Inhibiční postsynaptické potenciály

Inhibiční postsynaptický potenciál (IPSP) je druh synaptického potenciálu, který snižuje pravděpodobnost, že postsynaptický neuron vytvoří akční potenciál. Opakem inhibičního postsynaptického potenciálu je excitační postsynaptický potenciál (EPSP), což je synaptický potenciál, který zvyšuje pravděpodobnost, že postsynaptický neuron vytvoří akční potenciál. Mohou probíhat na všech chemických synapsích, které využívají vylučování neurotransmiterů k vytváření signalizace mezi buňkami. Inhibiční presynaptické neurony uvolňují neurotransmitery, které se pak vážou na postsynaptické receptory; to vyvolává změnu postsynaptické vodivosti, protože se otevírají nebo zavírají iontové kanály. Vzniká elektrický proud, který mění postsynaptický membránový potenciál a vytváří negativnější postsynaptický potenciál. K depolarizaci může dojít také v důsledku IPSP, pokud je zpětný potenciál mezi prahem klidu a prahem akčního potenciálu. Jiný způsob, jak se dívat na inhibiční postsynaptické potenciály, je ten, že jsou také změnou chloridové vodivosti v neuronální buňce, protože snižují hnací sílu. k měření postsynaptických potenciálů lze použít mikroelektrody buď na excitačních, nebo na inhibičních synapsích.

Postsynaptický potenciál obecně závisí na typu a kombinaci receptorového kanálu, zpětného potenciálu postsynaptického potenciálu, prahového napětí akčního potenciálu, iontové propustnosti iontového kanálu a také na koncentraci iontů vstupujících do buňky a vystupujících z buňky; to určuje, zda je excitační nebo inhibiční. IPSP chce vždy udržet membránový potenciál negativnější než práh akčního potenciálu a lze jej považovat za „přechodnou hyperpolarizaci“. EPSPs a IPSPs si na četných synapsích neuronu navzájem konkurují; to rozhoduje o tom, zda se akční potenciál na presynaptickém terminálu na postsynaptické membráně obnoví, či nikoli. Mezi běžné neurotransmitery, které se podílejí na IPSPs, patří GABA a glycin.

Vývojový diagram popisující fungování inhibičního postsynaptického potenciálu od uvolnění neurotransmiteru po sumarizaci

Tento systém IPSPs lze časově sčítat s podprahovými nebo nadprahovými EPSPs, aby se snížila amplituda výsledného postsynaptického potenciálu. Ekvivalentní EPSPs (pozitivní) a IPSPs (negativní) se mohou při sčítání vzájemně vyrušit. Rovnováha mezi EPSPs a IPSPs je velmi důležitá při integraci elektrické informace produkované inhibičními a excitačními synapsemi.

Graf zobrazující EPSP, IPSP a součet EPSP a IPSP. Po sečtení obou potenciálů je potenciál stále pod prahem akčního potenciálu.

Velikost neuronu může také ovlivnit inhibiční postsynaptický potenciál. U menších neuronů dochází k prosté časové sumaci postsynaptických potenciálů, zatímco u větších neuronů větší počet synapsí a ionotropních receptorů a také větší vzdálenost od synapse k somu umožňuje prodloužení interakcí mezi neurony.

GABA je velmi častý neurotransmiter, který se uplatňuje v IPSP v mozku a sítnici dospělých savců. GABA receptory jsou pentamery nejčastěji složené ze tří různých podjednotek (α, β, γ), ačkoli existuje několik dalších podjednotek (δ,ε, θ, π, ρ) a konformací. Otevřené kanály jsou selektivně propustné pro chloridové nebo draselné ionty (v závislosti na typu receptoru) a umožňují těmto iontům průchod membránou. Pokud je elektrochemický potenciál iontů negativnější než prahový potenciál akčního potenciálu, pak výsledná změna vodivosti, k níž dochází v důsledku vazby GABA na její receptory, udržuje postsynaptický potenciál negativnější než prahový a snižuje pravděpodobnost, že postsynaptický neuron dokončí akční potenciál. Molekuly a receptory glycinu fungují stejným způsobem v míše, mozku a sítnici.

Doporučujeme:  Série o zotavení z duševní nemoci: Příběh # 63

Existují dva typy inhibičních receptorů:

Ionotropní receptory (známé také jako ligandem řízené iontové kanály) hrají důležitou roli v inhibičních postsynaptických potenciálech. Neurotransmiter se naváže na extracelulární místo a otevře iontový kanál, který je tvořen membránou se rozprostírající doménou, která umožňuje průtok iontů přes membránu uvnitř postsynaptické buňky. Tento typ receptoru vyvolává velmi rychlé postsynaptické akce během několika milisekund od okamžiku, kdy presynaptický terminál obdrží akční potenciál. Tyto kanály ovlivňují amplitudu a časový průběh postsynaptických potenciálů jako celku. Ionotropní GABA receptory se používají při vazbě různých léčiv, jako jsou barbituráty (fenobarbital, pentobarbital), steroidy a pikrotoxin. Benzodiazepiny (Valium) se vážou na α a δ podjednotky GABA receptorů s cílem zlepšit GABAergní signalizaci. Alkohol rovněž moduluje ionotropní GABA receptory.

Metabotropní receptory neboli receptory spřažené s G-proteinem nemají ve své struktuře iontové kanály; místo toho se skládají z extracelulární domény, která se váže na neurotransmiter, a intracelulární domény, která se váže na G-protein. Tím začíná aktivace G-proteinu, který se poté uvolní z receptoru a interaguje s iontovými kanály a dalšími proteiny, aby otevřel nebo uzavřel iontové kanály prostřednictvím intracelulárních poslů. Vytvářejí pomalé postsynaptické odpovědi (od milisekund do minut) a mohou být aktivovány ve spojení s ionotropními receptory, aby vytvořily jak rychlé, tak pomalé postsynaptické potenciály v jedné konkrétní synapsy. Metabotropní GABA receptory, heterodimery podjednotek R1 a R2, využívají místo chloridových kanálů draslíkové kanály. Mohou také blokovat vápníkové iontové kanály, aby hyperpolarizovaly postsynaptické buňky.

Existuje mnoho aplikací inhibičních postsynaptických potenciálů v reálném světě. Léky, které ovlivňují působení neurotransmiteru, mohou léčit neurologické a psychologické poruchy prostřednictvím různých kombinací typů receptorů, G-proteinů a iontových kanálů v postsynaptických neuronech.

Provádějí se například studie zkoumající desenzibilizaci a obchodování s opioidními receptory v locus cereleus mozku. Při aplikaci vysoké koncentrace agonisty po delší dobu (patnáct minut a více) dochází k vrcholu hyperpolarizace a následnému poklesu. To je významné, protože je to předstupeň tolerance; čím více opioidů člověk potřebuje na bolest, tím větší je tolerance pacienta. Tyto studie jsou důležité, protože nám pomáhají dozvědět se více o tom, jak se vyrovnáváme s bolestí a jak reagujeme na různé látky, které pomáhají léčit bolest. Díky studiu naší tolerance k bolesti můžeme vyvinout účinnější léky pro léčbu bolesti.

Doporučujeme:  Antihistaminika

Kromě toho probíhá výzkum v oblasti dopaminových neuronů ve ventrální tegmentální oblasti, která se zabývá odměnou, a v substantia nigra, která se podílí na pohybu a motivaci. V dopaminových neuronech dochází k metabotropním reakcím prostřednictvím regulace excitability buněk. Opioidy inhibují uvolňování GABA; to snižuje míru inhibice a umožňuje jim spontánní vzplanutí. Morfin a opioidy souvisejí s inhibičními postsynaptickými potenciály, protože vyvolávají disinhibici v dopaminových neuronech.

IPSP lze také použít ke studiu vstupně-výstupních charakteristik inhibiční synapse předního mozku, která se používá k dalšímu studiu naučeného chování, konkrétně učení se zpěvu u ptáků ve studii provedené na Washingtonské univerzitě. Poissonovy řetězce jednotkových IPSPs byly vyvolány s vysokou frekvencí, aby se reprodukovaly postsynaptické spiky v mediální části dorsalaterálního jádra thalamu bez jakýchkoli dalších excitačních vstupů. To ukazuje na nadměrnou thalamickou GABAergní aktivaci. To je důležité, protože načasování spikingu je nutné pro správnou lokalizaci zvuku ve vzestupných sluchových drahách. Zpěvní ptáci využívají GABAergní kalichové synaptické terminály a kalichové synapse tak, že každá buňka v dorzolaterálním thalamickém jádru dostává maximálně dva axonové terminály z bazálních ganglií, které vytvářejí velké postsynaptické proudy.

Inhibiční postsynaptické potenciály se také používají ke studiu bazálních ganglií obojživelníků, aby se zjistilo, jak je motorická funkce modulována prostřednictvím inhibičních výstupů ze striata do tekta a tegmenta. Ve studii provedené na Baylor College of Medicine a Čínské akademii věd bylo zjištěno, že vizuálně řízené chování může být regulováno prostřednictvím inhibiční dráhy striata a tegmenta, která byla nalezena u obojživelníků. Bazální ganglia u obojživelníků jsou velmi důležitá pro příjem zrakových, sluchových, čichových a mechansenzorických vstupů; disinhibiční striato-protegmentální dráha je důležitá pro chování obojživelníků při chytání kořisti. Když bylo ipsilaterální striatum dospělé ropuchy elektricky stimulováno, byly v binokulárních tegmentálních neuronech vyvolány inhibiční postsynaptické potenciály, které ovlivňují vizuální systém ropuchy.

Inhibiční postsynaptické potenciály mohou být v pyramidových buňkách CA1 a Purkyňových buňkách mozku samy inhibovány prostřednictvím signalizačního procesu nazývaného „depolarizací indukované potlačení inhibice (DSI)“. V laboratorním prostředí byly k vytvoření DSI použity postupné depolarizace sómu, ale lze toho dosáhnout také prostřednictvím synapticky indukované depolarizace dendritů. DSI lze blokovat antagonisty ionotropních receptorů vápníkových iontových kanálů na somatu a proximálních apikálních dendritech pyramidových buněk CA1. Dendritické inhibiční postsynaptické potenciály mohou být silně sníženy DSI prostřednictvím přímé depolarizace.

V souladu s tím jsou inhibiční postsynaptické potenciály užitečné při signalizaci čichového bulbu čichové kůře. EPSP jsou zesíleny trvalou vodivostí sodíkových iontů ve vnějších tukových buňkách. Nízkonapěťová aktivovaná iontová vodivost vápníku zesiluje ještě větší EPSPs. Hyperpolarizací aktivované neselektivní kationtové vodivosti snižují sumaci a trvání EPSP a mění také inhibiční vstupy na postsynaptickou excitaci. IPSPs přicházejí ke slovu, když jsou membrány chomáčových buněk depolarizovány, a IPSPs pak způsobují inhibici. Při klidovém prahu IPSP vyvolávají akční potenciály. GABA je zodpovědná za velkou část práce IPSPs ve vnějších tuftových buňkách.

Doporučujeme:  Chování zvířat jako predátorů

Inhibiční postsynaptické potenciály byly studovány také v Purkyňově buňce prostřednictvím dendritického zesílení. Studie se zaměřila na šíření IPSP podél dendritů a jeho závislost na ionotropních receptorech měřením amplitudy a časového průběhu inhibičního postsynaptického potenciálu. Výsledky ukázaly, že složené i jednotné inhibiční postsynaptické potenciály jsou zesilovány dendritickými vápníkovými iontovými kanály. Šířka somatického IPSP je nezávislá na vzdálenosti mezi somatem a synapsií, zatímco doba nárůstu se s touto vzdáleností prodlužuje. Tyto IPSP také regulují theta rytmy v pyramidových buňkách.
Na druhé straně jsou inhibiční postsynaptické potenciály u nezralých savčích míšních neuronů depolarizující a někdy excitační, a to kvůli vysokým koncentracím intracelulárního chloridu prostřednictvím ionotropních iontových kanálů GABA nebo glycin-chloridu. Tyto depolarizace aktivují napěťově závislé vápníkové kanály. Později se s dospíváním savců stávají hyperpolarizujícími. Konkrétně u potkanů k tomuto dozrávání dochází v perinatálním období, kdy projekty mozkového kmene dosahují bederního rozšíření. Pro vývojový posun od depolarizujících k hyperpolarizujícím inhibičním postsynaptickým potenciálům jsou nezbytné sestupné modulační vstupy. To bylo studováno pomocí kompletních míšních transekcí při narození potkanů a záznamu IPSPs z bederních motoneuronů na konci prvního týdne po narození.

Glutamát, excitační neurotransmiter, je obvykle spojován s excitačními postsynaptickými potenciály v synaptickém přenosu, avšak studie dokončená ve Vollumově institutu na Oregon Health Sciences University ukazuje, že glutamát lze použít také k vyvolání inhibičních postsynaptických potenciálů v neuronech. Tato studie vysvětluje, že metabotropní glutamátové receptory mají v dopaminových neuronech aktivované G proteiny, které vyvolávají hydrolýzu fosfoinositidu. Vzniklé produkty se prostřednictvím vápníkových iontových kanálů vážou na inositoltrifosfátové (IP3) receptory. Vápník přichází ze zásob a aktivuje draslíkové vedení, což způsobuje čistou inhibici v dopaminových buňkách. Měnící se hladina synapticky uvolněného glutamátu vytváří excitaci prostřednictvím aktivace ionotropních receptorů, po níž následuje inhibice metabotropních glutamátových receptorů.

Vzrušení (bdělost) – Nitrolební tlak – Lateralizace mozkových funkcí – Spánek – Paměť

Bereitschaftspotential – P300 – Sluchový evokovaný potenciál – Somatosenzorické evokované potenciály – Somatosenzorické evokované potenciály – Zrakový evokovaný potenciál

Neurotransmise – Chronaxie – Membránový potenciál – Akční potenciál – Postsynaptický potenciál (excitační, inhibiční)

Axoplazmatický transport – Neuroregenerace/nervová regenerace – Neuroplasticita/Synaptická plasticita (dlouhodobá potenciace, dlouhodobá deprese)

anat (n/s/m/p/4/e/b/d/c/a/f/l/g)/phys/devp

noco (m/d/e/h/v/s)/cong/tumr, sysi/epon, injr

procenta, ostatní (N1A/2AB/C/3/4/7A/B/C/D)

anat(h/r/t/c/b/l/s/a)/phys(r)/devp/prot/nttr/nttm/ntrp

noco/auto/cong/tumr, sysi/epon, injr