot de totale Ca2+ stijging tijdens de volgende stimulus.
Posttetanische potentiatie:

Tetanus: periode van repetitieve stimulatie.

Na tetanus bij hernemen oorspronkelijke stimulatiepatroon  optreden van potentiatie: hoeveelheid neurotransmitter vrijgesteld door 1 prikkel is groter (posttetanische potentiatie (PTP)).

Niet veroorzaakt door residueel Ca2+.

Wel veroorzaakt door fosforylatie van bepaalde eiwitten door een Ca/CAM afhankelijke proteïne kinase.
Toename Ca2+ tijdens tetanisatie  meer Ca2+ gebonden om calmoduline (CAM)  Ca/CAM complex activeert Ca/CAM afhankelijke kinase  fosforyleert synapsine maar ook zichzelf (autofosforylatie)  gefosforyleerde vorm niet meer Ca/CAM afhankelijk en blijft actief  bijkomend synapsine wordt gefosforyleerd (ook al is Ca2+ concentratie weer normaal).

Fosforylatie synapsine  presynaptische vesikels komen los van de cytoskeletale filamenten  meer beschikbaar voor docking en fusie met presynaptische membraan.


Het korte geheugen berust op een posttetanische potentiatie (PTP) in bepaalde neuronen in de hersenen.
Lange termijn potentiatie:

Voorkomen: in centrale synapsen.

Mechanisme: potentiatie voor langere perioden door korte repetitieve activatie van bepaalde synapsen, lange termijn potentiatie (LTP).

Onderliggende mechanismen berusten op presynaptische en op veranderingen in het postsynaptische neuron.




  1. Extrinsieke mechanismen:

Wijzigingen in efficiëntie van synaps als gevolg van activiteit in een ander, derde modulerend neuron (extrinsieke of heterosynaptische mechanismen), gebeurt meestal via axo-axonale synaps.
Presynaptische inhibitie:

Vermindering vrijstelling neurotransmitter door het modulerend neuron door het primair presynaptisch neuron.

Gevolg: selectief uitschakelen van 1 bepaalde synaps terwijl het postsynaptisch neuron nog steeds door andere neuronen kan geprikkeld worden.

Komt tot stand door afname Ca2+ influx (en intracellulaire Ca2+ stijging) bij excitatie van het presynaptisch uiteinde.

Vermindering Ca2+ stroom door:


  • Door Mod vrijgestelde neurotransmitter, na binden op metabotrope receptor, invloed heeft rechtstreeks op spanningsafhankelijke presynaptische Ca2+ kanalen van Pre (vb. door wijziging fosforylatiegraad).

  • Door beïnvloeding conductantie, duur van de actiepotentiaal op het presynaptisch uiteinde vermindert, waardoor ICa vroeger afslaat. Potentiaalduur vermindert door vb. verhoging van Cl- conductantie of door beïnvloeding van kinetiek van spanningsafhankelijke K+ kanalen.

Opmerkingen:

Wijzigingen in duur actiepotentiaal zijn kleine uitzonderingen op de wet van alles of niets.
Voorbeelden:


  • Presynaptische inhibitie van α motoneuronen:

Voorkomen: voorhoorn ruggenmerg (naast directe inhibitie).

Mechanisme: modulerende neuronen die GABA vrijstellen  ionotrope GABAA receptoren verhogen Cl- conductantie + metabotrope CABAB receptoren verhogen de K+ conductantie  inkorting van presynaptische actiepotentiaal + onrechtstreeks verminderde vrijstelling van exciterende neurotransmitter.

Toedienen GABA-antagonisten  inhiberend effect uitgeschakeld ontstaan van spierkrampen.

Komt ook voor in limbische systeem (gemoedstoestand): bepaalde anxiolytica oefenen hun invloed uit door versterking van de werking van GABA.



  • Presynaptische inhibitie van de pijntransmissie:

Voorkomen: pijnvezels schakelen in dorsale hoorn van het ruggenmerg.

Mechanisme: vrijgestelde neurotransmitter (substantie P)  werkt in op postsynaptische neuronen  in substantia gelatinosa en andere delen van het centraal zenuwstelsel bevatten presynaptische uiteinden opiaatreceptoren  P wordt sterk gewijzigd door presynaptische inhibitie  modulerende neuronen endogenen oplioid peptiden verstellen (soorten: Met-enkefaline en Leu-enkefaline, endorfines en dynorfines).

Opiaatreceptoren zijn metabotroop (3 subtypes: μ, κ en δ: hebben verschillende affiniteit voor verschillende opioïden)

Via G-proteïne wordt de presynaptische K+ conductantie verhoogt (μ subtype met natuurlijk ligand β-endorfine) of Ca2+ kanalen worden gesloten (κ en δ subtype met natuurlijke liganden dynorfines en enkefalines).

Exogene agonist: morfine (selectiviteit voor de μ receptor).

Presynaptische facilitatie:

Rechtstreekse invloed op presynaptische spanningsafhankelijke Ca2+ kanalen of onrechtstreekse toename van duur van de actiepotentiaal (vb. door cAMP-afhankelijke Fosforylatie van spanningsafhankelijke K+ kanalen) toename Ca2+ influx bij excitatie van presynaptisch uiteinde  verhoogde vrijstelling neurotransmitter.


Voorbeeld van neurotransmitter met faciliterende werking: serotonine.

Bepaalde ‘gewenste’ prikkels kunnen zo verstrekt worden (mechanisme rol bij ontstaan van geconditioneerde reflexen en aanleren).


c) Integratie van de verschillende mechanismen:

Figuur:
Pre veroorzaakt exciterende postsynaptisch potentiaal en inhiberende postsynaptische potenitaal.

Mogelijkheden om Post te beïnvloeden afhankelijk van:


  • Frequentie (temporiële sommatie).

  • Intrinsieke mechanismen van synaptische plasticiteit (homosynaptische depressie of facilitatie).

Effieciëntie beïnvloed door:

  • Extrinsieke factoren (presynaptische facilitatie door modulerend neuron 1 (Mo1)en presynaptische inhibitie door Mo2.

Post al dan niet actiepotentiaal afhankelijk van:

  • Input van Pre.

  • Activiteit van Exc, die de exciterende postsynaptische potentialen induceert of Inh, die de inhiberende postsynaptische potentialen induceert.

d) De plaats van generatie van de neuronale actiepotentiaal:

Synaptische potentialen: lokale potentiaalveranderingen die niet actief worden voorgeleid.

Triggerzone: daar waar de voorgeleide actiepotentiaal op het neuron ontstaat, plaats met de laagste drempelwaarde.

Eigenschappen:


  • Laagste drempelwaarde.

  • Densiteit aan spanningsafhankelijke Na+ kanalen het grootst (membraan moet maar weinig depolariseren om het regeneratief mechanisme te initiëren).

  • Meer distaal gelokaliseerd van de plaatsen waar synaptische input optreedt.

  • Voelt gewogen gemiddelde alle synaptische stromen door dendrieten en soma vloeien.

Motorische neuronen:

Triggerzone in initieel segment van het neuron. Segment voelt de synaptische input aan de verschillende dendrieten en bepaalt of er een actiepotentiaal ontstaat die dan orthodroom op de axonale membraan propageert.

De axosomatische synapsen wegen zwaarder in deze beslissing dan de axodendritische synapsen.

Actiepotentiaal gegeneerd: loopt terug op de somamembraan, maar meestal niet op de dendrieten (lage densiteit aan spanningsafhankelijke Na+ kanalen).

Sensorische neuronen:

Plaats triggerzone onzeker (valt samen met de plaats waar de myelinesaite (het axon) begint).


16.3.7. Transmissie tussen neuron en gladde spier:

Glad spierweefsel wordt bezenuwd door orthosympatische neuronen (secreteren noradrenaline) en parasymaptische neuronen (stellen acetylcholine vrij).

a) Postsynaptisch membraangebeuren:

Gladde spiercellen: receptoren voor vrijgestelde acetylcholine, van het muscarine type (kan ook met stof muscarine gestimuleerd worden).

Muscarine: alkaloïde uit vliegenzwam.

Deze acetylcholine receptoren: ongevoelig voor curare maar kunnen wel geblokkeerd worden door atropine.

Muscarine receptoren: metabotrope receptoren gekoppeld aan G-proteïnen (5 types M1 tot M5).
Noradrenerge receptoren: G-proteïne gekoppelde receptoren (α of β type), reageren door vrijgestelde noradrenaline.

Noradrenaline: grotere affiniteit voor α receptoren terwijl adrenaline een grotere affiniteit voor β receptoren heeft.

Beide types worden nog verder onderverdeelt in subtypes.
Neuronale stimulatie gepaard met excitatie (contractie) of inhibitie (relaxatie) afhankelijk:


  • Vrijgestelde transmitter.

  • Aard van de postjunctionele receptor.

Geen algemene regel welk systeem het glad spierweefsel stimuleert of inhibeert.
Gladde spiercellen waarbij noradrenerge activiteit exciterend is:

Stimulatie zenuwuiteinde  kleine depolarisaties  exciterende junctiepotentialen (EJPs).

Latentie stimulatie en depolarisatiefase veel groter en variabel afhankelijk van het soort weefsel, duur EJP groter dan EPP (tijdens repetitieve stimulatie: temporiële sommatie).

Te wijten aan:



  • Synaps en passant structuur van een junctie.

  • Diffusie van transmitter naar verschillende cellen.

Glad spierweefsel dat geëxciteerd wordt door cholinerge activiteit worden gelijkaardige exciterende junctiepotentialen (EJPs) uitgelokt bij parasympatische stimulatie.

Noradrenerge stimulatie veroorzaakt hier inhiberende junctiepotentialen (IJPs)  membraanpotentiaal verder over de drempel.

Spiking activiteit: sommerende inhiberend junctiepotentialen inhiberen spontane activiteit.


16.3.8. Neurotransmitters:

a) Aard van neurotransmitters:

Neuronen bevatten 2 soorten vesikels:


  • Grotere en dense, gevuld met peptide neurotransmitters (soma gesynthetiseerd als precursor naar terminale uiteinde getransporteerd worden waarbij vesiculaire peptidasen de actieve vorm vrijmaken).

  • Kleinere vesikels, zeer homogeen in diameter (bevatten kleinere neurotransmitter moleculen, die niet in soma gesynthetiseerd worden: synthetiserend eiwit naar presynaptisch uiteinde getransporteerd, zodat lokaal snelle hersynthese mogelijk is na eventuele depletie van neurotransmitter).

b) Criteria voor neurotransmitters:

Putatieve transmitter: wanneer niet alle criteria voldaan zijn.


  • Aanwezigheid van putatieve neurotransmitter in presynaptisch element.

  • Synthese: precursoren en enzymen verantwoordelijk voor biosynthese putatieve neurotransmitter moeten in presynaptisch neuron aanwezig zijn.

  • Stof vrijgesteld bij stimulatie van presynaptisch neuron (meestal vrijstelling Ca2+).

  • Exogene applicatie stof, in fysiologische concentraties, ter hoogte van postsynaptische element moet dezelfde respons uitlokken als natuurlijk losgelaten substantie.

  • Receptoren voor die specifieke substantie aanwezig in postsynaptische membraan, en stoffen of farmaca die specifiek receptoren blokkeren, blokkeren respons op stimulatie van presynaptisch element + exogene toediening van putatieve transmitter.

  • Inactivatie: ter hoogte synaps een of verschillende mechanismen aanwezig die neurotransmitter inactiveren door afbraak en/of heropname in presynaptische elementen.

c) Voorbeelden van neurotransmitters:



Acetylcholine: neurotransmitter in het perifeer zenuwstelsel.

  • Aan alle synapsen tussen motorische neuronen en de skeltspiervezels.

  • Aan alle synapsen tussen preganglionaire en postganglionaire neuronen van het parasympatisch en orthosympatisch systeem.

  • Aan alle synapsen tussen parasympatische en postganglionaire neuronen en hun effector cellen.


Amine noradrenaline:

  • Aan orthosympatische postganglionaire neuronen.


Glutamaat:

Belangrijkste excitatoire neurotransmitter in het centraal zenuwstelsel.

Bestaan veel ionotrope en metabotrope receptoren.
Inhiberende Aminozuren: GABA en glycine.
Quaternair amine acetylcholine en monoamines dopamine, noradrenaline, adrenalin, serotonine en histamine als transmitter.

Bij gladde spiercellen: ATP als cotransmitter mee losgelaten.

Neuronen bevatten ook neuroactieve peptiden (rol in synaptische transmissie).

Neuropeptiden: cotransmitter of moduleren de synaptische overdracht van de ‘conventionele’ transmitter.


d) Synthese van neurotransmitters:

Neuronen die bepaalde transmitter gebruiken worden selectief de sleutelenzymen voor aanmaak van transmitter tot expressie gebracht.

Neuronen die actylcholine afscheiden worden cholinerge neuronen genoemd. Acetylcholine wordt gevormd door choline actyltransferase (ChAT) uit acetylCoA en choline.

AcCoA + choline  (ChAT) Ach


e) Cotransmissie:

Synaptisch vesikel: verschillende putatieve neurotransmitters en grotere gekorrelde vesikels gevuld met neuropeptiden (aan actieve zone en gericht maar aan verschillende zijde van presynaptisch uiteinde vrijgesteld  exocytose vereist intense stimulatie van presynaptisch uiteinde). Vrijgestelde neuropeptiden kunnen als cotransmitter ageren of werking klassieke transmitter(s) moduleren. 1 neuron kan dus afhankelijk van stimulatiepatroon via variabele loslating van verschillende vesikels verschillende respons van doelcel uitlokken.


Neuropeptiden door binding presynaptische receptoren vrijstelling klassieke transmitter(s) uit synaptische uiteinde op autocriene wijze moduleren. Centrale neuronen beïnvloed door tientalle neuropeptiden.

Relatieve contributie van elke cotransmitter afhankelijk van frequentie en duur.







De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina