Neurotransmitery jsou endogenní chemické látky, které přenášejí signály z neuronu do cílové buňky přes synapsi. Neurotransmitery jsou zabaleny do synaptických váčků shlukovaných pod membránou v axonové svorce, na presynaptické straně synapse. Jsou uvolňovány do synaptické štěrbiny a difúzují přes ni, kde se vážou na specifické receptory v membráně na postsynaptické straně synapse. Uvolnění neurotransmiterů obvykle následuje po příchodu akčního potenciálu do synapse, ale může také následovat odstupňované elektrické potenciály. K nízkému „výchozímu“ uvolnění dochází také bez elektrické stimulace. Mnoho neurotransmiterů je syntetizováno z hojných a jednoduchých prekurzorů, jako jsou aminokyseliny, které jsou snadno dostupné ze stravy a které ke konverzi vyžadují jen malý počet biosyntetických kroků.
Až do počátku 20. století vědci předpokládali, že většina synaptické komunikace v mozku je elektrická. Nicméně díky pečlivým histologickým vyšetřením Ramóna y Cajala (1852-1934) byla objevena 20 až 40 nm mezera mezi neurony, dnes známá jako synaptická štěrbina. Přítomnost takové mezery naznačovala komunikaci prostřednictvím chemických poslů procházejících synaptickou štěrbinou a v roce 1921 německý farmakolog Otto Loewi (1873-1961) potvrdil, že neurony mohou komunikovat uvolněním chemikálií. Díky sérii experimentů zahrnujících bloudivé nervy žab byl Loewi schopen manuálně zpomalit srdeční tep žab tím, že kontroloval množství solného roztoku přítomného v okolí bloudivého nervu. Po dokončení tohoto experimentu Loewi tvrdil, že sympatická regulace srdeční funkce může být zprostředkována změnami chemických koncentrací. Dále je Otto Loewi akreditován k objevu acetylcholinu (ACh) – prvního známého neurotransmiteru. Některé neurony však komunikují prostřednictvím elektrických synapsí pomocí mezerových spojení, které umožňují specifickým iontům procházet přímo z jedné buňky do druhé.
Identifikace neurotransmiterů
Chemickou identitu neurotransmiterů je často obtížné experimentálně určit. Například je snadné pomocí elektronového mikroskopu rozeznat váčky na presynaptické straně synapse, ale nemusí být snadné přímo určit, jaká chemická látka je v nich obsažena. Obtíže vedly k mnoha historickým sporům o to, zda daná chemická látka byla či nebyla jasně stanovena jako transmiter. Ve snaze dát argumentům určitou strukturu vypracovali neurochemici soubor experimentálně traktovatelných pravidel. Podle převládajícího přesvědčení 60. let může být chemická látka klasifikována jako neurotransmiter, pokud splňuje tyto podmínky:
Moderní pokroky ve farmakologii, genetice a chemické neuroanatomii značně snížily význam těchto pravidel. Řadu experimentů, které mohly v šedesátých letech trvat několik let, lze nyní provést s mnohem větší přesností za několik měsíců. V dnešní době je tedy neobvyklé, aby identifikace chemické látky jako neurotransmiteru zůstávala po velmi dlouhou dobu kontroverzní.
Druhy neurotransmiterů
Existuje mnoho různých způsobů klasifikace neurotransmiterů. Pro některé účely klasifikace stačí jejich rozdělení na aminokyseliny, peptidy a monoaminy.
Kromě toho bylo nalezeno přes 50 neuroaktivních peptidů a nové se objevují pravidelně. Mnohé z nich jsou „spoluuvolňovány“ spolu s malo-molekulovým transmiterem, ale v některých případech je peptid primárním transmiterem v synapsi. β-endorfin je poměrně známým příkladem peptidového neurotransmiteru; zapojuje se do vysoce specifických interakcí s opioidními receptory v centrálním nervovém systému.
Jednotlivé ionty, jako je synapticky uvolňovaný zinek, jsou také některými považovány za neurotransmitery, stejně jako některé plynné molekuly, jako je oxid dusnatý (NO), sirovodík (H2S) a oxid uhelnatý (CO). Protože nejsou zabaleny do váčků, nejsou podle nejpřísnější definice klasickými neurotransmitery, nicméně bylo experimentálně prokázáno, že se všechny uvolňují presynaptickými terminály v závislosti na aktivitě.
Zdaleka nejrozšířenějším transmiterem je glutamát, který je excitační u více než 90% synapsí v lidském mozku. Dalším nejrozšířenějším je GABA, která je inhibiční u více než 90% synapsí, které glutamát neužívají. I když se jiné transmitery používají v mnohem menším počtu synapsí, mohou být funkčně velmi důležité – velká většina psychoaktivních drog uplatňuje své účinky tím, že mění působení některých neurotransmiterových systémů, často působí prostřednictvím jiných transmiterů než glutamátu nebo GABA. Návykové drogy jako kokain a amfetamin uplatňují své účinky především na dopaminový systém. Návykové opiátové drogy uplatňují své účinky především jako funkční analoga opioidních peptidů, které zase regulují hladiny dopaminu.
Některé neurotransmitery jsou běžně označovány jako „excitační“ nebo „inhibiční“. Jediným přímým účinkem neurotransmiteru je aktivace jednoho nebo více typů receptorů. Účinek na postsynaptickou buňku proto zcela závisí na vlastnostech těchto receptorů. Stává se, že u některých neurotransmiterů (například glutamátu) mají všechny nejdůležitější receptory excitační účinky: to znamená, že zvyšují pravděpodobnost, že cílová buňka vystřelí akční potenciál. U jiných neurotransmiterů, jako je GABA, mají všechny nejdůležitější receptory inhibiční účinky (i když existují důkazy, že GABA je excitační během raného vývoje mozku). Existují však i jiné neurotransmitery, jako je acetylcholin, pro které existují jak excitační, tak inhibiční receptory; a existují i některé typy receptorů, které aktivují složité metabolické cesty v postsynaptické buňce, aby vyvolaly účinky, které nemohou být vhodně nazývány buď excitační nebo inhibiční. Je tedy příliš zjednodušující nazývat neurotransmiter excitační nebo inhibiční – nicméně je vhodné nazývat glutamát excitační a GABA inhibiční, takže toto použití je vidět často.
Jak bylo vysvětleno výše, jediným přímým účinkem neurotransmiteru je aktivace receptoru. Účinky neurotransmiterového systému tedy závisí na spojení neuronů, které transmiter využívají, a na chemických vlastnostech receptorů, na které se transmiter váže.
Zde je několik příkladů důležitých neurotransmiterových akcí:
Neurony exprimující určité typy neurotransmiterů někdy tvoří odlišné systémy, kde aktivace systému ovlivňuje velké objemy mozku, tzv. přenos objemu. Mezi hlavní neurotransmiterové systémy patří noradrenalinový (noradrenalinový) systém, dopaminový systém, serotoninový systém a cholinergní systém.
Léky zacílené na neurotransmiter takových systémů ovlivňují celý systém; tato skutečnost vysvětluje složitost působení některých léků. Například kokain blokuje zpětné vychytávání dopaminu zpět do presynaptického neuronu, takže molekuly neurotransmiteru zůstávají v synaptické mezeře déle. Protože dopamin zůstává v synapsi déle, neurotransmiter se nadále váže na receptory na postsynaptickém neuronu, což vyvolává příjemnou emocionální odezvu. Fyzická závislost na kokainu může být důsledkem dlouhodobého působení nadměrného dopaminu v synapsích, což vede k útlumu regulace některých postsynaptických receptorů. Po odeznění účinků léku se člověk může cítit depresivně kvůli snížené pravděpodobnosti vazby neurotransmiteru na receptor. Prozac je selektivní inhibitor zpětného vychytávání serotoninu (SSRI), který blokuje zpětné vychytávání serotoninu presynaptickou buňkou. To zvyšuje množství serotoninu přítomného v synapsi a umožňuje mu tam zůstat déle, čímž zesiluje účinek přirozeně uvolněného serotoninu. AMPT zabraňuje konverzi tyrosinu na L-DOPA, prekurzor dopaminu; reserpin zabraňuje ukládání dopaminu ve váčcích; a deprenyl inhibuje monoaminooxidázu (MAO)-B, a tím zvyšuje hladiny dopaminu.
Onemocnění mohou postihnout specifické neurotransmiterové systémy. Například Parkinsonova choroba souvisí alespoň částečně se selháním dopaminergních buněk v hlubokých mozkových jádrech, například v substantia nigra. Levodopa je prekurzorem dopaminu a je nejrozšířenějším lékem k léčbě Parkinsonovy choroby.
Následuje stručné srovnání hlavních neurotransmiterových systémů:
Prekurzory neurotransmiterů
Zatímco příjem prekurzorů neurotransmiterů zvyšuje syntézu neurotransmiterů, důkazy o tom, zda dochází ke zvýšení uvolňování neurotransmiterů (výpalu), jsou smíšené. I při zvýšeném uvolňování neurotransmiterů není jasné, zda to povede k dlouhodobému zvýšení síly signálu neurotransmiterů, protože nervový systém se dokáže přizpůsobit změnám, jako je zvýšená syntéza neurotransmiterů, a proto může udržovat konstantní výpal. Některé neurotransmitery mohou hrát roli v depresi a existují určité důkazy, které naznačují, že příjem prekurzorů těchto neurotransmiterů může být užitečný při léčbě mírné a středně těžké deprese.
L-DOPA, prekurzor dopaminu, který prochází hematoencefalickou bariérou, se používá při léčbě Parkinsonovy nemoci.
U depresivních pacientů, u kterých je nízká aktivita neurotransmiteru norepinefrinu prokázána, existuje jen málo důkazů o přínosu podání prekurzoru neurotransmiteru. L-fenylalanin a L-tyrosin jsou prekurzory dopaminu, norepinefrinu a epinefrinu. Tyto konverze vyžadují vitamín B6, vitamín C a S-adenosylmethionin. Několik studií naznačuje potenciální antidepresivní účinky L-fenylalaninu a L-tyrosinu, ale v této oblasti existuje velký prostor pro další výzkum.
Podávání L-tryptofanu, prekurzoru serotoninu, zdvojnásobuje produkci serotoninu v mozku. V léčbě mírné a středně těžké deprese je výrazně účinnější než placebo. Tato konverze vyžaduje vitamín C. 5-hydroxytryptofan (5-HTP), také prekurzor serotoninu, je také účinnější než placebo.
Degradace a eliminace
Neurotransmiter musí být odbourán, jakmile se dostane do postsynaptické buňky, aby se zabránilo další excitační nebo inhibiční transdukci signálu. Například acetylcholin (ACh), excitační neurotransmiter, je odbouráván acetylcholinesterázou (AChE). Cholin je vychytáván a recyklován pre-synaptickým neuronem, aby se syntetizovalo více ACh.
Jiné neurotransmitery, jako je dopamin, jsou schopny difundovat mimo své cílové synaptické spoje a jsou vylučovány z těla ledvinami, nebo zničeny v játrech. Každý neurotransmiter má velmi specifické cesty odbourávání v regulačních bodech, které mohou být cílem vlastního regulačního systému těla nebo rekreačních drog.
Affektivní neurověda ·
Behaviorální neurologie ·
Behaviorální genetika ·
Behaviorální neurověda ·
Rozhraní mozek-počítač ·
Chronobiologie ·
Klinická neurofyziologie ·
Klinická neurověda ·
Kognitivní neurověda ·
Výpočetní neurověda ·
Connectomics ·
Vzdělávací neurověda ·
Vývoj nervových systémů ·
Imaging genetics ·
Integrační neurověda ·
Molekulární buněčné poznání ·
Neurální vývoj ·
Neurální inženýrství ·
Neurální síť (umělá i biologická) ·
Neuroanatomie ·
Neurobioengineering ·
Neurobiologie ·
Neurobiotika ·
Neurokardiologie ·
Neurochemie ·
Neurochip ·
Neurodegeneration ·
Neurodevelopmentální poruchy ·
Neurodiversita ·
Neuroekonomika ·
Neuroembryologie ·
Neuroendokrinologie ·
Neuroepidemiologie ·
Neuroethika ·
Neuroethologie ·
Neurogastroenterologie ·
Neurogenetika ·
Neuroimaging ·
Neuroimunologie ·
Neuroinformatika ·
Neurointenzivní péče ·
Neurolinguistika ·
Neurologie ·
Neurometrie ·
Neuromodulace ·
Neuromonitoring ·
Neurooncology ·
Neurooftalmologie ·
Neuropatologie ·
Neuropharmakologie ·
Neurofilosofie ·
Neurofyzika ·
Neurofyziologie ·
Neuroplasticita ·
Neuroprostetika ·
Neuropsychiatrie ·
Neuropsychologie ·
Neuroradiologie ·
Neuroregenerace ·
Neurorehabilitace ·
Neurorobotika ·
Neurochirurgie ·
Neurotechnologie ·
Neurotologie ·
Neurotoxin ·
Neurotransmitter ·
Neurovirologie ·
Psychiatrie ·
Smyslová neurověda ·
Sociální neurověda ·
Systémová neurověda
Alanin · Aspartát · Cykloserin · DMG · GABA · Glutamát · Glycin · Hypotaurin · Kyselina kynurnová (Transtorin) · NAAG (Kyselina spaglumová) · NMG (Sarkosin) · Serin · Taurin · TMG (Betain)
2-AG · 2-AGE (Noladin ether) · AEA (Anandamid) · NADA · OAE (Virodhamin) · Oleodhamid ·PEA (Palmitoylethanolamid) ·RVD-Hpα ·Hp (Hemopressin)
Oxid uhelnatý · Sirovodík · Oxid dusnatý · Oxid dusnatý
Dopamin · Epinefrin (Adrenalin) · Melatonin · NAS (Normelatonin) · Norepinefrin (Noradrenalin) · Serotonin (5-HT)
Adenosin · ADP · AMP · ATP
3-ITA · 5-MeO-DMT · Bufotenin · DMT · NMT · Chobotamin · Fenethylamin · Synefrin · Thyronamin · Tryptamin · Tyramin
1,4-BD · Acetylcholin · GBL · GHB · Histamin
anat(h/r/t/c/b/l/s/a)/phys(r)/devp/prot/nttr/nttm/ntrp
noco/auto/cong/tumr, sysi/epon, injr
Ligand – Buněčné signalizační sítě – Signální transdukce – Apoptóza – Druhý komunikační systém (signalizace Ca2+, signalizace Lipid)
Parakrin – autokrin – Juxtacrin – Neurotransmitery – endokrin (neuroendokrin)
Receptor (Transmembrána, Intracelulární) – transkripční faktor (Obecný, Preiniciační komplex, TFIID, TFIIH) – protein adaptéru
Bazální optické jádro Meynertu – Hippocampus
Mezokortikální dráha – Mezokortikální dráha
Pars compacta -> Nigrostriatální dráha -> Striatum
Tuberoinfundibulární cesta
Thalamus – Subthalamické jádro – Globus pallidus