Karl Åkerman Kaj Karlstedt. Synapser

Relevanta dokument
Karl Åkerman Kaj Karlstedt. Synapser

Neuronens Fysiologi 1

Neuronens Fysiologi 3. Jonkanaler Ligand aktiverade

Neuronens Fysiologi 3. Receptorer G-protein kopplade Ligand aktiverade, dvs receptorkanaler

Synapser. ehagglund.se

Membran-Nervcells-fysiologi-II

CNS + Muskler del 1 detta bör ni behärska

Funktionell betydelse av co-lokalisering av transmittorer

Från receptorpotential till aktionspotential

NERVCELLERS RETBARHET OCH FORTLEDNING

Hos ringmaskar består nervsystemet huvudsakligen av nervsträngar med knutpunkter, ganglier.

Nervsystemets utveckling. Hos ringmaskar består nervsystemet huvudsakligen av nervsträngar med knutpunkter, ganglier.

Signaltransduktion och Receptorfarmakologi. Signaltransduktion och Receptorfarmakologi. RTE-Modellen

1. Introduktion. Biopotentialers ursprung

Resultat:... (Cellbiologi:... Immunologi...) Betyg...

Cellbiologi: Intracellulär sortering och cellsignalering

KURSVECKA 2: NERVCELLERS UPPBYGGNAD, AKTIONSPOTENTIAL OCH SYNAPSER

Nervsystemet. Människans fysiologi kap3

Kursbok: The immune system Peter Parham

Resultat:... (Cellbiologi:... Immunologi...) Betyg...

Smak- och luktsinnet. 9 sept 2013

Minnesprocesser på cellulär nivå

Neuronens Fysiologi 2. Spänningskänsliga jonkanaler

Farmakologins ABC. Farmakodynamik Vad läkemedlet gör med kroppen Farmakokinetik Vad kroppen gör med läkemedlet

Fråga 8 18 besvaras och läggs i ett grönt omslag. Istället för lärarens namn på

Farmakologins ABC. disposition

Rekommendationer för inläsning av läroboken Erlanson-Albertsson C och Gullberg U: Cellbiologi, Studentlitteratur 2007

Kapitel Var är vi i kursen???

Nervsystemet. Mikro och makrostruktur, begrepp att bygga på. Mikrostrukturen. Dendriter Mottagande delen. Soma. Axon hilloc Trigger Komponent

Integrerad signaltransduktion

Tentamen NME T2 (datum: 22/ ) maxpoäng (84p)


Intracellulära organeller, proteinmodifiering och transport, endo/exocytos Kap10 + delar av kap 13

Fri kunskap, i sann socialistisk anda

Innehåll. Cellfysiologi och mikrobiologi. Humana cellers storlekar. Cellmembranets uppbyggnad Ambulans- och akutsjukvård

SJSE11 Anatomi, normalfysiologi och patofysiologi I

Inlärning utan övervakning

CELLSIGNALERING CELLSIGNALERING. alla levande celler tar emot och skickar signaler

Tentamen i neuroanatomi R1 Vt_2004 Om utrymmet inte räcker till, var snäll o använd baksidorna. INGA LÖSA LAPPAR. Lycka till nu! Max=26p /C-H.B.

Centrala och perifera nervsystemet. Fråga 1 7, 16p. Endokrina, kardiovaskulära och respirationssystemet. Urinorganens fysiologi. Fråga 8 19, 54p.

5. Transkriptionell reglering OBS! Långsam omställning!

Kognitiv psykologi. Kognition och hjärnan. Hjärnans struktur Neurokognition Kap 2

Introduktion. Introduktion Farmakodynamiska aspekter Farmakokinetiska aspekter Interaktioner

DFM3 Moment 2 Sammanfattning av Firathan Koca VT18

MUSKELFYSIOLOGI detta bör ni behärska

SVARSMALL Tentamen DSM1.3 Läkemedel Kl

Åsa Konradsson-Geuken Karolinska Institutet & Uppsala Universitet

Signaltransduktion. Signalling by the membrane. Fosfatidylinositol och sekundära budbärare CMB

CELLSIGNALERING CELLSIGNALERING. alla levande celler tar emot och skickar signaler

Beteendegenetik. Vårt genetiska kod. Koden överförs vid celldelning. Handlar om hur psykologiska förmågor och möjliga beteenden ärvs i DNA

Klinisk smärtfysiologi

Muskelns Fysiologi. Skelettmuskeln

Medicin A, Medicinsk temakurs 1, 30 högskolepoäng, Tema Respiration-Cirkulation Skriftlig tentamen 24 oktober 2011

Nervsystemet 1. Innehåll. Nervsystemets indelning. Centrala nervsystemet (CNS) Perifera nervsystemet (PNS)

Från cell till individ. Kap 2

Anatomi -fysiologi. Anatomy & Physiology: Kap. 18 The endocrine system (s ) Dick Delbro. Vt-11

Ord. Dugga Där inte annat anges ger svaret 1 poäng, 0.5 poäng kan utdelas.

Neuronen 11/22/2012. Översikt. Artificiell nod. Kommunikation. Neuronen som detektor. Syftet med återstående föreläsningarna

Nervceller och nervsystem 2

Excitotoxicitet. Johan Svensson. Hur, när och varför neuroner exciteras till döds

Cellen. Cellen. Celler. Cellen utgör den minsta strukturella och funktionella enheten i all levande materia. Vår kropp består av ca 70% vatten

Catalina Soler Torres Öl-BUP Västerås

Medicin A, Medicinsk temakurs 1, 30 högskolepoäng Tema Neuro/Rörelse + Sinne/Psyke Skriftlig tentamen 29 november 2011

Inledning. Belöningssystemet dopamin spåren. Purple Haze; excuse me while I kiss the sky (Jimi Hendrix)

Kodnummer: 1) Beskriv processerna som sker i replikationsgaffel (eng. replication fork)? (3)

Nobelpriset i fysiologi eller medicin år James E. Rothman, Randy W. Schekman

Cellen och vävnader. Innehåll. Cellernas storlekar SJSE11 Människan: biologi och hälsa

Förläsningens innehåll. Cellsignalering och signaltransduktion. Cellsignalering

Cellen och vävnader. Innehåll. Kursmål SJSE11 Människan: biologi och hälsa

Cellbiologi. Cellens delar (organeller)

OBS! Det är VIKTIGT ATT SVAREN SORTERAS RÄTT. Det kan annars bli FEL VID RÄTTNING och FEL VID SCANNING.

Cellbiologi. Cellens delar (organeller)

Nobelpriset i fysiologi eller medicin 2013

Biologiska membran Kap 10 fig10-1, 15, 18, 19 & med tillhörande beskrivningar. Övrigt är repetition.

Övningstentafrågor i Biokemi, Basåret VT 2012

bild sidan 454 purves.

Tentamen Medicin, Fysiologi, 7,5hp. Kurskod: MC021G, MC1411 Provkod: 0500 Kursansvarig: Per Odencrants Examinator: Eva Oskarsson

Cellen och vävnader. Innehåll. Kursmål SJSF11 Människan: biologi och hälsa

Biologiskt perspektiv

Tema 1: Kanaler och nervfunktion (10 p)

Kod... Biomedicin HT 2008 T3. Sluttenta Neurobiologi med farmakologi 15 hp (3MU131)

Akut och långvarig smärta (MF)

Kod... Sluttenta Medicinsk neurobiologi med farmakologi 10p (3MY017)

Omtentamen: Medicin A, Fysiologi med anatomi och immunologi 15hp. Kurskod: MC1032. Kursansvarig: Gabriella Eliason.

Tentamen Medicin, avancerad nivå, Fysiologi och anatomi 7,5hp. Kurskod: MC2016. Kursansvarig: Per Odencrants

Maria Nyström Jessica Leander Louise Danielsson. G-proteinet Ras. 3 juni Handledare: Hans Eklund

Från cell till individ. Kap 2

KOMMENTARER TILL KAPITEL 9 OCH KAPITEL 16

Cellbiologi. Maria Ankarcrona Nov

Så påverkas studentens hjärna av alkohol, rökning och andra droger

De olika typer av T celler är specialiserade på att identifiera och bekämpa patogen på olika sätt.

1. Kombinera följande transportmekanismer med rätt påståenden. Skriv siffrorna 1 6 i tabellen nedan. (3 p) Påståenden

Varför är Ca 2+ -kanalbockerare selektiva? Effekt på hjärtat men inte på muskelceller

Svarsmall ordinarie sluttentamen DFM3 Nervsystemet den 26 mars 2010

Neural bas för kognition

Vad menas med att mäta biopotentialer. Bioelektriska signaler. Sammanfattning I. Sammanfattning I. Vilka är de?

Analys av signalsubstanser i hjärnan

Transkript:

Karl Åkerman Kaj Karlstedt Synapser

Kontaktpunkten mellan två nervceller nervändan eller terminalen av axonen från en cell tar kontakt med en annan cell Den viktigaste enheten i nervsystemets signalering synapser finns främst på dendriter på synapsen verkar de flesta kända psyko- eller neuroaktiva läkemedlen Synapsen

Synapsen Synapsens uppbyggnad Presynaptisk nervterminal innehållande synaptiska vesikler Synaptisk klyfta mellan pre-och postsynaptisk membranerna Postsynaptisk membran med receptorer Inne i nerveterminalen finns mitokondrier som producerarar ATP som behövs för transmitter frisättningen

Synapsens uppbyggnad Mitokondrie Microtubuli Synaptiska vesikler Synapsklyfta Dendritknöl

Synapsen

Axonal transport Synapsens komponenter syntetiseras i cellkroppen och transporteras till nervterminalen längs axonen med såkallad axonal transport - Anterograd transport Axon

Axonal transport Retrograd transport från terminalen till cellkroppen har betydelse tex vid upptag av neurotropa virus som förökar sig i cellkärnan Axon

Presynaptiska skeenden- TRANSMITTERFRISÄTTNING Sker med exocytos När Ca 2+ halten ökar i nervterminalen sker fusion av vesiklar innehållande transmittor med plasma membranen och transmittorn kommer ut i synapsklyftan N och P-typs Ca 2+ kanaler frisätter transmittor i den såkallade aktiva zonen vid synapsspringan L-kanaler i periferin frisätter vissa peptider L- VGCC Ca 2+ N/P VGCC Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+

Exocytos Synaptiska vesiklar i en nervterminal R Gq PLC Ca 2+

Exocytos + + + + Aktionspotentialer R Gq PLC Ca 2+

Exocytos Invaderar nervterminalen + + + + R Gq PLC Ca 2+

Exocytos + + + N/P eller Q typs Ca 2+ kanaler aktiveras Ca 2+ flödar in i terminalen Ca 2+ halten inne i terminalen ökar R Gq PLC Ca 2+

Exocytos De synaptiska vesiklerna fusionerar med plasma membranen + + + R Gq PLC Ca 2+

Exocytos Neurotransmittern som förvarats i vesiklerna frisätts i synapsklyftan + + + R Gq PLC Ca 2+

Exocytos + + + Neurotransmittern binds till postsynaptiska receptorer R Gq PLC Ca 2+

Exocytos + + + EPSP och eventuellt nya aktionspotentialer initieras R Gq PLC Ca 2+

Endocytos Efter frisättning tas vesikelmembranen åter upp och fylls med ny transmitter R Gq PLC Ca 2+

Olika typer av synapser Neuromuskulär junktion -förgrenade Centrala snabba -tex. glutamat En passage boutonsvaricoser -transmittern frisätts i omgivningen

Olika typer av synapser Excitatorisk Typ I Inhibitorisk Typ II Axo-axonal

I samtliga orsakar aktionspotentialer en ökning i Ca 2+ Olika typer av synapser

Synaptiska vesikler Olika typer av transmittorer förvaras i olika typer av vesikler. Mekanismen för frisättning verka dock vara densamma

Synaptiska vesikler Den synaptiska vesikeln är en organell som har helt specialiserat sig på att förvara transmittersubstanser. Organellens membran innehåller dessutom ett helt maskineri av proteiner som delvis behövs för anrikning av transmittorer in i vesiken och delvis för fusion av vesikeln under exocytosprocessen.

Fusionen Exocytosens fusionskede är en komplicerad process som involverar en mängd proteiner i vesikel- och plasma membranen. Det bildas först ett såkallat fusionskomplex av vesikelns och plasma membranens komponenter Komplexbildningen kräver ATP

Proteinkomponenenter i vesikelmembranen och plasmamembranen behövs för exocytos

Synaptiska vesikulära membranproteiner Synaptobrevin väsentlig del av fusionskomplexet Synaptofysin medverkar vid attraktion till plasmamembranet rab3 litet GTP bindande protein som har med reupptaget av vesikelmembranet att göra Synaptotagmim Ca 2+ sensor som sätter igång sekretionen Synapser- Synaptofysin färgning

Synaptiska vesikulära membranproteiner Synaptobrevin väsentlig del av fusionskomplexet Synaptofysin medverkar vid attraktion till plasmamembranet rab3 litet GTP bindande protein som har med reupptaget av vesikelmembranet att göra Synaptotagmim Ca 2+ sensor som sätter igång sekretionen

Synaptiska vesikulära membranproteiner Synaptobrevin väsentlig del av fusionskomplexet Synaptofysin medverkar vid attraktion till plasmamembranet rab3 litet GTP bindande protein som har med reupptaget av vesikelmembranet att göra Synaptotagmim Ca 2+ sensor som sätter igång sekretionen

Plasmamembranproteiner Syntaxin SNAP-25 RIM en del av fusionskomplexet binder synaptobrevin en del av fusionskomplexet binder synaptobrevin binder rab3 och hämmar GDI som hämmar rab3s funktion

Övriga proteiner som behövs för fusionen NSF är ett ATPas som associerar med fusionskomplexet och producerar energi för fusionen SNAP proteiner, munc proteiner tar del I uppbyggandet av fusionskomplexet Rabfilin stimulerar rab3

Fusionskomplexet GTP GDP ATP ADP+P GDI Rab 3 SNAPS Rabfilin NSF SYNAPTOFYSIN MUNC 18, MUNC 13 SYNAPTOBREVIN SNAP-25 SYNTAXIN Ca 2+

Fusionskomplexet tvingar vesikelmembranen in i plasmamembranen

Dynamin avsnör vesikeln tillbaka under endocytosfasen Exo och endocytos Klatrin bildar ett skal runt vesikeln som tas in i terminalen och förlorar sedan skalet

Toxiner som påverkar fusionskomplexet Vissa toxiner från anaeroba bakterier såsom Chlostridium botulinium, som kan orsaka matförgiftning och Chlostridium tetani, som kan förgifta via sår, bryter ner fusionskomplexet och hämmar transmittorfrisättning. Dessa har varit till stor betydels för utredningen av exocytosens molekylärfysiologi. De har också terapeutisk betydelse man injicerar dem för att specifikt blockera vissa nervcentra tex vid kronisk smärta

Botulinium toxin Fusionskomplexet bryts ner

Myotonier orsakar spasticitet membrandefekt tex genetiska störningar i jonkanaler behandling med botulinium toxin Spasticitet torticollis Behandling med botulinum toxin

TRANSMITTORÅTERUPPTAG Plasma membranens Na + gradient är drivande kraften för transporten av transmittorn över membranen in i nervterminalen. Terminalen utnyttjar således Na + gradienten för att anrika transmittorer. Transportörern hämmas av tricykliska antidepressiva såsom amitriptylin när det gäller aminer såsom noradrenalin, serotonin etc.

Åtetupptag av neurotransmittorer i nervterminalen Transmitterupptaget är en tvåstegs process Amintransmittorer tages först upp över plasma membranen genon kotransport med Na + Därefter drivs de in i vesikeln av en protongradient som bildas av vesikelmembranens H + ATPas som pumpar in protoner i vesikel och gör des indre yta positivt laddad.

VESIKELTRANSPORT En ATP förbrukande proton pump gör vesikelinnehållet surt och positivt laddat - transmittorn drivs in i vesikeln antingen med hjälp av : protongradienten ph (protonen går ut och aminen in) eller membranpotentialen E (negativt laddade)

Vesikelupptagsmekanismerna beror på transmitterns laddning transmittor mekanism/ inhibitor drivkraft aminer H+ utbyte reserpin acetylkolin H + utbyte vesamikol glutamat GABA membranpotential membranpotential och H + utbyte

Vesikelupptagsmekanismerna beror på transmitterns laddning

Olika typer av neurotransmittorer Småmolekylära tex acetylkolin, noradrenalin, serotonin, histamin återanvänds Neuropeptider såsom endorfiner, substans P etc syntetiseras i cellkroppen och transporteras till nervterminalen via axonal transport -Deras syntes stimuleras av elektrisk aktivitet

Postsynaptiska skeenden Receptorer på dendriter reagerar på frisatta neurotransmittorer och initierar elektrisk aktivitet

Postsynaptiska skeenden-olika typer av neurotransmitterreceptorer Ionotropa receptorer i hjärnan tex glutamatreceptorer (iglur) och nikotin acetylkolin receptorer (nachr) startar elektrisk signallering G-protein kopplade receptorer tex metabotropa glutamatreceptorer (mglur) samt muskarina acetylkolinreceptorer (machr) upprätthåller en stimulatorisk eller inhibitorisk tonus

Excitation och inhibition kanalen öppnas och Na + flödar in Na+ Na+ Na+ Cl- Cl-Cl- Cl- Cl- Na+ Na+ - - - - - - - - - - -

Excitation och inhibition depolarisering - EPSP Na+ Na+ Cl- Cl-Cl- Cl- Cl- Na+ Na+ +++ Na+

Excitation och inhibition inhibitorisk transmitter frisätts och binds Na+ Na+ Cl- Cl-Cl- Cl- Cl- Na+ Na+ +++ Na+

Excitation och inhibition Cl - kanalen öppnas Na+ Na+ Na+ Cl- Cl-Cl- Cl- Cl- Na+ +++ Na+

Excitation och inhibition Cl - flödar in Na+ +++ Na+ Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Cl- Cl- Cl-

Excitation och inhibition Cl - flödet släcker depolariseringen Na+ Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Cl- Cl- Na+ Cl- +++ - - - -

De summerade Eletrotonisk konduktion EPSPsignalerna överförs passivt till cellkroppen och det initiala axonsegmentet

Framåt och bakåt propagering i dendriter Elektriska signaler i dendriter fortplantar sig inte endast passivt utan två typer av propagering (fortplantning) har påvisats. Propageringen variera från neurontyp till annan och är mycket beroende av neuronens excitationstillstånd dvs dess styrka

Framåt propagering i dendriter Spänningskänsliga Na + /Ca 2+ och K + kanaler samt aktionspotentialer har påvisats i dendriter Kanaltätheten är betydligt lägre än i axonen Tröskelvärdet för aktionspotentialer i dendriter ligger även vi mera positiva potentialer än i axonen Långvariga Ca 2+ beroende aktionspotentialer har upmätts i flera olika typer av dendriter

Bakåtpropagering i dendriter Vid hög aktivitet kommer aktionspotentialer att propageras även baklänges till dendritträdet och inte endast längs axonen till nervterminalen bakåtpropagering anses ha stor betydelse för synapsens integrerande funtioner

Framåt och bakåt propagering i dendriter

Postsynaptiska skeenden-plasticitet -LTP Glutamatreceptorer har en central betydelse i plasticitet dvs långvariga förändringar i synapsfunktionen som induceras av aktivitet. NMDA receptorn behövs för initiering av plasticitet - Receptorn kräver depolarisering för att aktiveras depolariseringen upphäver ett block av kanalen som orsakas av Mg 2+ joner -NMDA receptorn tillåter inflöde av Ca 2+ vilket startar signalvägar -NMDA receptorn moduleras via andra neurotransmittorer glycin behövs för kanalen öppnande samt receptorsn styrs via signaler frå G-protein kopplade receptorer

NMDA receptorn - Mg 2+ blocket depol.

NMDA receptorn kräver altså depolarisering tex via AMPA receptorer för att upphäva Mg 2+ blocket GLUTAMATE ++ NMDAR ++ AMPAR Ca 2+ Na +

Bakåtpropagering anses även kunna upphäva Mg 2+ blocket GLUTAMATE NMDAR + + ++ ++ AMPAR ++++++++ + Ca 2+ Na +

Glycin behövsför att jonkanalen skall kunna aktiveras GLUTAMATE Glycine ++ NMDAR ++ AMPAR Ca 2+ Na +

Receptorkanalen reglerast ytterligare via andra transmittorer som påverkar G-protein kopplade receptorer GLUTAMATE Glycine ++ NMDAR ++ Amine Peptide Ca 2+ Na + G GPCR

LTP=Long Term Potentiation LTP är en förlängd ökning av EPSP i glutamaterga synapser som uppkommer när preoch postsynaptiska neuroner stimuleras på ett särskilt manér. LTP är relaterat till inlärning och minne.

Olika faser vid LTP Induktion Mekanismer som leder till synaptiska förändringar Upprätthållande Mekansismer som leder till bestående förändringar Expression LTP kan observeras några minuter efter induktion I vissa fall krävs dock längre tider upp till 30 min

LTP EPSP EPSP LTP EPSP amplitude LTP protokoll Tid 10 h 10 d

LTP=Long Term Potentiation Den ökade intracellulära Ca 2+ halten vid aktivering av NMDA receptorer anses var en delaktig faktor i triggandet av LTP Upprätthållandet av LTP under långa tider kräver genavskrivning och proteinsyntes.

Ökning i dendritknölars intracellulära Ca 2+ halt och volym vid induktion av LTP

LTP Prolonged depolarisation Mg 2+ -block of the NMDAreceptor released Ca 2+ -influx Prolonged activation of CaMKII (Ca 2+ /calmodulinkinase II) LTP kan initieras med högfrekvens elektrisk stimulering - ofysiologisk Eller samtidig stimulering av pre- och postsynaptisk membran - sannolikt fysiologisk Gene transkription

LTP Cellulära mekaniser Initiala mekanismer Post-synaptisk aktivitet: Depolarisationen krävs för att upphäva Mg blocket eller för att aktivera spännings känsliga Ca 2+ kanaler Pre-synaptisk aktivitet behövs för aktivering av glutamat receptorer Ca 2+ ökningen leder till protein Kinas aktivation Phosphorylering av proteiner involverade i synaptisk transmission (tidig fas) bla AMPA receptorer mrna partiklar styr lokal proteinsyntes Initiation av gene expression (sen fas)

mrna partiklar styr lokal proteinsyntes

Dendritknölars mängd och struktur beror på aktivitet Litet stimulans normal Stimulerande miljö

Dendritknölarna är förändrade i olika typer av mental retardation

Dendritknölarna är förändrade i olika typer av mental retardation FragileX MRX Down syndrom trisomi 21 Patau syndrom trisomi 13 15

Dendritknölarna är förändrade vid epilepsi

LTP Cellulära mekanismer Tre typer NMDA receptor beroende Icke-NMDA receptor beroende Beroende av metabotropa glutamat receptorer Alla beror på en ökning i Ca 2+ i dendritknölar Ca 2+ kelatorer såsom BAPTA, EGTA hämmar LTP Ca 2+ ökningen kan initieras på olika sätt NMDA kanaler Spänningskänsliga Ca 2+ kanaler Ca 2+ frisättning från förråd

LTP vs LTD LTD= long term depression - liksom LTP beroende av intracellulärt Ca 2+ Låg aktivitet = liten Ca 2+ ökning = LTD Hög aktivitet = Stor Ca 2+ ökning = LTP

Ca 2+ och plasticitet Biokemiska Mekanismer liten Ca 2+ ökning aktiverar högaffinitets fosfataser leder till: Dephosforylering av AMPA receptorer vilket leder till liten depolarisering Stor Ca 2+ ökning aktiverar låg affinitets, protein kinases som fosforylerar AMPA receptorer AMPA receptorns fosforylering leder till större depolarisering samt insertion av nya AMPA receptorer