СИНАПТИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬСИНАПТИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ

Цикл лекцийМеханизмы долговременной синаптической

пластичностиКафедра нейродинамики и нейробиологии ННГУ

Мухина И.В.Нижний Новгород, 2008

Синаптическая пластичностьСинаптическая пластичностьПластичность

взрослого мозга

Синаптическая пластичность

Кратковременная(секунды, минуты)

Долговременная(часы, дни)

Системная пластичность

Долговременнаяпотенциация (ДВП или LTP)

(часы, дни)

Долговременная депрессия(ДВД или LTD)

(часы, дни)Гомосинаптическая Ассоциативная

Ассоциативная

Гомосинаптическая

Гетеросинаптическая

Длительные изменения в синаптической передаче

Основной причиной является изменение концентрации Основной причиной является изменение концентрации внутриклеточного внутриклеточного кальция в постсинаптической клетке.кальция в постсинаптической клетке.

Ритмичная активация синапсов

Долговременная потенциация (LTP)

УВЕЛИЧЕНИЕ АМПЛИТУДЫ ПОСТСИНАПТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА

Долговременная депрессия (LTD)

!

Долговременная потенциацияДолговременная потенциацияLLong TTerm PPotentiation

• Впервые была описана Блисс, Ломо в 1973 году в глутаматэргических синапсах гиппокампа.

Классификация:• Гомосинаптическая• Ассоциативная (гетеросинаптическая) - ассоциированная по времени слабая

стимуляция двух входов эффективнее раздельной стимуляции.

А –тетаническая стимуляция слабого входа не приводит к LTP;В – тетаническая стимуляция сильного входа приводит к LTP;С – одновременная стимуляция обоих путей приводит к LTP даже в слабом входе.

Гомосинаптическаядолговременная потенциация

LTP в гиппокампе анестезированного кролика (по Bliss and Lomo, 1973). Синаптические ответы на стимуляцию перфорантного пути в гранулярных клетках зубчатой фасции.

Короткие тетанусы (15/с длительностью 10 с) наносятся в моменты, отмеченные стрелками. Каждый тетанус сопровождается увеличением амплитуды(серые точки) синаптических ответов в течение многих часов. Черными точками отмечены ответы тех же самых клеток, но не получавших тетаническое раздражение.

Механизмы индукции Механизмы индукции LTPLTPУвеличение количества кальция в постсинаптической клетке:

• Через NMDA рецепторы. Вход Са зависит от величины деполяризции, достаточной для снятия Mg блока в NMDA –зависимых каналах (объяснение ассоциативной LTP);

• Через внутриклеточные депо кальция;• Через потенциалзависимые кальциевые каналы.

Механизмы проявленияМеханизмы проявления LTPLTP

• Пресинаптический (выделяется больше квантов); • Постсинаптический (больший ответ на каждый квант).

Опосредованы изменениями в постсинаптической мембране

Пресинаптическое проявление LTP в ответ на активацию метаботропных постсинаптических рецепторов (фасилитация) предполагает наличие ретроградного посредника в синапсе (например, NO).

•Включение молчащих синапсов;•Увеличение количества постсинаптических рецепторов

Постсинаптический механизм индукции Постсинаптический механизм индукции LTPLTP

Включение молчащих синапсов

Увеличение количества постсинаптичексих рецепторов

Светлые цвет постсинаптических рецепторов – АМРА рецепторы, черный цвет – NMDA.

Пресинаптический механизм индукции Пресинаптический механизм индукции LTPLTP

Эндоплазматический ретикулумЭндоплазматический ретикулум

1. Nucleolus2. Nucleus3. Ribosome4. Vesicle5. Rough endoplasmic

reticulum6. Golgi apparatus (or "Golgi

body")7. Cytoskeleton8. Smooth endoplasmic

reticulum9. Mitochondrion10. Vacuole11. Cytoplasm12. Lysosome13. Centriole

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) (лат. reticulum — сеточка) или эндоплазматическая сеть (ЭПС) — внутриклеточный органоид эукариотической клетки, представляющий собой разветвлённую систему из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев.

Впервые эндоплазматический ретикулум был обнаружен американским учёным К. Портером в 1945 году посредством электронной микроскопии.

Выделяют два вида ЭПР:•гранулярный эндоплазматический ретикулум ;•агранулярный (гладкий) эндоплазматический ретикулум (в скелетной мышце называется как саркоплазматический ретикулум (СПР)).

На поверхности гранулярного эндоплазматического ретикулума находится большое количество рибосом, которые отсутствуют на поверхности агранулярного ЭПР.

5. Различные перестройки в клетке, в том числе и морфологические. Структурные изменения

заключаются в росте и ветвлении пресинаптических нервных окончаний, изменении количества

рецепторов на постсинаптической мембране, образовании новых синапсов.

1. Длительная ритмическая активация

пресинаптического окончания

2. Активация глутаматных NMDA-рецепторов, которые открываются при деполяризации мембраны и

пропускают ионы Са в клетку

3. Повышение внутриклеточной концентрации ионов Са

4. Активация внутриклеточных протеинкиназ (кальций-кальмодулинзависимые киназы – СаМКII, цАМФ-

зависимая протеин-киназа и др.) и фосфорилировании определенных белков

Долговременная депрессияДолговременная депрессияLLong TTerm DDepressionepression

• Гомосинаптическая• Гетеросинаптическая

• Ассоциативная

• Гомосинаптическая депрессия Гомосинаптическая депрессия – длительная депрессия синаптической передачи, вызванная предшествующей ритмической активностью этого же входа.

Причины Причины на постсинаптическом уровне: •NMDA лутаматные рецепторы;•Метаботропные глутаматные рецепторы;•Деполяризация ;•Повышение внутриклеточного кальция

Долговременная депрессияДолговременная депрессия• Гетеросинаптическая депрессия Гетеросинаптическая депрессия – длительная депрессия синаптической передачи, вызванная

предшествующей ритмической активностью в другом афферентном входе этой же клетки .

• Ассоциативная депрессия Ассоциативная депрессия – длительная депрессия синаптической передачи в слабом входе, вызванная предшествующей совпадающей по времени сильной и слабой ритмической активностью в двух входах этой же клетки .

Причины Причины на постсинаптическом уровне: •NMDA лутаматные рецепторы;•Метаботропные глутаматные рецепторы;•Деполяризация ;•Повышение внутриклеточного кальция;•Потенциалзависимые Са-каналы L-типа.

Причины Причины на постсинаптическом уровне: •NMDA лутаматные рецепторы;•Метаботропные глутаматные рецепторы;•Деполяризация ;•Повышение внутриклеточного кальция;•Потенциалзависимые Са-каналы L-типа.

Долговременная депрессияДолговременная депрессия

Индукция Индукция LTDLTDОтносительно большая концентрация внутриклеточного кальция вызывает LTD,Меньшая концентрация вызывает LTP

LTP отсутствует в нокаутных мышах по гену СаМКII;LTP блокируется постсинаптическим введением блокаторов протеин-киназы С.

Для индукции LTP необходима одновременная активация метаботропных и АМРА рецепторов.

В некоторых работах показана роль NO в индукции LTP.

Проявление Проявление LTDLTD Уменьшение постсинаптической чувствительности к глутамату;

Уменьшение амплитуды миниатюрных ВПСП;

Уменьшение количества АМРА рецепторов;•Признаки пресинаптического механизма – уменьшение амплитуды ВПСП сопровождается увеличением фасилитации на парный импульс;•Изменяется выброс медиатора из пресинаптического окончания.