Membran-Nervcells-fysiologi-II

Transkript

1 Membran-Nervcells-fysiologi-II Apotekarprogrammet-HT-2014 En kortikal pyramidcell; cellkropp + dendriter Bengt Gustafsson

2 Repetition nervcell-bioelektricitet-jonkanaler (ingår ej i skrivningen) Presynaptisk reglering av frisättningssannolikhet Jonotrop synaptisk transmission; glutamat, GABA Vad bestämmer nervcellers retbarhet intrinsic excitability Metabotrop synaptisk transmission Synaptisk plasticitet -omformbarhet

3 Elektrisk och kemisk transmission Presynaps; frisättning av transmittor när aktionspotential kommer fram Postsynaptisk cell, synaptiska potentialer Aktionspotential triggas Transmittor glutamat GABA noradrenalin acetylkolin dopamin serotonin etc. Fortledning av aktionspotential Presynaps; frisättning av transmittor + 60 mv - 70 mv 1 tusendels sekund

4 I en mänsklig hjärna finns ca 100 miljarder nervceller. Ett nervcellsaxon förgrenar sig och bildar tiotusentals kopplingar, synapser, till andra nervceller. Varje given nervcell mottar tiotusentals synapser från andra nervceller. Hjärnan innehåller alltså mer än tusen biljoner synapser. I en kubikmm hjärna finns ca 1 miljard synapser.

5 Bioelektricitet - joner Extra- och intracellulärvätskan är en utspädd elektrolytlösning, ca 300 mm (jfr H20, 1000 g/liter, ca 50 M). Består främst av natriumjoner (Na+), kaliumjoner (K+), kloridjoner (Cl-), och, intracellulärt, negativt laddade aminosyror, A-. Dessa joner är differentiellt distribuerade extra- och intracellulärt så att extracellulärvätska huvudsakligen består av Na+ och Cl-, och intracellulärvätskan av K+ och A-. Det är flöden av främst Na, K, och Cl -joner över cellmembranet som ligger bakom bioelektricitet. A- kan inte ta sig över cellmembranet

6 Na-K-pump ATP-drivna Na-K-pumpar i cellmembranet ger en aktiv jontransport som skapar och bibehåller en mycket hög intracellulär K+-jonkoncentration och en låg Na+-jonkoncentration, samt tvärtom extracellulärt. Den skapar i sig inte någon membranpotential En avsevärd det (20 30%) av nervcellens ATP åtgår för att driva denna pump

7 Membranpotential Det finns, sett över hela extra + intracellulärvätskan exakt lika många positiva som negativa joner. Endast vid själva membranytan finns ett mycket litet överskott av positiva joner och ett motsvarande underskott precis vid insidan, som ger en membranpotential. Nervcellers elektriska aktivitet, som aktionspotential, synaptiska potentialer, receptorpotentialer, är en variation i storleken av denna membranpotential.

8 Hur skapas då en membranpotential? Membranpotentialen skapas sekundärt för att balansera de annars olika passiva återflödena av främst Na- och K-joner genom jonkanaler i membranet pga av olika antal öppna jonkanaler för dessa joner, dvs olika jonpermeabilitet. I vila är permeabiliteten för kalium hög, och för natrium låg.

9 Elektrokemisk jämvikt - jämviktspotential Vid en membranpotential på -90 mv är det elektrokemisk jämvikt för K-joner Vid en membranpotential på +60 mv är det elektrokemisk jämvikt för Na-joner Jämviktspotential för K = - 90 mv j Jämviktspotential för Na = + 60 mv Högt K+ Lågt K+ Lågt Na+ Högt Na+ mpot = - 90 mv mpot = + 60 mv Jämviktspotential = den membranpotential som balanserar det jonflöde som ges av koncentrationsdifferensen för en jon över membranet.

10 I vila är permeabiliteten för kalium hög, och för natrium låg. Detta gör att membranpotentialen drivs mot ett värde nära jämviktspotentialen för kalium för att få balans mellan det passiva utflödet av kalium och det passiva inflödet av natrium.

11 Jonflöden av natrium och kalium vid vilomembranpotential 70 mv Högt K _ Lågt K + Na Lågt Na Högt Na + Na K K passivt nettoflöde Na aktivt (ATP-drivet) pumpflöde Det skall noteras att jontransport genom jonkanaler mycket snabbare än med en pump. En jonkanal kan släppa igenom ett par joner per µs, medan en pump transporterar ett par joner per ms, dvs ca 1000 ggr långsammare.

12 Genom att då ändra permeabiliteterna för Na och för K (genom att jonkanaler öppnas eller stängs) kan membranpotentialen anta vilket värde som helst mellan - 90 mv och + 60 mv. jämviktspotential - Na vilomembranpotential jämviktspotential - K

13 Vad bestämmer fördelningen av en jon som saknar ATP-driven transport? Hög Clhk _ + Hög Cl- Hög Cl- Låg Cl- Låg Cl- _ + A- Hög Cl- A-, negativt laddade aminosyror som ej kan passera membranet

14 Kalciumjonen Ca2+ Ca-pump 0.1 μm 1-2 mm Ca2+ Ca-pump 1-2 mm Na+ Finns ATP-driven aktiv pumpning + Ca-buffrar i cytoplasman + Na-Ca exchanger

15 Membranpotentialen känslig för ändringar av extracellulärt kalium (kan inträffa t ex vid olika sjukdomstillstånd, eller när man avrättar med giftinjektion (KCl)) Hyperkalemi = ökad extracellulärt kaliumkonc. Hypokalemi = minskad extracellulär kaliumkonc. depolarisering hyperpolarisation T ex extracellulärt K: Na från 4 mm: 145 mm (normalt) till 2 mm: 147 mm (hypokalemi)

16 Hypokalemi effekt på kaliums jämviktspotential och på membranpotential Vid mpot = -70 mv Vid mpot = -70 mv Vid mpot = - 85 mv + _ + + _ 4 mm K+ 150 mm K+ 2 mm K+ 150 mm K mm K+ 150 mm K+ + _ hypokalemi hypokalemi Hypokalemin ger alltså en kraftigt ökad nettoström av kalium ut ur cellen vid en mpot på - 70 mv. Denna ström hyperpolariserar membranet till dess att nettoflödet av kalium är tillbaka till normal nivå, vilket innebär att membranpotentialen går mot ca 85 mv.

17 Men varför kompenseras denna hyperpolarisering inte av ändringen av extracellulärt natrium? Vid mpot = -70 mv Vid mpot = -70 mv mm Na+ 15 mm Na+ + _ mm Na+ _ 15 mm Na+ + Dvs, denna koncentrationsändring för natrium ger praktiskt taget ingen ändring av inflödet av Na vid 70 mv.

18 JONKANALER Selektivitet (t ex för natrium, kalium, klorid eller kalcium) Reglering (t ex spänning, ligander, kalcium, mekanisk deformation)

19 Spänningskänsliga jonkanaler Aktivering = öppning av kanal vid depolarisering De-aktivering =stängning av aktiverad kanal efter repolarisering Inaktivering = stängning av kanal trots bibehållen depolarisering De-inaktivering = återgång av inaktiverad kanal till vanligt de-aktiverat tillstånd efter repolarisering

20 Spänningskänsliga Na och Ca kanaler finns i flera varianter med olika aktiverings och inaktiveringsegenskaper Na-kanal Na-kanal Ca-kanal Ca-kanal Ca-kanal

21 Ny nomenklatur för spänningskänsliga Na och Ca kanaler

22 Ligand-känsliga jonkanaler A = transmitter R = receptor/jonkanal-stängd R* = öppen kanal Desensitisering: kanalen stänger sig vid fortsatt transmittornärvaro (jfr inaktivering) R = desensitiserad receptor/jonkanal-stängd

23 Läck-kanaler Kaliumkanaler som ansvarar för den höga K-permeabiliteten i vila

24 Presynaptisk reglering av frisättningssannolikhet Jonotrop synaptisk transmission; glutamat, GABA Vad bestämmer nervcellers retbarhet intrinsic excitability Metabotrop synaptisk transmission Synaptisk plasticitet -omformbarhet

25 Synaptisk transmission är av två principiellt olika slag. Jonotrop: Transmittor binder direkt till receptor-jonkanal; ofta en lågaffinitetsreceptor Metabotrop : Transmittor binder till G-proteinkopplad receptor, högaffinitetsreceptorer : Finns i två varianter T ex Adenylate cyclase Som ger camp, som sedan kan t. ex aktivera ett protein kinas som sedan kan t ex fosforylera en jonkanal som ändrar dennas funktion.

26 Transmittorfrisättning - mekanismer Finns ett par tusen transmittormolekyler i varje vesikel Presynaps Postsynaps Finns ett par hundra vesiklar i en terminal I en synaps finns vanligen bara 1 aktiv zon där frisättning (exocytos) sker De spänningskänsliga kalciumkanalerna är centrerade i denna aktiva zon.

27 Vesikelkretslopp

28 Synapser är vanligen små och otillförlitliga, men många Effekt av upprepad stimulering av ett axon med en enda synaps på nervcellen som registreras från Glutamatsynaps Helcellsregistrering; voltage clamp från en pyramidcell i hjärnbarken stimuleringsartefakt EPSC (excitatory postsynaptic current) Notera att vissa stimuleringar inte ger något postsynaptiskt svar, Dvs frisättningssannolikheten (p) är klart mindre an 1.

29 Presynaptisk reglering av frisättningssannolikhet Presynapsen är ett målorgan för transmittorsubstanser som frisätts från andra presynapser i närheten. Det presynaptiska membranet innehåller receptorer för många transmittorer. Vilken uppsättning av receptorer en synaps har varierar starkt mellan olika synapser. Transmittor-aktivering av dessa receptorer förändrar frisättningssannolikheten (p). Det finns både jonotropa och metabotropa receptorer som båda binder transmitter med hög affinitet. De jonotropa receptorkanalerna i presynapsen är ofta Ca-permeabla, ger ett Ca-inflöde som faciliterar frisättning De metabotropa ofta direkt G-proteinverkan på de spänningskänsliga Ca-kanalerna, ger ofta minskad frisättning genom hämning av Ca-inflödet

30 Exempel på jonotropt verkande transmittorer på presynapsen glutamatreceptor P2x purinerg (ATP) receptor glutamatreceptor acetylkolinreceptor serotoninreceptor

31 Finns också en retrograd transmission från postsynaps som reglerar presynaptisk frisättningssannolikhet Cannabinoidreceptor (CB1) Endocannabinoider (Anandamid), (2-AG) Bildas postsynaptiskt t ex genom aktivering av metabotropa glutamat- och acetylkolin-receptorer

32 Jonotrop postsynaptisk transmission; glutamat, GABA membran potential membran potential Transmittor för EPSP nästan enbart glutamat Transmittor för IPSP nästan enbart GABA, glycin EPSPer/IPSPer av denna storlek ses enbart vid samtidig stimulering av en population av synapser

33 Postsynaptisk jonotrop synaptisk transmission; förmedlar riktad information mellan nervceller Kortvariga EPSPer och IPSPer som summeras spatialt och temporalt för att aktivera/hämma bildandet av aktionspotentialer i initialsegmentet En kortikal pyramidcell glutamatsynapser.; excitation 2000 GABA synapser; inhibition Megias et al. (2001) Neuroscience, 102:527 Finns i genomsnitt ca 1 miljard synapser/kubik-mm

34 Jonotrop synaptisk transmission; förmedlar riktad information mellan nervceller Kortvariga EPSPer och IPSPer som summeras spatialt och temporalt för att aktivera/hämma bildandet av aktionspotentialer i initialsegmentet Spatial summation Temporal summation

35 Glutamat har flera olika typer av jonotropa receptorer

36 AMPAreceptorerna är makromolekylära komplex med avsevärd variation tillskapad från en pool av fler än 30 olika proteiner AMPAreceptorkanalen är primärt sammansatt av 4 subenheter Finns 8 subenheter att välja från, GluA1-4, där varje GluA har en splicad variant Vanligvis GluA2/GluA3, och GluA1/GluA2 heteromerer. AMPA receptorer sammansatta av olika subenheter har olika egenskaper, t ex olika lång öppningstid när glutamat binder, eller olika grad av desensitisering. Det finns även annat än skillnader än i kinetik. AMPAreceptorer är generellt bara permeabla för Na och K. Men de som saknar GluA2 subenheten har även hög Ca-permeabilitet Förutom dessa kanalbildande GluA1-4 proteiner, ingår t ex the transmembrane AMPAR regulatory proteins (TARPs, g-2, g-3, g-4, g-5, g-7,and g-8), och cornichon homologs 2 (CNIH2) and 3 (CNIH3). Både TARPs och CNIHs påverkar kinetiken genom att förlångsamma deaktivering (stängning) och desensitisering.

37 Cognitive enhancers; AMPAreceptorkanalen som måltavla? AMPAkine: förlångsammar deaktivering och desensitisering av AMPAR-kanalen. Ger därmed kraftigare AMPAR-medierad synaptisk transmission Delayed-match-to-sample test Lynch et al (2011). Pharmacol, Biochem & Behav Kontroll AMPAkine

38 Fältpotentialregistrering i en normal extracellulär lösning visar på enbart AMPAreceptorkanaler i synapsen. Fält-EPSP APV är en NMDAreceptorblockare Registrering av synaptisk aktivitet i hippocampus; en glutamaterg synaps mellan två pyramidceller, s.k. CA3 CA1synapsen.

39 Fältpotentialregistrering i en normal extracellulär lösning visar på enbart AMPAreceptorkanaler i synapsen. Fält-EPSP APV är en NMDAreceptorblockare När Mg-fri lösning används kommer en NMDAreceptormedierad komponent fram NMDA EPSP

40 Intracellulär registrering där mpot är satt till + 30 mv AMPA AMPA EPSPn är snabbare och kortvarigare än NMDA EPSPn NMDA EPSPn kan ha en varaktighet på flera 100 ms, reflekterande en högre affinitet för glutamat till NMDAreceptorn än till AMPAreceptorn. AMPA-kanal Na+/K+ kanal NMDA kanal Na+/K+/Ca2+-kanal

41 NMDA receptorkanalen NMDAkanalen är spänningskänslig beror på en spänningskänslig magnesiumjonblockad Normal extracellulär Mg-jon koncentration Ström - 70 mv 0 mv + 60 mv Mg-fritt medium Magnesiumjonen som propp som kan tryckas ut om membranet depolariseras, eller om preparatet läggs i ett Mg-fritt extracellulärt medium.

42 NMDA-receptorkanalen finns också i många olika former NMDAreceptorkanalen är sammansatt av 4 subenheter GluN1 (finns i flera splicade varianter), GluN2A-D, GluN3A,B. Två GluN1 verkar obligatoriskt, oftast kombinerad med GluN2A Vilken GluN2, GluN3 som är med påverkar t ex EPSPns duration, kanalens spänningskänslighet och dess Ca-permeabilitet. T ex de som innehåller GluN2C, eller 2D, saknar Mg-block, och kan alltså vara partiellt aktiverade av de (låga) nivåer av glutamat som finns ständigt i extracellulär-rummet. dvs, vissa nervceller kan var toniskt depolariserade av glutamat.

43 NMDAreceptorn associativt verktyg för induktion av synaptisk plasticitet Behöver både glutamat (dvs presynaptisk aktivitet) och avsevärd postsynaptisk depolarisering (dvs aktionspotentialsaktivitet i det postsynaptiska neuronet) för att öppna sig. Detta ger då ett Ca-insläpp som triggar igång synaptisk plasticitet. Förstärkning av NMDAreceptor-aktivitet ger bättre inlärning Blockad av NMDAreceptor-aktivitet blockerar vissa former av inlärning. T ex etanol hämmar öppning av kanalen. Också notabelt att blockad av NMDAreceptor-aktivitet kan leda till ett psykotiskt tillstånd med hallucinationer. Finns fall rapporterade som inkommit med psykostillstånd, och visat sig ha utvecklat antikroppar mot NMDAreceptorn.

44 GABA-A-medierad snabb (jonotrop) och GABA-B-medierad långsam (metabotrop) IPSP Kontroll Pertussis toxin - 65 mv - 80 mv mv kloridk anal Notera att medan den tidiga GABA-A receptormedierade IPSPn ( E ) reverserar runt 80 mv och kvarstår efter tillsats av pertussis toxin (G-proteinblockare) är den senare IPSPn ( L ) fortfarande hyperpolariserande vid -78 mv, och blockad av pertussis toxin.

45 Modulering av GABA-A receptorkanalen

46 Vad bestämmer nervcellens retbarhet - intrinsic excitability Finns i nervcellskroppens och dendritmembranet ett antal jonkanaler, mestadels spänningskänsliga och/eller kalciumkänsliga, som reglerar hur lätt den inkommande, mestadels jonotropt medierade, synaptiska strömmen har att generera aktionspotentialer i den postsynaptiska celllen

47 Exempel på en för nervcellen intern mekanism för frekvensreglering När AP sker i nervcellskroppen öppnas spänningskänsliga Ca2+-kanaler, och Ca2+ strömmar in och öppnar upp Ca2+-känsliga K-kanaler som sedan står öppna ms, eller längre, och ger en EHP. Denna EHP kan öka på sig med successiva AP, vilket ger en frekvensminskning, adaptation.

48 Nervceller varierar mycket i sina elektrofysiologiska egenskaper

49 Exempel på spänningskänsliga jonkanaler som producerar inåtgående (depolariserande) respektive utåtgående (hyper- eller re-polariserande) ström med olika kinetik Na-kanal Na-kanal K-kanal K-kanal Ca-kanal Ca-kanal Ca-kanal K-kanal K-kanal Hyperpolariseringsaktiverad jonkanal

50 Påverkan på nervcellsaktivitet av olika typer av jonkanaler

51 Metabotrop synaptisk transmission Acetylkolin (via sin muskarinreceptor), noradrenalin, dopamin, serotonin, histamin, ett stort antal neuropeptider,fungerar som metabotropt verkande transmittorer. Även glutamat och GABA har metabotropa receptorer. G-proteinaktiveringen kan sedan direkt eller indirekt påverka spänningskänsliga, ligandkänsliga, Ca-känsliga jonkanaler genom att t ex modulera deras aktiveringsegenskaper, och/eller påverka genexpression

52 Metabotrop (modulerande) synaptisk transmission exemplifierad med noradrenalin Volymtransmission, dvs transmittorn sprider sig över en större volym innan bindning till receptorn Noradrenerg kärna Nervceller med cellkropp i locus coeruleus med noradrenalin som transmittor har axon som sprider ut sig över stora delar av cortex och som vart och ett bildar hundratusentals en passant synapser

53 Exempel på en metabotrop synaptisk effekt Noradrenalin hämmar, via en metabotrop receptor, EHPn, och faciliterar genom detta nervcellens utgående nervimpulsaktivitet Kontroll Noradrenalin Efter utvaskning av noradrenalin glutamat Glutamat-applikation Ström-injektion ströminjektion EHP EHP EHP

54 Metabotropt inducerad övergång sömn - vakenhet Thalamus = den sista omkopplingskärnan innan sensoriskt inflöde når hjärnbarken Sömn egenrytm i de thalamokortikala neuronen förmedlar ej sensorisk information IPSP

55 Metabotrop effekt av noradrenalin/serotonin/acetylkolin på thalamusceller Omvandlar från burst firing till regular firing (regular firing) Vid 85 mv är T-kanalen de-inaktiverad Ca-kanal Vid 60 mv är T-kanalen inaktiverad Noradrenalin/serotonin/acetylkolin, via metabotropa receptorer, hämmar en läck-kkanal och underlättar öppning av den hyperpolariserings-aktiverade kanalen Ih. Detta depolariserar cellen och motverkar den hyperpolariserande effekten av ipspn. Den lågtröskliga Ca-kanalen (T-kanal) som ligger bakom burst-fyrningen kommer då inte de-inaktiveras, utan förblir inaktiverad.

56 Metabotropa effekter på jonkanaler konvergens från flera transmittorer Noradrenalin Acetylkolin Glutamat mglur

57 Metabotropa effekter på jonkanaler divergens från en transmittor Notera att dessa receptorer kan sitta både pre- och postsynaptiskt Även glutamat har metabotropa receptorer (7 st) kopplade till olika intracellulära 2nd messenger system

58 Adenosin somnogen (sömngivande) ackumuleras under dagen A1-receptor vars aktivering öppnar upp postsynaptiska K-kanaler och hämmar presynaptiska Ca-kanaler Hämmar vakenhetskärnor i hypothalamus/hjärnstam A2-receptorer vars aktivering ger excitatoriska effekter Aktiverar sömnkärnor i hypothalamus Koffein: är en oselektiv adenosinreceptor-antagonist, blockerar ovanstående effekter, och motverkar därmed trötthet/sömnighet

59 Steroidhormoner (t ex cortisol) och nervcellsaktivitet Har jonotropa, metabotropa och gen-relaterade effekter Cortisolhalten varierar (cirkadianskt) under dygnet, vilket innebär att nervcellernas aktivitet, och därmed vår kognitiva kapacitet varierar under dagen. Cortisol

60 Neuromodulation (via metabotropa receptorer)

61 Synaptisk plasticitet - omformbarhet Korttidsplasticitet (facilitering/depression) Homeostatisk plasticitet Långtidsplasticitet (LTP/LTD) Kokain-inducerad plasticitet

62 Extracellulär registrering av aktionspotential eller synaptiska potentialer Är baserad på att fånga upp de strömmar som flyter i extracellulärrummet då det finns en skillnad i membranpotential mellan olika (närliggande) delar av en cell. Då det extracellulära elektriska motståndet är mycket litet (har stor volym) blir det resulterande potentialfallet mycket litet, storleksordning μv till någon mv. Görs vid EKG, EMG och EEG-registreringar

63 Extracellulär trifasisk registrering av aktionspotentialen indifferent elektrod långt borta från nerven Explorerande elektrod

64 Extracellulär registrering av synaptiska potentialer - fältpotentialer synaps - 60 mv pga synaptisk depolarisering Synapser belägna i dendriterna ger en lokal dendritisk depolarisering som driver en ström mot cellkroppen (som depolariserar cellkroppen) som sedan återvänder i extracellulär-rummet. Det potentialfall denna ström ger extracellulärt kan fångas upp som en synaptisk fältpotential, som t ex vid en EEG-registrering.

65 Electrophysiology in brain slices

66 Fältregisteringar från hippocampus Cellkroppsregistrering axon Dendritregistrering

67 Fältregisteringar från hippocampus Cellkroppsregistrering Dendritregistrering Dendritregistrering synaptisk fältpotential Cellkroppsregistrering - populationsspike Axonal volley EPSP populationsspike Tetanus = högfrekvent aktivering Prickad linje: före tetanus Heldragen linje: 10 min efter tetanus

68 Korttidsplasticitet- 10tals ms till någon/några minuter Korttidsplasticitet (av olika slag) hänger oftast samman med en presynaptisk modifikation, med en ändring av sannolikheten för transmittorfrisättning. T ex genom att cytoplasmatiskt Ca 2+ kan vara förhöjt inne i den presynaptiska terminalen en kort tid efter en aktionspotential, kan det nya Ca 2+ som kommer med nästa aktionspotential ha lättare att frisätta transmittor, ledande till en ökad transmittorfrisättning. Korttidsdepression (minskad transmittorfrisättning) å andra sidan har visats sammanhänga med en aktivitetsberoende inaktivering av de spänningskänsliga Ca 2+ -kanalerna och med depletion, en utarmning av vesiklar. Paired-pulse facilitering/depression Frekvenspotentiering/depression Augmentation Post-tetanisk potentiering

69 Homeostatisk plasticitet Med detta menas att nervcellsaktivitet i ett nätverk långsiktigt håller sig stabil på så sätt att en procedur som leder till en ökad nätverksaktivitet (experimentellt t ex partial blockad av synaptisk inhibition) på lång sikt (någon-några dagar) leder till en återställd nätverksaktivitet genom nedreglering av den glutamaterga transmissionen och av nervcellernas retbarhet. Ca 2+ en viktig aktivitets-sensor för att trigga igång denna plasticitet, men även TNFα och prostaglandiner har visats viktiga.

70 Långtidsplasticitet LTP/LTD Neuronalt underlag för inlärning och minne LTP- långtidspotentiering Tet. = tetanus Högfrekvent stimulering Vanligen Hz i < 1 s EPSP amplitud Testfrekvens vanligen Hz

71 LTD- långtidsdepression LTD ges av långvarig lågfrekvent aktivering vanligen 1 Hz i 15 min vanligen

72 Hebb synaps Synapser som är aktiva när den postsynaptiska cellen är aktiv. dvs avfyrar aktionspotentialer, skall förstärkas. Eller, neuron som fire together skall wire together.

73 Effekt av blockad av GABA-Aerg inhibition på induction av LTP Spike aktivitet i cellkroppslagret Prickad linje: före tetanus Heldragen linje: 10 min efter tetanus augmentation

74 LTP induceras inte i närvaro av NMDAR-antagonisten APV

75 Möjliga vägar för NMDAreceptoraktivering att leda till LTP/LTD AMPA och NMDA receptorer samexisterar på samma synaps Presynaptisk expression? Postsynaptisk expression? Kraftig NMDAR-aktivering till kinas-aktivering ger LTP Svag NMDAR-aktivering ger fosfatas-aktivering ger LTD

76 Silent synapses (postsynaptisk AMPA-silence) Helcells-registrering, hippocampal pyramidcell. Svag stimulering (för att aktivera enstaka synapser) ger inget AMPAR-medierat svar vid 70 mv, men ett NMDAR-medierat svar vid + 40 mv.

77 Efter LTP-stimulering (pairing-protokoll) dyker ett AMPA-svar upp, dvs LTP är unsilencing NMDA-svar AMPA-svar + LTP induktion

78 Glutamat-synaps Pre - Synapsklyfta Post -

79 AMPA receptor trafficking - LTP

80 AMPA receptor trafficking - LTD

81 Morfologiska förändringar av en spine i samband med induktion av LTP LTP induction Före LTP 60 min efter LTP induktion

82 Beroende en patologisk form av inlärning? Neuroadaptation theory of drug addiction; drug addiction (beroende) är en form av minne baserat på liknande cellulära och molelylära mekanismer som vanligt minne (rat brain) Prefrontalcortex Hippocampus N. Accumbens VTA Amygdala Glutamaterga synapser till VTA/Accumbens från prefrontalcortex, amygdala, hippocampus

83 Återupptag för monoaminer; måltavla för kokain/amfetamin

84 Kokain inducerar produktion av AMPA-silent synapser och kokain withdrawal triggar unsilencing

85 Men har nu dessa cellulära förlopp någon betydelse för att förstå t ex suget efter kokain efter withdrawal? Man studerade specifikt en glutamaterg projektion från en amygdalakärna till N. Accumbens av tidigare visad betydelse för cue-inducerad drogsökande. Fann efter 45 d withdrawal inga tysta synapser, men resultat som indikerade att dessa synapser blivit o-tystade genom insättande av Ca-permeabla GluA2-saknande AMPAreceptorkanaler. Man tog då steget att in vivo avlägsna dessa AMPARkanaler genom ett specifikt LTD-induktionsprotokoll. Jämförelse med råttor som inte getts detta protokoll visade att denna LTD kraftigt reducerade suget efter kokain. Lee et al. (2013). Nature Neuroscience, vol 16, no 11, 1644-