Гетеросинаптическая модуляция

В некоторых синапсах на выделение медиатора из пресинаптических окончаний под действием ПД влияют естественные нейрогуморальные агенты (нейромедиаторы или нейрогормоны). К этим так называемым модуляторам относятся серотонин (у моллюсков и позвоночных), октопамин (у насекомых), норадреналин и γ–аминомасляная кислота (ГАМК) (у позвоночных).

Кроме того, было показано, что для нервных клеток позвоночных роль модуляторов могут играть некоторые опиаты (например, эндорфин) и эндогенныйопиоидэнкефалин. Полагают, что, когда эти вещества попадают в кровоток или высвобождаются нервными окончаниями вблизи синапса, они в естественных условиях могут модулировать выделение медиатора из пресинаптических окончаний. В случае если они выделяются рядом с пресинаптическим окончанием, говорят о гетеросинаптическом действием, поскольку при этом проведение через синапс изменяется под действием добавочного (третьего) нейрона, из которого выделяется модулятор, изменяющий количество высвобождаемого из пресинаптического окончания медиатора. В качестве уже знакомого нам примера гетеросинаптического влияния можно привести пресинаптическое торможение (разд. 6.6.6), при котором снижается количество выделяемого медиатора. В тех же случаях, когда, напротив, количество медиатора возрастает, говорят о гетеросинаптическом облегчении.

В работах по исследованию механизма синаптической модуляции были получены данные о том, что модуляторы влияют на количество ионов кальция, входящее в нервные окончания в ответ на ПД. Часто синаптические модуляторы не вызывают непосредственно открывание (или закрывание) каких–либо каналов. В типичном случае они влияют (т.е. оказывают модулирующее действие) на реакцию каких–то каналов на другие агенты. Так, модуляторы, как правило, увеличивают или снижают ток, текущий через популяцию пресинаптических каналов, активируемых потенциалом действия. В обычном случае этот механизм опосредуется системой внутриклеточных посредников, влияющих на ионные каналы. Что же касается «классических» медиаторов, то они являются своего рода химическими стимуляторами, непосредственно вызывающими открывание мембранных каналов.

Лучше всего изучена гетеросинаптическая модуляция в синапсах брюхоногого моллюска морского зайца, или аплизии (Aplysiacalifornica) (см. рис. 8–4). Это животное широко используется в опытах по изучению пластичности нервных структур. Эрик Кэндел и его сотрудники обнаружили, что проведение возбуждения между некоторыми идентифицированными нейронами ЦНС аплизии усиливается в ходе сенситизации (разд. 8.8). Это усиление оказалось обусловленным гетеросинаптическим облегчением выделения медиатора под действием модулятора, высвобождаемого в области синапса (рис. 6–45, А, Б). Полагают, что этот модулятор влияет на пресинаптические окончания путем повышения концентрации в них внутриклеточного посредника – циклического аденозин–3',5'–монофосфата (сАМР, разд. 9.2.1). Показано, что этот посредник влияет на открывание особого калиевого канала – так называемого канала S. Конкретный механизм заключается в том, что при повышении уровня сАМР в пресинаптическом нейроне эти каналы закрываются и вероятность их открывания при данном значении мембранного потенциала снижается (рис. 6–45, В). Поскольку же калий, выходящий через S–канал, по–видимому, участвует в фазе реполяризации ПД, закрывание этих каналов приведет к «удлинению» потенциала действия в пресинаптическом окончании, и в результате через потенциалзависимые кальциевые каналы в это окончание входит больше ионов Са2+ (рис. 6–45, Г). Считается, что такое опосредованное увеличение времени входа Са2+ служит основной причиной повышения количества высвобождаемого медиатора при гетеросинаптическом облегчении в данном синапсе.

Рис. 6.45. Гетеросинаптическое облегчение у аплизии. А. Схема нейронных связей, благодаря которым проведение в возбуждающем синапсе между сенсорным нейроном (СН) и мотонейроном (МН) модулируется третьим, облегчающим интернейроном (ОИ). Б. ПД, возникающий в сенсорном нейроне (верхние кривые), вызывает возбуждающий постсинаптический потенциал в мотонейроне (нижние кривые). При возбуждении облегчающего интернейрона длительность ПД в сенсорном нейроне увеличивается и наступает облегчение проведения, о чем свидетельствует повышенная реакция мотонейрона. (Kandelelal., 1983.) В. После введения в сенсорные нейроны сАМР активность калиевых S–каналов (регистрируемая методом локальной фиксации на сенсорном нейроне) снижается. Г. Полагают, что модулятор, выделяющийся облегчающим интернейроном, связывается с рецепторами на сенсорном нейроне, и это приводит к повышению содержания в этом нейроне с AMР. В результате этого снижается число калиевых S–каналов, открывающихся в ответ на потенциал действия, и ПД удлиняется. При этом кальциевые каналы в окончаниях чувствительных нейронов остаются открытыми в течение более продолжительного времени и, следовательно, приток Са2+ в эти окончания увеличивается. Это и приводит к облегчению проведения.