Kommunikáció Sejtek közötti kommunikáció soksejtűekben elengedhetetlen összehangolni a sejtek működését direkt és indirekt kommunikáció direkt kommunikáció: rés-illeszkedés (gap junction) 6 connexin = 1 connexon; 2 connexon = 1 pórus pórusátmérő 1,5 nm, kis szerves molekulák (1500 Ms) (IP3, camp, peptidek) is átjutnak ingerlékeny sejteknél elektromos szinapszis a neve (gerinctelenek, szívizom, simaizom, stb.) gyors és biztos átvitel - menekülő reakcióknál gyakori: Aplysia tintalövelő sejtek, Mauthner sejt inputja, rák potroh csapás, stb. az összekapcsolt sejtek ingerküszöbe magas 1
Indirekt kommunikáció kémiai anyag - jel - közvetítésével történik jeladó - jel - csatorna - jelfogó vannak specializált jeladók (ideg-, mirigysejt), de más sejteknél is gyakori a jelkibocsátás (pl. fehérvérsejt) a jel kémiai természete sokféle lehet: biogén aminok: katekolaminok (NA, Adr, DA), indolaminok (5-HT), imidazol (hisztamin), észterek (ACh), stb. aminosavak: glu, asp, tiroxin, GABA, glicin, stb. kis peptidek, fehérjék nukleotidok és származékaik: ATP, adenozin, stb. szteránvázas vegyületek: nemi hormonok, mellékvesekéreg hormonok, stb. Csatorna szerinti osztályozás a csatorna szerinti a legalapvetőbb osztályozás neurokrin a jeladó idegsejt a csatorna a szinaptikus rés - 20-40 nm csak a posztszinaptikus sejthez jut el (fülbesúgás) a jel mediátor, vagy neurotranszmitter parakrin (autokrin) a jeladó sokféle sejt lehet a csatorna a szövetközti tér közelben lévő sejtekhez jut el (beszéd társaságban) a jelet nevezik szöveti hormonnak is endokrin a jeladó mirigysejt, vagy idegsejt (neuroendokrin) a csatorna a véráram a szervezet minden sejtjéhez eljut (rádió, TV) a jelet hormonnak nevezik 2
A jelfogók típusai hidrofil jelek esetén a jelfogó a membránban hidrofóboknál a plazmában előbbi meglévő fehérjék működésére hat, utóbbi új fehérjék szintézisét befolyásolja a membránreceptor internalizálódhat és lehet plazmareceptora is membránreceptorok: ioncsatorna receptor (ligandfüggő csatornák) ideg-, és izomsejteken - gyors neurotranszmisszió ionotróp receptoroknak is nevezik G-fehérjéhez kapcsolódó receptor - legelterjedtebb idegsejteken metabotróp receptornak nevezik lassabb hatás - effektor fehérje, másodlagos hírvivő katalitikus, pl. tirozin kináz - növekedési faktorok használják - foszforilációt okoz tirozin aminosavon Neurokrin kommunikáció I. Otto Loewi 1921 - Vagus-Stoff békaszív + vagus ideg preparátum - ingerlés a szivet lassítja, az oldat egy másik szívhez adva szintén lassít kémiai neurotranszmisszió első demonstrációja később: ideg-izom áttevődés - hiedelem: ACh az általános serkentő transzmitter, ionotróp, Na + -K + vegyes csatornán át (< 1 ms) később: gátló transzmitterek Cl - csatornán át még később: lassú transzmisszió (több 100 ms), G-fehérje mechanizmussal neuromodulátor ha parakrin módon is hat egy idegvégződés egy transzmittert szabadít fel, és az egy adott hatással rendelkezik - Dale-elv ma: kismolekula + peptid együtt lehetséges 3
Neurokrin kommunikáció II. gyors szinapszis - például az izom véglemez, kurare - dél-amerikai nyílméreg hatóanyaga mint kutatási eszköz ált. agonisták és antagonisták igen fontosak megfordulási v. reverzál potenciál - milyen ion EPSP = excitatory synaptic potential IPSP = inhibitory synaptic potential hatás a gradienstől függ - pl. Cl - Cl - csatorna nyitása akkor is lehet gátló, ha nem okoz hiperpolarizációt - membrán söntölés preszinaptikus vs. posztszinaptikus gátlás a transzmitter felszabadulása kvantált: Katz (1952) - miniatür véglemez potenciálok - Ca++ hiány esetén, ingerlésre is ennek n-szerese kb. 10.000 ACh molekula - 1 vezikulum hatás eliminációja Az idegsejt integratív funkciója a jeltovábbítás során gradált és mindenvagy-semmi elektromos jelek és kémiai jelek váltogatják egymást a KIR-ben az idegsejt integrálja a hatásokat térbeli szummáció, lásd térállandó előjel, távolság az eredési dombtól fontos szempont időbeli szummáció, lásd időállandó az eredő potenciál nagysága frekvenciakóddal továbbítva - időbeli szummációt okozhat kolokalizált transzmitterek leadása - bonyolult kölcsönhatás lehet 4
Plasztikusság a szinapszisban a tanulás, a memória alapja a neuronális plasztikusság plasztikusság kell a speciális mozgások (pl. borotválkozás, tenisz, stb.) tanulásához szokások kialakulása is plasztikusságon alapul egyedfejlődés során is szükség van rá, egyes kapcsolatok megszűnnek alapja mindig a posztszinaptikus sejtből jövő visszajelzés kifejlett élőlényben: szinaptikus hatékonyság változása D.O. Hebb posztulátuma (1949) minden izgalmi szinapszis hatékonysága nő, ha a szinapszis aktivitása konzisztens, és pozitív módon korrelál a posztszinaptikus sejt aktivitásával 5
A hatékonyságnövekedés módjai preszinaptikus és posztszinaptikus mechanizmus lehetséges utóbbira nézve kevés információ van homoszinaptikus moduláció homoszinaptikus facilitáció béka izom, kuráre AP gátlására gyors ingerpár hatására 100-200 ms hosszú, térbeli szummációt meghaladó növekedés a második EPSP-ben mechanizmusa a Ca ++ növekedés a preszinapszisban poszttetanikus potenciáció béka izom inger sorozattal ingerelve depresszió, majd percekig tartó facilitáció mechanizmusa: a hólyagocskák mind kiürülnek (depresszió), majd helyreállítódnak, miközben a Ca ++ koncentráció még magas Heteroszinaptikus moduláció a transzmitter felszabadulást más szinapszis vagy a keringés által odajuttatott modulátor befolyásolja pl. szerotonin - puhatestűek és gerincesek oktopamin - rovarok NA és GABA - gerincesek idetartozik a preszinaptikus gátlás is serkentő hatású modulációk heteroszinaptikus facilitáció - Aplysia - érző és motoros idegsejt közötti áttevődés fokozódik 5- HT jelenlétében mechanizmus: 5-HT - camp - K S -csatorna záródik - AP hosszabb, több Ca ++ lép be long-term potenciáció - LTP pl. hippokampusz intenzív ingerlésre órákig, napokig, hetekig tartó hatásnövekedés mindig NMDA szerepel 6
G-fehérjéhez kapcsolt hatás ismétlés: jel szerinti osztályozás lipofil jel (szteroid, tiroxin) - plazmareceptor - fehérjeszintézis módosítás lipofób jel (a többi) - membránreceptor - meglévő fehérje módosítása ioncsatorna (ligand-függő) - ionotróp receptor G-fehérjéhez kapcsolódó 7M receptor - metabotróp receptor katalitikus receptor - tirozin kináz, cgmp szintetáz a legelterjedtebb a G-fehérjéhez kötött ligand + receptor = aktivált receptor aktivált receptor + G-fehérje = aktivált G- fehérje (GDP - GTP csere) aktivált G-fehérje - α-alegység disszociál α-alegység - effektor fehérje aktiváció α-alegység - GTP lebontás GDP-vé - hatás vége Effektor fehérjék K + -csatorna - nyitás, vagy csukás másodlagos hírvivőn keresztüli hatás Sutherland 1970 - Nobel-díj - camp rendszer további másodlagos hírvivők felfedezése hatásmechanizmusok: camp IP3 - diacilglicerol Ca ++ egy jel, több lehetséges útvonal egy útvonal, több lehetséges jel jelentőség: jel felerősítése a receptor jelenléte, és milyensége a döntő: pl. szerotonin receptorok 7
Katalitikus receptorok Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-20. 8
Gap junction (rés-illeszkedés) Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-33. Csatorna szerinti felosztás Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 8-1. 9
Gyors és lassú neurotranszmisszió Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-12. A neuromuszkuláris junkció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-13. 10
A neuromuszkuláris véglemez Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-14. A jel eliminációja Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-31,34. 11
Az ingerület terjedése KIR-ben Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-1. AP generálása az axondombon Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-43. 12
Térbeli szummáció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-44. EPSP és IPSP szummációja Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-45. 13
Időbeli szummáció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-46. Frekvenciakód Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-47. 14
Neuromoduláció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-40,41. Homoszinaptikus facilitáció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig.6-48. 15
A facilitáció Ca ++ függése Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-49. Poszttetanikus potenciáció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-50. 16
Heteroszinaptikus facilitáció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-51. Long-term potenciáció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-52. 17
Hatásmód és zsíroldékonyság Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-8. Zsíroldékony jelek hatásmódja Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-9b. 18
Effektor fehérje: K + -csatorna Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-39. Másodlagos hírvivők Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-10. 19
camp szignalizáció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-11. Inozitoltrifoszfát szignalizáció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-14. 20
Ca ++ szignalizáció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-19. A jel sokszorozódása Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 12-33. 21
Szerotonin receptorok Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 1-4. 22