Prof. Dr. Kéri Szabolcs SZTE ÁOK, Élettani Intézet, 2018

Hasonló dokumentumok
Neurotranszmisszió. Prof. Dr. Kéri Szabolcs. SZTE ÁOK, Élettani Intézet, Miért fontos a szinapszisokkal foglalkozni?

Az idegsejtek kommunikációja. a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció

a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció. Szinaptikus jelátvitel.

Gyógyszerészeti neurobiológia. Idegélettan

A somatomotoros rendszer

Egy idegsejt működése. a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál

A sejtek közöti kommunikáció formái. BsC II. Sejtélettani alapok Dr. Fodor János

a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál. Nyugalmi potenciál. 3 tényező határozza meg:

A kémiai szinapszis (alapok)

Pszichiátriai zavarok neurobiológiai alapjai

Sejt - kölcsönhatások az idegrendszerben

Szignáltranszdukció Mediátorok (elsődleges hírvivők) az információ kémiailag kódolt

Prof. Dr. Kéri Szabolcs SZTE ÁOK, Élettani Intézet 2018

IONCSATORNÁK. I. Szelektivitás és kapuzás. III. Szabályozás enzimek és alegységek által. IV. Akciós potenciál és szinaptikus átvitel

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Egy idegsejt működése

Jelzőmolekulák, receptorok és jelátvitel SZIGNÁLTRANSZDUKCIÓ

Kommunikáció. Sejtek közötti kommunikáció

IDEGSZÖVET 1. neuronok felépítése, típusai, végszervei 2. gliasejtek típusai és funkciója

1. Mi jellemző a connexin fehérjékre?

A sejtmembrán szabályozó szerepe fiziológiás körülmények között és kóros állapotokban

Interneurális kommunikáció

Sejt - kölcsönhatások. az idegrendszerben és az immunrendszerben

Szinaptikus folyamatok

Jelzőmolekulák, receptorok és jelátvitel SZIGNÁLTRANSZDUKCIÓ

AZ IDEGSZÖVET Halasy Katalin

Az idegi működés strukturális és sejtes alapjai

9. előadás Sejtek közötti kommunikáció

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

A sejtek membránpotenciálja (MP)

Nemszinaptikus receptorok és szubmikronos Ca2+ válaszok: A két-foton lézermikroszkópia felhasználása a farmakológiai vizsgálatokra.

Az idegrendszer és a hormonális rednszer szabályozó működése

Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Az ioncsatorna fehérjék szerkezete, működése és szabályozása. A patch-clamp technika

Jellegzetességek, specialitások

Limbikus rendszer Tanulás, memória

S-2. Jelátviteli mechanizmusok

Sejtek közötti kommunikáció

Intracelluláris és intercelluláris kommunikáció

Receptorok, szignáltranszdukció jelátviteli mechanizmusok

2. A jelutak komponensei. 1. Egy tipikus jelösvény sémája 2. Ligandok 3. Receptorok 4. Intracelluláris jelfehérjék

III./2.2.: Pathologiai jellemzők, etiológia. III./2.2.1.: Anatómiai alapok

A magatartás szabályozása A vegetatív idegrendszer

Jelutak. 2. A jelutak komponensei Egy tipikus jelösvény sémája. 2. Ligandok 3. Receptorok 4. Intracelluláris jelfehérjék

Kolin-acetiltranszferáz

Neurobiology. Introduction to neurosciences for Cognitive MSs.

Tartalomjegyzék TARTALOMJEGYZÉK

Az idegrendszeri alapműködése, felépítése

A pályázat célul tűzte ki a gerincvelői nociceptív ingerületfeldolgozást végző érző és a gerincvelői szintű motoros működéseket irányító mozgató

A tanulási és emlékezési zavarok pathofiziológiája. Szeged,

Jegyzőkönyv. dr. Kozsurek Márk. A CART peptid a gerincvelői szintű nociceptív információfeldolgozásban szerepet játszó neuronális hálózatokban

Sejtek közötti kommunikáció

Ca 2+ Transients in Astrocyte Fine Processes Occur Via Ca 2+ Influx in the Adult Mouse Hippocampus

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Az agy betegségeinek molekuláris biológiája. 1. Prion betegség 2. Trinukleotid ripít betegségek 3. ALS 4. Parkinson kór 5.

II. félév, 8. ANATÓMIA elıadás JGYTFK, Testnevelési és Sporttudományi Intézet. Idegrendszer SYSTEMA NERVOSUM

A jel-molekulák útja változó hosszúságú lehet. A jelátvitel. hírvivő molekula (messenger) elektromos formában kódolt információ

Ioncsatorna szerkezetek

Szinapszis, szinaptogenezis

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Receptor felépítése. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

A sejtek közötti kommunikáció módjai és mechanizmusa. kommunikáció a szomszédos vagy a távoli sejtek között intracellulári jelátviteli folyamatok

Vezikuláris transzport

CzB Élettan: a sejt

Elemi idegi működések, az idegrendszer felépítése és működésének alapjai

Asztroglia Ca 2+ szignál szerepe az Alzheimer kórban FAZEKAS CSILLA LEA NOVEMBER

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Inger Modalitás Receptortípus. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

FEJEZETEK AZ ÉLETTAN TANTÁRGYBÓL

Új szignalizációs utak a prodromális fázisban. Oláh Zita

Speciális működésű sejtek

Érzékszervi receptorok

Az ingerületi folyamat sejtélettani alapjai

4. Egy szarkomer sematikus rajza látható az alanti ábrán. Aktív kontrakció esetén mely távolságok csökkenése lesz észlelhető? (3)

A mentális zavarok neurobiológiai alapjai

SZERVRENDSZER TOXIKOLÓGIA

AZ IDEGRENDSZER PLASZTICITÁSA TANULÁS. EMLÉKEZÉS (memória)

Idegrendszer egyedfejlődése. Az idegszövet jellemzése

Idegsejtek közötti kommunikáció

Az érzékelés biofizikájának alapjai. Érzékelési folyamat szereplői. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Neurofiziológia I. Schlett Katalin Élettani és Neurobiológiai Tanszék. tel: 8380 mellék

Membránpotenciál, akciós potenciál

Vazokonstrikciót kiváltó tényezők hatása a neurovaszkuláris kapcsolatra

Farmakodinámia. - Szerkezetfüggő és szerkezettől független gyógyszerhatás. - Receptorok és felosztásuk

AZ IDEGSEJTEK KÖZTI SZINAPTIKUS KOMMUNIKÁCIÓ Hájos Norbert. Összefoglaló

A simaizmok szerkezete

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Inger Modalitás Receptortípus. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

IONCSATORNÁK. Osztályozás töltéshordozók szerint: pozitív töltésű ion: Na+, K+, Ca2+ negatív töltésű ion: Cl-, HCO3-

Droghasználat korai és késői hatásainak észlelése különböző pszichiátriai rendszerekben

Élettan írásbeli vizsga (PPKE BTK pszichológia BA); 2014/2015 II. félév

Szignalizáció - jelátvitel

Az alvás biológiája. Lőrincz Magor

A sejtek közötti közvetett (indirekt) kapcsolatok

A MONOAMIN TRANSZPORTEREK FUNKCIONÁLIS SAJÁTSÁGAI: DEPRESSZIÓVAL KAPCSOLATOS KLINIKAI VONATKOZÁSOK

Receptorok és szignalizációs mechanizmusok

Dr. Lendvai Balázs Preszinaptikus moduláció megfigyelése 2-foton képalkotással A téma címe:.. A kutatás időtartama: Témavezető neve:..

AsztroGlia - neuron interakció

Sejtek közötti kommunikáció:

A membránpotenciál. A membránpotenciál mérése

Átírás:

Neurotranszmisszió Prof. Dr. Kéri Szabolcs SZTE ÁOK, Élettani Intézet, 2018

Miért fontos a szinapszisokkal foglalkozni? Szinaptopátia: olyan idegrendszert érintő betegségek, amelyekben a szinapszisok zavara elsődleges fontosságú

Kulcspontok 1. A szinapszis fogalma, osztályozása 2. Jelátvitel a szinapszisokban 3. A neurotranszmitterek fogalma és osztályozása 4. A jelentősebb transzmitterrendszerek szerveződése és funkciója 5. Nem konvencionális transzmisszió: axon-glia kapcsolat, retrográd szignalizáció és volumentranszmisszió

1. A szinapszis fogalma, osztályozása

A szinapszisok definíciója és osztályozása Szinapszis: Az axonok nem folytatólagosak, csak érintkeznek a dendritekkel vagy a neuronok sejttestével. A neuronokat összekötő kapcsolódási pontokat hívjuk szinapszisoknak. A. KÉMIAI (neurotranszmitter - receptor) B. ELEKTROMOS (gap junction = réskapcsolat) I. A kapcsolódás típusa alapján: Axodendritikus Axosomaticus Axoaxonális Axomyelinitikus II. A transzmitter típusa és funkciója alapján: 1. Excitatoros (Gray I: aszimmetrikus, glutamát, szferikus vezikulák) 2. Inhibitoros (Gray II: szimmetrikus, GABA, ovális vezikulák) 3. Modulátoros (monoaminok, kis dense core vezikulák) 4. Peptid (nagy dense core vezikulák)

Tiszta vezikulák Spine (tüske) Dense core vezikulák Axospinosus szinapszis Dendrit Shaft szinapszis Gray I Aszimmetrikus Glutamát Gray II Szimmetrikus GABA Sejttest Axon Axodendritikus Axoaxonális Posztszinaptikus denzitás Posztszinaptikus (PSD) denzitás (PSD) Axosomaticus

A szinapszisok molekuláris diverzitása

2. Jelátvitel a szinapszisokban

Az elektromos szinapszis jellemzői, összehasonlítás a kémiai szinapszissal ELEKTROMOS Connexon pórus (6 connexin hemichannel) Kis molekulák passzív, kétirányú diffúziója Gyors: minimális szinaptikus késés Neuronaktivitás szinkronizálása Gliahálózatok Másodlagos hírvivők átjuttatása (camp) KÉMIAI Nincs póruskapcsolat a membránok között (transzmitter és receptor kell) Szinaptikus késés: 1-1,5 ms Egyirányú (pre posztszinaptikus) (DE: retrográd transzmisszió)

A kémiai neurotranszmisszió időben egymást követő folyamatai ASTROGLIA: háromosztatú - tripartite - szinapszis része 1. 10. 11. Gliasejt 9. 8. 2. 3. 7. 4. 5. 6. 1. Vezikulában tárolt transzmitter 2. Akciós potenciál eléri a preszinaptikus terminált 3. Feszültségfüggő kalciumcsatornák megnyílása 4. Kalcium beáramlása 5. Kalcium hatására vezikulafúzió 6. Transzmitter felszabadulása a szinaptikus résbe 7. Transzmitter kötődése a posztszinaptikus membrán receptoraihoz 8. Ioncsatorna megnyílása/másodlagos hírvivő aktivációja 9. A posztszinaptikus áram excitatoros vagy inhibitoros posztszinaptikus potenciált (EPSP, IPSP) okoz 10. Neurotranszmitter eltávolítása a szinaptikus résből (glia, preszinaptikus visszavétel, enzimatikus lebontás) 11. A vezikula leválása a preszinaptikus membránról (recirkuláció)

1. Vezikula dokkolása aktív zóna A preszinaptikus vezikulák fúziójának mechanizmusa 2. SNARE-komplex kialakulása 3. Kalciumsynaptotagmin kötés 4. Membránfúzió, pórus létrejötte Vezikulafúzióban fontos proteinek: Vezikuláris: synaptobrevin, synaptotagmin Preszinaptikus membrán: SNAP-25, syntaxin Botulinum toxin (BOTOX) és tetanus toxin: preszinaptikus proteinek degradációja N-típusú feszültségérzékeny preszinaptikus kalciumcsatornák (omega-konotoxin gátolja) Kvantált transzmitterfelszabadulás (1 vezikula transzmittermennyisége = 1 kvantum) Szinaptikus potenciáció: magas frekvenciájú preszinaptikus akciós potenciálok fokozott válasz Kalcium-kalmodulin dependens protein kináz II synapsin: új vezikulák dokkolása SNARE = SNAP Receptor (Soluble NSF [N-ethymaleimide-sensitive factor] Attachment Protein Receptor)

A lokális potenciálok ionális háttere: posztszinaptikus potenciálok Depolarizáció Serkentő transzmitter Elektrotónusos terjedés Klorid/kálium csatorna Posztszinaptikus neuron Gátló transzmitter Hiperpolarizáció Elektrotónusos áramok Axondomb EPSP + IPSP összegződése EPSP (excitatoros posztszinaptikus potenciál) A posztszinaptikus membrán lokális, gradált depolarizációja Na + vagy Ca 2+ beáramlása a posztszinaptikus terminálba Serkentő transzmitterek: glutamát, acetilkolin IPSP (inhibitoros posztszinaptikus potenciál) A posztszinaptikus membrán lokális, gradált hiperpolarizációja Cl - beáramlása (GABA-A receptor) vagy K + kiáramlása Gátló transzmitterek: GABA, glicin

Térbeli (spatialis) szummáció: számos dendrit egyidejű elektrotónusos depolarizációja (EPSP 1-3) eljut a sejttestre és összegződik az axondombon küszöb elérése, akciós potenciál az axonon (AP A ) Időbeli (temporalis) szummáció: az időben egymást követő, nem lecsengő EPSP-k összeadódnak küszöb elérése, akciós potenciál az axonon (AP A ) Akciós potenciál Akciós potenciál Összegzett EPSP Depolarizáló áramok Depolarizáló áramok Összegzett EPSP

A primer szenzoros neuron Dorsalis szarv Receptor Spinalis ganglion Receptorsejtek, idegvégződés: gradált receptorpotenciál Szinapszis Sejttest Perifériás nyúlvány (dendron) Sejttest: - ganglion spinale - agyidegek érződúcai (pl. Gasser-dúc) Centrális nyúlvány Axon Axonterminális (gerincvelő dorsalis szarv) Transzmitterfelszabadulás: glutamát, aszpartát, SP/CGRP, egyéb peptidek, NO

Extracellularis tér A receptorpotenciál ionális háttere Szenzoros idegvégződés Mechanoszenzitív kationcsatornák a szenzoros idegvégződésnél Intracellularis tér Küszöb Ioncsatornák zárva Membránfeszülés, ioncsatornák nyílnak Gyenge inger Közepes inger Erős inger Receptor potenciál Receptor potenciál Receptor potenciál Akciós potenciál Receptorpotenciál: az inger erősségét követő, fokozatos (gradált), lokális, dekrementummal terjedő depolarizáció küszöb elérése akciós potenciál

3. A neurotranszmitterek fogalma és osztályozása

A klasszikus neurotranszmitterek jellemzői Jelen van a preszinaptikus terminálban Preszinaptikus depolarizáció hatására kalcium-függő úton felszabadul Specifikus receptorok jelen vannak a posztszinaptikus membránban Specifikus mechanizmusok terminálják a hatását (reuptake transzporter a preszinaptikus membránban, lebontó enzim, glia) Dale-elv: a neuron minden axonvégződéséből ugyanaz a transzmitter szabadul fel Kotranszmitter: nagyfrekvenciájú ingerlés alatt felszabaduló peptidek, elnyújtott EPSP acetilkolin - vasoactive intestinal polypeptide (VIP) noradrenalin - neuropeptid Y (NPY) glutamát - substance P (SP)/calcitonin-gene related peptide (CGRP)

A neurotranszmitterek osztályozása 1. Acetilkolin 2. Aminosavak (glutamát, glicin, GABA) 3. Biogén aminok (dopamin, noradrenalin, adrenalin, hisztamin, szerotonin) 4. Peptidek (endogén opiátok [endorfinok, enkefalinok, dinorfinok], SP, CGRP, VIP) 5. Gázok (NO, CO, H 2 S) 6. Lipidek (endocannabinoidok, prosztaglandinok) 7. Purinszármazékok (adensoin, ADP, ATP).

A neurotranszmitter-receptorok osztályozása: ionotróp és metabotróp receptorok Ionotróp: ligandfüggő ioncsatorna Metabotróp: G-proteinhez kapcsolt receptor 1. Transzmitter kötődése Szinaptikus rés 1. Transzmitter kötődése 2. Csatorna nyílása 5. Ion beáramlása Posztszinaptikus 4. Ioncsatorna megnyílása 3. Ion beáramlása a posztszinaptikus részbe 2. G-protein aktiválódása 3. G-protein alegység vagy messenger modulálja az ioncsatornát

4. A jelentősebb transzmitterrendszerek szerveződése és funkciója

Transzmitter Sejttest helye Receptorok Funkció Acetilkolin N. basalis Meynerti Vegetatív neuronok Motoros véglemez Glutamát Neocortex piramissejtjei (legelterjedtebb transzmitter) GABA (gammaamino-vajsav) Acetilkolin és az aminosav transzmitterek Neocortex interneuronjai Purkinje-sejtek (cerebellum) Striatum Ionotróp: nikotinos Metabotróp: muszkarinos (M1-M4) Ionotróp: NMDA, AMPA, kainát Metabotróp: mglur1- R8 Ionotróp: GABA-A/C Metabotróp: GABA-B Figyelem, memória Szimpatikus preganglionaris Paraszimpatikus pre- /postganglionaris Általános excitatoros transzmitter Tanulás, plaszticitás Neurodegeneráció Általános inhibitoros transzmitter Kérgi oszcillációk Szorongás, vigilitás Glicin Gerincvelő Agytörzs Ionotróp: GlyR Gerincvelő gátló transzmittere

Transzmitter Sejttest helye Receptorok Funkció Noradrenalin Locus coeruleus Szimpatikus postganglionaris neuronok Dopamin Substantia nigra (pars compacta) Ventralis tegmentalis area Metabotróp: Alfa 1-2 Béta 1-3 Szerotonin Raphe magcsoport Metabotróp: 5-HT1-7 (5-HT3 kivételével) Ionotróp: 5-HT3 Hisztamin N. tuberomammalis (posterior hypothalamus) Biogén aminok (monoaminok) Figyelem, vigilitás, szorongás (alarm reakció) Szimpatikus vegetatív hatás Metabotróp: D1-D5 Jutalom, motiváció Mozgásszabályozás Magasabb kognitív működések Metabotróp: H1-4 Ionotróp: HisCl (histamine-gated chloride channel) Érzelmi funkciók Alvás, étvágy Neuroendokrin funkciók Alvás-ébrenlét, vigilitás Étvágy

Az agytörzsi monoaminerg rendszerek funkcionális szerveződése Funkció: jel/zaj arány növelése a glutamáterg/gaba-erg szinapszisoknál Thal/BG DA Limbikus Cortex Három fő célpont: 1. Thalamus/basalis ganglionok: vigilitás, mozgásszabályozás 2. Limbikus rendszer (hippocampus, amygdala): memória, érzelmek 3. Prefrontalis cortex: magasabb szintű kogníció Dopaminerg neuronok: hisztológia és PET 5HT szerotonin, NE noradrenalin, DA dopamin Thal/BG thalamus/basalis ganglion

Agytörzsi monoaminerg központok vizualizálása emberben (neuromelanin-szenzitív MRI) DOPAMIN Substantia nigra Ventralis tegmentalis area (VTA) NORADRENALIN Locus coeruleus

Néhány kiemelt neurotranszmitter keletkezése, inaktivációs mechanizmusa és receptorai 1. A glutamát GABA rendszer Glutamin Glutamát Glia Glutamin Glutamát Glükóz glutamin glutamát GABA Glutamát dekarboxiláz (GAD) + B6 vitamin GABA szukcinát, gamma-hidroxibutirát (GHB) Reuptake elimináció univerzális mechanizmusa konvencionális transzmittereknél: Preszinaptikus: Na + -hoz kapcsolt másodlagos aktív szimport Vezikulába bejutás: H + -hoz kapcsolt másodlagos aktív antiport

Reuptake: Monoaminok Acetilkolin GABA Glutamát

A glutamát-gaba rendszer legfontosabb ionotróp receptorai Benzodiazepin GABA GABA Glutamát Glicin Inhalációs anesztetikumok Etanol Gátló, klorid-ioncsatorna Serkentő, nem szelektív kationcsatorna NMDA N-metil-D-aszpartát

2. Acetilkolin és a katekolaminok (noradrenalin, adrenalin, dopamin) 3. Szerotonin Keletkezés: triptofán 5-hidroxi-triptofán 5-hidroxi-triptamin Elimináció: reuptake (SERT szerotonin transzporter), Monoamino-Oxidáz-A (MAO-A) bontja le (fő metabolit: 5-hidroxi-indolacetát) 4. Hisztamin Keletkezés: hisztidin hisztamin Elimináció: Szinaptikus Hisztamin-N-Metiltranszferáz

Neurotranszmitter-receptorok jelátviteli útjai Ionotróp receptor Kation Nikotinos acetilkolin Glutamát: NMDA, AMPA Szerotonin: 5-HT3 Anion (klorid) GABA-A/C GlyR HisCl Metabotróp receptor camp (Gs) Noradrenalin: béta1-3 Dopamin: D1,D5 Hisztamin: H2 5-HT4-7 camp (Gi) Noradrenalin: alfa2 Acetilkolin: M2 Dopamin: D2 GABA-B mglu 5-HT1 IP3/DAG (Gq) M1 Alfa1 mglu H1 5-HT2 cgmp NO

5. Nem konvencionális transzmisszió: axon-glia kapcsolat, retrográd szignalizáció és volumentranszmisszió

Az intraneuronalis (axonalis) transzportfolyamatok Szinapszis Sejttest Axon KINESIN: anterográd transzport Szinaptikus alkotók (pl. vezikulák) Peptidtranszmitterek Citoszkeleton alkotói DYNEIN: retrográd transzport Degradációs maradványok Neurotrofikus szignálok Neuroinvazív vírusok (pl. herpes simplex) Mikrotubulushoz kapcsolódó fehérjék (pl. tau) neurodegeneráció (pl. Alzheimer-kór)

Axomyelinitikus szinapszis Oligodendroglia Axon AMPA NMDA

Klasszikus és retrográd neurotranszmisszió 1. CB1 receptor: endokannabinoid (EC) szignál (anandamid, 2-arachidonoilglicerol) 2. NGF (nerve growth factor): retrográd trofikus szignál Klasszikus Endokannabinoid NO Retrográd NGF 3. NO (nitrogén monoxid) L-Arginin - citrullin átalakulás NO-szintáz (NOS1) hatására cgmp protein kináz G indukciója S-nitroziláció (poszttranszlációs modifikáció, pl. cisztein) NMDA-moduláció Direkt hatás a DNS-re Szabadgyök

Nem szinaptikus neurotranszmisszió: volumentranszmisszió Neurotranszmitter A és B diffúzióval eljut és hat a saját szinapszisától (1) távoli helyeken, ha van receptora (2-es nyíl) Extraszinaptikus receptorok, gyógyszerek hatása Példa: dopamin (DA) hatása a prefrontalis cortexben, (magasabb szintű kognitív működés és a motiváció/figyelem kapcsolata)