 |
юБРНюБРНЛЮРХГЮЖХЪюПУХРЕЙРСПЮюЯРПНМНЛХЪюСДХРаХНКНЦХЪаСУЦЮКРЕПХЪбНЕММНЕ ДЕКНцЕМЕРХЙЮцЕНЦПЮТХЪцЕНКНЦХЪцНЯСДЮПЯРБНдНЛдПСЦНЕфСПМЮКХЯРХЙЮ Х ялххГНАПЕРЮРЕКЭЯРБНхМНЯРПЮММШЕ ЪГШЙХхМТНПЛЮРХЙЮхЯЙСЯЯРБНхЯРНПХЪйНЛОЭЧРЕПШйСКХМЮПХЪйСКЭРСПЮкЕЙЯХЙНКНЦХЪкХРЕПЮРСПЮкНЦХЙЮлЮПЙЕРХМЦлЮРЕЛЮРХЙЮлЮЬХМНЯРПНЕМХЕлЕДХЖХМЮлЕМЕДФЛЕМРлЕРЮККШ Х яБЮПЙЮлЕУЮМХЙЮлСГШЙЮмЮЯЕКЕМХЕнАПЮГНБЮМХЕнУПЮМЮ АЕГНОЮЯМНЯРХ ФХГМХнУПЮМЮ рПСДЮоЕДЮЦНЦХЙЮоНКХРХЙЮоПЮБНоПХАНПНЯРПНЕМХЕоПНЦПЮЛЛХПНБЮМХЕоПНХГБНДЯРБНоПНЛШЬКЕММНЯРЭоЯХУНКНЦХЪпЮДХНпЕЦХКХЪяБЪГЭяНЖХНКНЦХЪяОНПРяРЮМДЮПРХГЮЖХЪяРПНХРЕКЭЯРБНрЕУМНКНЦХХрНПЦНБКЪрСПХГЛтХГХЙЮтХГХНКНЦХЪтХКНЯНТХЪтХМЮМЯШуХЛХЪуНГЪИЯРБНжЕММННАПЮГНБЮМХЕвЕПВЕМХЕщЙНКНЦХЪщЙНМНЛЕРПХЙЮщЙНМНЛХЙЮщКЕЙРПНМХЙЮчПХЯОСМДЕМЙЖХЪ
глава 14. Нейромедиаторы в центральной нервной системе
Эта глава посвящена функциональной роли отдельных медиаторов в центральной нервной системе. Важные данные о функции медиаторов можно получить из исследований их распределения в нервной системе, эффектов веществ, влияющих на их синтез, хранение, высвобождение или действие медиаторов, а также из экспериментов, в которых белки, участвующие в этих процессах, изменены с помощью мутаций или технологии нокаута. Такие исследования дают ключ к пониманию биохимических механизмов, лежащих в основе нарушения функции нервной системы, и предлагают новые пути их терапии.
g-аминомасляная кислота (ГАМК) обеспечивает тормозные эффекты в ЦНС с помощью трех классов рецепторов. Наиболее распространенными являются ГАМКА рецепторы. В ответ на действие ГАМК эти рецепторы увеличивают проводимость мембраны для ионов хлора. Активность ΓΑΜΚΑ рецепторов модулируется веществами антиконвульсантами, такими как барбитураты и бензодиазепины. Глутамат является основным возбуждающим медиатором в ЦНС. Он взаимодействует с двумя классами ионотропных рецепторов, различающихся по типу агонистов, которые могут их активировать, и по их относительной проницаемости для кальция. ГАМК и глутамат действуют также на метаботропные рецепторы.
Ацетилхолин действует как медиатор во многих отделах мозга через метаботропные мускариновые рецепторы. Кроме того, активность ЦНС модулируется через никотиновые рецепторы, расположенные в пресинаптической мембране. Базальные ядра переднего мозга осуществляют мощную и диффузную холинергическую иннервацию коры и гиппокампа. В холинергической системе базальных ядер проявляются выраженные дегенеративные изменения при болезни Альцгеймера, хотя это заболевание затрагивает и нейроны, высвобождающие другие медиаторы.
Действуя на ионотропные или метаботропные рецепторы, АТФ является модулятором или непосредственным медиатором синаптической передачи в ЦНС. Аденозин модулирует процессы передачи информации в ЦНС, взаимодействуя с метаботропными рецепторами.
Данные по исследованию болевой чувствительности вызвали значительный интерес к субстанции Ρ и опиоидным пептидам. Субстанция Ρ высвобождается первичными афферентными волокнами, которые отвечают на болевой стимул. Энкефалин, опиоидный пептид, высвобождаемый интернейронами спинного мозга, подавляет болевую чувствительность, блокируя высвобождение субстанции Ρ из окончаний первичных афферентов. Другие опиоидные пептиды действуют в синапсах мозга, изменяя наше восприятие боли. Помимо болевой чувствительности субстанция Ρ и опиоидные пептиды участвуют и в других функциях нервной системы.
Отличительной чертой распределения в ЦНС норадреналина, дофамина, адреналина, серотонина и гистамина является то, что лишь небольшое число нейронов высвобождает эти амины в качестве медиаторов. Однако эти нейроны настолько сильно разветвляются, что каждый нейрон посылает буквально тысячи отростков по всей ЦНС. Такая морфология сочетается с физиологической ролью моноамин-содержащих нейронов в модулировании синаптической активности в различных областях ЦНС, в результате чего они регулируют такие глобальные функции, как внимание, пробуждение, цикл сон-бодрствование и настроение.
Сложность и пластичность синаптических связей в центральной нервной системе создают физический субстрат поведения. Поэтому знание медиаторов, участвующих в функционировании синапса, и механизма их действия является центральным моментом для понимания деятельности мозга. Кроме того, пути синтеза и распада каждого нейромедиатора
Глава 14. Нейромедиаторы в центральной нервной системе 293
|
| Рис. 14.1. Методы идентификации нейромедиаторов в ЦНС Для выявления экспрессии ферментов, участвующих в синтезе или распаде медиаторов в пресинаптическом нейроне, могут быть использованы меченые антитела или нуклеотидные зонды. Сам нейромедиатор может быть обнаружен с помощью гистохимической реакции или с помощью антител к конъюгированной форме медиатора. Специфичный захват радиоактивно меченого медиатора помогает обнаруживать некоторые нейроны. Лиганды или антитела к постсинаптическим рецепторам или нуклеотидные зонды к мРНК рецепторам позволяют установить восприимчивость нейронов к конкретным медиаторам. Fig. 14.1. Methods for Identifying Neurotransmitters in the CNS. Labeled antibodies or nucleotide probes can be used to detect the expression of enzymes involved in synthetic and degradative pathways in the presynaptic neuron. The neurotransmitter itself can be detected by chemical reaction or by antibodies to a conjugated form of the transmitter. Specific uptake of radiolabeled transmitter can identify some neurons. Ligands or antibodies to postsynaptic receptors, or nucleotide probes for receptor mRNA, provide means to identify cells sensitive to a particular transmitter. |
представляют собой потенциальную мишень для фармакологических воздействий, позволяющих корректировать нарушения медиаторного баланса, возникающие при различных заболеваниях. Более широкие возможности для фундаментальных и клинических исследований появляются в связи с наличием большого разнообразия мембранных рецепторов для каждого типа медиаторов, идентифицированных с помощью методов молекулярного клонирования. Однако новые знания, полученные с помощью методов молекулярной генетики, не могут быть использованы без установления принадлежности к определенному классу нейромедиаторов, механизма действия и распределения медиаторов в центральной нервной системе.
Материал этой главы в некоторой степени повторяет информацию, представленную в главах 3 и 13. Здесь, однако, мы хотим обратить ваше внимание на типы нейронов, которые содержат различные медиаторы, и их распределение в центральной нервной системе. Начнем с методов выявления медиаторов, которые используются для картирования распределения нейронов, высвобождающих отдельные медиаторы. Эти методы суммарно представлены на рис. 14.1. Они включают визуализацию медиатора как такового, мечение одного из белков, участвующих в синтезе, действии или деградации медиатора, и выявлении мРНК для этих белков. Идентификация предполагаемых генов позволяет создавать трансгенных животных или использовать антисенс--нуклеотиды (antisense nucleotides) для блокады специфичной мРНК. Безусловно, такая информация дает возможность предлагать новые методы терапевтических воздействий для лечения дефектов центральной нервной системы с помошью методов генной инженерии и переноса генов.
§ 1. Картирование распределения медиаторов
Одним из подходов, используемых для визуализации нейронов, которые высвобождают какие-либо медиаторы в ЦНС, является картирование распределения нейронов с помощью методов гистологии или иммуногистохимии. Флуоресцентный метод Фалька и Хиллярпа1) позволяет метить нейроны, содержащие биогенные амины, такие как дофамин, норадреналин и 5-гидрокситриптамин (5-НТ, известный также как серотонин). После конденсации с формальдегидом каждое из этих веществ при облучении ультрафиолетом начинает испускать свет с характерной длиной волны2) (рис. 14.2). Для небольших молекул нейромедиаторов, таких как ГАМК (g-аминомасляная кислота), 5-НТ, дофамин3) и нейропептиды, были созданы специфичные антитела. Антитела напрямую или через
294 Раздел П. Передача информации в нервной системе
| Рис. 14.2. Визуализация клеток, содержащих биогенные амины, и их терминален с помощью вызванной формальдегидом флюоресценции. (А) Клетки, содержащие норадреналин, в голубом пятне (locus coeruleus) (В) Распределение окончаний клеток голубого пятна в гиппокампе. Fig. 14.2. Visualization of Biogenic Amine-Сопtaining Cells and their terminal arborizations by formaldehydeinduced fluorescence. (A) Norepinephrine-containing cells in the locus coeruleus. (B) The terminal arborizations of locus coeruleus cells in the hippocampus. (From Harik, 1984.) |
промежуточные звенья соединяют с маркерами, которые могут быть обнаружены с использованием световой, флуоресцентной или электронной микроскопии. Методы клонирования кДНК нейропептидов и гибридизации in situ дали дополнительные возможности для идентификации нейронов, которые синтезируют нейропептиды, и для изучения регуляции экспрессии пептидов4).
Альтернативой методам мечения самих медиаторов является создание специфических зондов для обнаружения ферментов, осуществляющих синтез и деградацию медиаторов. Нейроны содержат большое число ферментов, катализирующих синтез тех медиаторов, которые высвобождаются данными нейронами. Например, нейроны, использующие в качестве медиатора ГАМК, имеют высокий уровень фермента декарбоксилазы глутаминовой кислоты. Антитела к этому ферменту были использованы для обнаружения ГАМК-содержащих нейронов5· 6). Антитела к ферменту холинацетилтрансферазе метят холинергические нейроны7), в то время как антитела к тирозингидроксилазе и дофамин-b-гидроксилазе выявляют клетки, высвобождающие дофамин и норадреналин8). Для многих ферментов, участвующих в синтезе нейромедиаторов, была клонирована комплементарная ДНК. Регуляция и локализация мРНК этих ферментов были изучены с использованием метода гибридизации in situ 9). Ферменты, участвующие в распаде медиатора, в меньшей степени подходят для его идентификации. В то же время при определенных условиях ферменты, разрушающие ацетилхолин и ГАМК, могут быть использованы в качестве подходящих маркеров этих медиаторов10)--12).
Химическая природа синапсов может быть также установлена с помощью зондов, распознающих рецепторы на постсинаптических клетках. Например, моноклональные антитела к рецепторам ГАМК были использованы для локализации синапсов, в которых ГАМК, возможно, является медиатором13). С другой стороны, сам медиатор или специфичный агонист или антагонист рецепторов, содержащий радиоактивную метку, может быть использован для обнаружения рецепторов14)--16). Другие методы основаны на механизмах инактивации медиаторов. Например, клетки, которые высвобождают биогенные амины или ГАМК, имеют специфичные системы обратного захвата этих медиаторов. Поэтому при инкубации ткани с радиоактивным норадреналином, дофамином, 5-НТ или ГАМК можно избирательно выделить те нервные терминали, которые высвобождают эти медиаторы.
Быстрое нарастание сведений о генах, кодирующих рецепторы нейромедиаторов, сделало возможным разработку и внедрение экспериментальных стратегий, использующих молекулярно-генетические методы. In situ гибридизация позволяет установить местонахождение мРНК. Полимеразные цепные реакции, осуществляемые обратной транскриптазой (reverse-transcriptase polimerase chain reaction) (RT-PCR) дают возможность амплификации продуктов идентифицированных генов. Эта реакция может быть проведена на небольших фрагментах нервной ткани или даже на единичных изолированных клетках17). Можно также вывести трансгенных животных, у которых необходимый ген, предположительно кодирующий рецептор, удаляют с помощью технологии нокаута (gene "knock
Глава 14. Нейромедиаторы в центральной нервной системе 295
out") или изменяют каким-либо другим способом. Последующее изучение поведения и физиологии таких животных дает информацию о вкладе гена-кандидата в работу синапсов. Эксперименты сходного типа могут быть выполнены и на клетках при введении в них антисенс-олигонуклеотидов в условиях in vitro 18). Наконец, мутации генов, связанных с функциями нейромедиаторов, и имеющие место в естественных условиях у людей или животных, приводят к изменениям поведения, которые позволяют сделать выводы о функциях продуктов, кодируемых этими генами. В случае рецептора для нейромедиатора это могут быть анатомические или функциональные изменения в отделах мозга или даже в отдельных нейронах, чувствительных к этому нейромедиатору.
оНХЯЙ ОН ЯЮИРС: