--- source: Gabriels anteckningar lecture: Nervcellsfysiologi del 2 block: 1 --- # Nervcellsfysiologi del 2 Nervcellsfysiologi, del 2 - ​ Glutamatsynapser är en excitatorisk synaps som ökar sannolikheten för ap - EPSP – Excitatory postsynaptic potential - ​ Skillnaden i mp efter excitationen - ​ T.ex -70 mV → -65 mV motsvarar EPSP på +5 mV - Glutamatsynapser har receptorer AMPA och NMDA - ​ GABA synapser är inhibitoriska - IPSP – Inhibitory postsynaptic potential - GABAA- och GABAB receptorer. - ​ Pyramidceller domineras av glutamatsynapser, med högst densitet vid dendritic spine. - ​ Presynaps - Glutamat och GABA finns i vesiklar vid axonterminalen (presynapsen) och frisätts vid utlöst ap. - ​ På vesiklarnas membran finns ATP-drivna pumpar som pumpar in transmittorsubstanser (t.ex glutamat,GABA) från cytosolen. - Vesiklarna dockar (förankras vid membranet via SNARE-proteinkomplex) i det presynaptiska membranet. - ​ Via SNARE-proteiner - ​ V-SNARE på vesikeln (synaptobrevin) och t-SNARE på membranet (SNAP25, syntaxin) - Efter dockning kommer priming - ​ SNARE-proteinerna tvinnar ihop - ​ Vesikeln är nu redo på att skjutas iväg! - Aktionspotential - ​ Utlöst ap orsakar att Ca2+-kanaler öppnas och Ca2+ flödar in. - ​ Vesiklarna har Ca2+-receptorer (synaptotagmin) vilket stimulerar vesikeln att fusera, exocytos. - Överskottsmembran endocyteras tillbaka till presynaptiska membranet och nya vesiklar kan fyllas på med TS och återbildas, dockas, primas och fusera vid utlöst ap. - ​ Synapsklyftan – området mellan axonterminalen och mottagar-receptor - 20 nm klyftan - Vesikeln har 40 nm diameter, innehåller ca 5000 molekyler - Vid exocytos frisätts signalsubstanser som diffunderar över till receptorerna pga lokalt hög konc → viktigt då ![[image-aaa734361f4d.png|211x192]] ![[image-0fb970310490.png]] ![[image-f53c59698360.png]] receptorerna har låg affinitet för transmittorerna (därmed behövs hög konc. för att få effekt.) - Pga låg affinitet når de flesta molekylerna inte fram, ksk ca 50 bara. - Astrocyterna har upptagningstransportörer för glutamat och GABA - ​ Utifrån Na/K gradient (sekundär aktiv transport utnyttjas), återupptas signalmolekylerna som inte nått receptorerna tillbaka in i cellen. - ​ Glutamat görs om till glutamin och transporteras tillbaka till presynapsen. - ​ Alltså återanvänds signalsubstanser och membranöverskott ständigt → låga glutamat & GABA nivåer i hjärnan. - Laktat - ​ Astrocyter producerar laktat som biprodukt av glykolysen. - ​ Nervcellerna driver ej anaerob metabolism, därmed utnyttjas laktat (från astrocyter och även muskler) som energisubstrat - ​ → Bra förutsättning för plasticitet (inlärning) som är energikrävande (positiv effekt av träning). Frågor 1.​ Vad är skillnaden mellan glutamat- och GABA synapser, vad menas med EPSP/IPSP och vilka receptorer har respektive synaps? 2.​ Beskriv hur vesiklarna vid presynapsen förbereds och fusioneras. 3.​ Hur frisätts neurotransmittor från presynapsen och hur når de receptorerna? 4.​ Hur säkerställer nervcellen tillräckligt med membran och neurotransmittorer för kontinuerlig frisättning vid många synapser? Postsynaps - ​ Synapserna är små, enskilda synapser har litet inflytande och måste drf samarbeta (plasticitet) för att få effekt. - ​ Styrkan på synaptisk signalering bestäms utifrån tre faktorer - Synaptisk styrka ≈ n⋅p⋅q - n = antal frisättningsställen - ​ I varje frisättningsställe kan det frisättas en vesikel. I hjärnbarken är det oftast 1, i nervsystemet finns specialfall med 100. - p = frisättningssannolikhet - ​ Sannolikheten att en aktionspotential orsakar frisättning av en vesikel. - ​ Denna siffra varierar mellan synapser och även pga modulering/plasticitet men är vanligtvis liten (10-20%). - ​ → ap kan därför vara opålitlig - q = kvantal storlek - ​ Storlek på postsynaptisk respons efter frisättning av en vesikel. - ​ Vilket beror på antal receptorer och antal transmittorer. - ​ Reverseringspotential - Alla jonkanaler har en reverseringspotential. - En potential som jonkanalen driver membranpotentialen mot. - Den potentialen där nettoflödet av involverade joner är noll. - ​ Oftast motsvarar jämviktspotential - Na-kanalen får samma som jämviktspotential - ​ Reverseringspotential = jämviktspotential = +60 mV - K-kanalen får samma som jämviktspotential - ​ Reverseringspotential = jämviktspotential = -100 mV - Jonkanaler med NMDA-receptor får dock inte samma! - ​ Permeabel för flera joner (Na/K/Ca) → jämviktspotentialen blir en sammanvägning av involverade joners jämviktspotential och hur permeabel jonkanalen är för varje jon. - ​ Desensitisering för ligandstyrda jonkanaler - Liknar inaktivering hos spänningsstyrda jonkanaler! - Ligandstyrda jonkanaler stängs en kort stund efter aktivering trots att liganden fortfarande binder till receptorn → desensitisering. - Stängd - Öppen - Desensitiserad. Frågor 1.​ Förklara ekvationen för synaptisk signaleringsstyrka och förklara involverade variabler. 2.​ Vad menas med reverseringspotential och varför är det inte samma som jämviktspotentialen? 3.​ Vilken mekanism hos ligandstyrda jonkanaler motsvarar inaktivering hos spänningsstyrda jonkanaler? Glutamatsynaps - ​ Två huvudtyper av jonotropa receptorer (receptorer som öppnas till jonkanal efter ligand binder in) - AMPA-receptorer - ​ Öppnas av glutamat - ​ Permeabel för Na/K längs deras gradient, Na in, K ut - ​ Reverseringspotential på ca 0 mV - Beror på att Na finns i högre koncentrationer än K och därmed får Na-jämviktspotential större inflytande - ​ Kortvarig excitation – öppnas ca 10 ms - ​ Desensitiseras efter öppning - ​ AMPA receptorer står för den vanliga excitatoriska signaleringen för glutamatsynapser - ​ Består av fyra subenheter → kräver 4st glutamat för att öppnas helt, minst 2st för att öppnas delvis och Na/K kan strömma - NMDA-receptorer - ​ Finns tsm med AMPA receptorerna - ​ Speciell jonkanal som är ligand- och spänningsstyrd, alltså krävs ligandbindning och depolarisering för att öppnas. - ​ Ligand: 2 glutamat och 2 glycin eller D-serin. - ​ Depolarisering: Vid vilomembranpotential finns en Mg-jon som blockerar jonkanelns öppning/por. Vid depolarisering förflyttas jonen. - ​ Permeabel för Na, K och Ca - ​ Inflödet av Ca orsakar en rad biokemiska reaktioner inuti postsynaptiska neuronet såsom LTD/LTP (plasticitet). - ​ Reverseringspotential på ca 0 mV - ​ Långvarig EPSP – 100 ms - ​ Visar sig nyligen kunna ha en form av metabotrop funktion - Tydligen har NMDA-receptorer stor inverkan på neuronet, därför är den svårare att öppna än AMPA - NMDA hämmas av många läkemedel, droger & etanol - ​ Metabotropa receptorer är inte jonkanaler, utan G-kopplade ligandstyrda receptorer som påverkar neuronen Frågor 1.​ Vad menas med jonotropa receptorer? Vilka receptorer har en glutamatsynaps, vilka likheter/skillnader har de (hur de aktiveras, reverseringspotential, excitations utsträckning, permeabilitet). 2.​ Vad är metabotropa receptorer? ![[image-cc4843a948c3.png]] ![[image-a0f8d4cf404f.png]] GABA-synaps - ​ GABAA - Jonotrop receptor - Pentamer, 5 subenheter (2 alfa, 2 beta, 1 epsilon) - Reverseringspotential på -70 mV - Genererar kortvarig IPSP (50 ms) - Aktivering kräver två GABA-molekyler. - Permeabel för anjoner, främst kloridjoner (o lite bikarbonat) - Många läkemedel/droger/etanol förstärker GABAA → lugnande effekt. - GABAA kan vara depolariserande eller hyperpolariserande utifrån [Cl] IC och EC - ​ Kloridjoner saknar egna pumpar och därför ställs in jämviktspotential efter att Na/K jp ställts in. Därmed finns det inte något som aktivt håller [Cl] gradienten IC och EC såsom t.ex Na/K-ATPas. Alltså kan [Cl] gradienten och därmed Cl-jp justeras av transportörer (sekundär aktiva). - Det finns två typer av Cl-transportörer, en (NKCC1) som transporterar in, en (KCC2) som transporterar ut klorid. - Om NKCC1 är mer aktiv ökar [Cl]i → Cl jp mer depolariserad än vilopotentialen, excitatorisk. - ​ När GABAA öppnas → Cl-permeabiliteten ↑ → membranpotentialen rör sig mot Cl jp​ → depolarisering. - Om KCC2 är mer aktiv, minskar[Cl]i → Cl jp mer hyperpolariserad, inhibitorisk. - Hos omogna/tidiga neuroner är GABAA depolariserande/exciterande eftersom uttrycket NKCC1 dominerar, i senare stadier blir det tvärtom. - Dessa transportörer är en viktig regleringsmekanism för GABAA. - Vid nervskador kan neuroner återgå till omoget stadium där [Cl]i ökar → GABAA blir mindre hyperpolariserande (ksk även depolariserande) → mer aktiva celler → dock kan orsaka t.ex epilepsi - ​ GABAB - Metabotrop receptor - Genererar långvarig IPSP (0,5 s) - G-protein som är direkt kopplad till kalium-kanal. ![[image-f3be2e6b9597.png]] ![[image-f7330938dc7b.png]] ![[image-c34a08c41cd2.png]] - När GABA binder till GABAB, aktiveras G-proteinet som orsakar att kaliumkanalen öppnas och kalium strömmar ut. - Reverseringspotential på -100 mV (likt kalium jp). Frågor 1.​ Vilka receptorer har en GABA-synaps, vilka likheter/skillnader har de (hur de aktiveras, reverseringspotential, excitations utsträckning, permeabilitet). 2.​ Vilken viktig regleringsmekanism har GABAA? Intrinsic excitation/inhibition - ​ Alla jonkanaler förutom de ligandstyrda (GABA/glutamat) i neuronen såsom spänningsstyrda Na- eller K-kanaler, läckkanaler mm. - ​ K-kanalerna uttrycks olika i olika typer av nervceller - Ap får olika egenskaper i olika typer av nervceller - Praktiskt, läkemedel kan riktas mot specifika K-kanaler i vissa nervceller (t.ex smärtneuroner) och inte alla (då dör vi). - T.ex blockerar bläckfisk Na-kanaler → dödligt gift. - Lokalanestetika blockerar all spänningskänsliga Na-kanaler i området - ​ Ca aktiverad K-kanal - Ca från insidan fungerar som ligand - Det finns två typer av efterhyperpolarisering, en kortvarig och en långvarig. - ​ Kortvarig orsakas av depolarisering efter utlöst ap som orsakar att många spänningsstyrda k-kanaler öppnas under repolariseringen. - I vissa neuroner finns AHP-kanaler (after-hyperpolarization) som är ligandstyrda från insidan. - ​ Ca från insidan binder in → K-kanaler öppnas, K strömmar ut - ​ Orsakar långvarig AHP, kanalerna står öppna länge (ca 1,5 s) - Noradrenalin kan hämma Ca aktiverade K-kanaler genom en kedjereaktion där proteinkinas A aktiveras och fosforylerar kanalen som inte längre öppnar, AHP uteblir → samma stimulering ger därför fler ap då tröskelvärdet kan uppnås lättare. - ​ Noradrenalin omvandlar måttlig output till ett kraftigt och effekten av neuronen blir kraftigare - ​ Olika nervceller uttrycker olika typer av jonkanaler → olika sammansättningar (konstellationer) av kanaler → membranpotentialen förändras olika under aktionspotentialen → aktionspotentialens form och frekvens blir olika. ![[image-bf4e17cc858d.png]] Frågor 1.​ Vilka jonkanaler beräknas som intrinsic excitatoriska/inhibitoriska? 2.​ Hur kan läkemedel hämma vissa neuroner utan att stoppa hela nervsystemet? 3.​ Vilka typer av efterhyperpolarisering finns det, hur skiljer de åt och varför? 4.​ Varför påverkar ap inte alla nervceller på samma sätt? 5.​ Vilken effekt ger noradrenalin och varför? - Single cell RNA sequencing är relevant för att kunna kartlägga vilka gener (vilka kanal-typer som uttrycks) i specifika celltyper. Modulering - ​ Hur man kan påverka sannolikheten att få en aktionspotential via modulatoriska neurotransmittorer (som påverkar membranpotentialen) - Transmittorerna kommer från andra nervceller, hormoner, gliaceller mm - ​ Det som moduleras är - Frisättningssannolikhet - ​ I olika glutamat- & GABA-synapser - Intrinsic excitabilitet - ​ T.ex noradrenalin ger starkare ap - Plasticitet - ​ Vanliga neurotransmittorer acetylkolin, noradrenalin, histamin, dopamin, serotonin - ​ Alla dessa produceras och frisätts från cellkroppar i små diskreta kärnor, oftast i hjärnstammen med axoner som sprider sig till i princip hela nervsystemet. - Dessa celler är mer aktiva (hög konc.) på dagen än natten, drf man är aktiv under dagen (vaken). - ​ Co-transmittorer - Co-transmittorer är signalmolekyler som frisätts tillsammans (oftast i samma vesikel) med antingen glutamat eller GABA. - ​ Har egna receptorer - Verkar via G-proteinkopplade (metabotropa) receptorer och har metabotropa effekter → påverkar second messenger i mottagarcellen. - Många psykoaktiva läkemedel påverkar dessa receptorer. - ​ Peptider kan vara Co-transmittorer - Frisätts från egna vesiklar som är mycket större än Glu/GABA. - Kan frisättas från axonterminaler och dendriter, endast specifika nervceller i modulära kärnor, t.ex i hypotalamus. - Orexin – typsikt för neuroner i vakenhetskärnan, utan orexin → narkolepsi - Galanin – sömnkärnan (“motsatsen till orexin”) - Endorfiner (naturlig smärtlindrare) - Oxytocin (många funktioner inom sociala & reproduktiva beteenden) - ​ Retrograda modulatoriska signalsubstanser - Går från postsynaptiska neuroner till presynaptiska neuroner - Endokannabinoider – kan syntetiseras postsynaptiskt och påverkar frisättningssannolikheten i presynapsen - Neurotrofiner - ​ Hormoner - Kortisol, progesteron, testosteron, östrogen, ghrelin, insulin - Finns receptorer för olika hormoner på olika ställen i hjärnan - Vissa produceras till och med i hjärnan (t.ex könshormoner o insulin). - ​ Gliatransmittorer - Transmittorer från gliaceller (stödjeceller) - T.ex glutamat, D-serin, Taurin, ATP (→ adenosin). - Koffein hämmar adenosinreceptorer → piggare - ​ Neurotransmittorer - Glutamat & GABA - ​ Cytokiner och kemokiner - Utsöndras av mikroglia (CNS fagocyt) - TNFa - Känner oss sjuka Frågor 1.​ Vad innebär modulering och vad är det som moduleras? 2.​ Vad är Co-transmittorer, hur frisätts de, var binder de? Plasticitet - ​ Plasticitet handlar om fysisk tillväxt eller krympning av synapser. - ​ Långtidspotentiering (LTP) - Förstärkning av glutamatsynapser → inlärning - Vid inlärning kommer ett antal synapser i hjärnan att förstoras fysiskt. - Vid LTP ökar antalet ffa. AMPA-receptorer i postsynapsen där de tättpackas och ett kluster bildas. - ​ AMPA-receptorer “flyter runt” i vesiklar intracellulärt vid det postsynaptiska membranet, vid LTP fuserar vesiklerna med membranet (exocytos) och antalet AMPA-receptorer ökar. - ​ Samtidigt signaleras presynaps membranet att bilda nytt frisättningsställe precis mitt emot. - Presynapsen anpassar sig → nytt frisättningsställe mitt emot klustret - Resultatet blir en ny nanokolumn (förstärkt synapsstruktur). - Reversibel process: vid minskad aktivitet kan förstärkningen avlägsnas - ​ Långtidsdepression (LTD) - Försvagning av Glu-synapser → glömska - Färre AMPA-receptorer → synapsstrykan minskar - ​ Sätta igång LTP - Då krävs kraftig NMDA-receptor aktivering som i sin tur behöver - ​ Stark depolarisering av postsynapsen (spänningsstyrd) och tillgång till glycin/D-serin. - Det beror på att NMDA-receptorer orsakar stort inflöde av Ca som signalerar till cellen att - ​ AMPA-receptorer ska exocyteras - ​ Synapsen ska växa - På ca 10s blir synapsen större. - ​ Sätta igång LTD - Då krävs en svag och upprepade aktivering av NMDA-receptor (inte stark alls som LTP). - Låg Ca inflöde signalerar till endocytos av AMPA-receptorer → receptorer tas bort från membranet och synapsen blir mindre. - ​ Om NMDA-receptorer blockeras får man varken LTD eller LTP. Frågor 1.​ Vad innebär plasticitet? Förklara skillnaden mellan LTD och LTP, hur de sätts igång och varför plasticitet är viktig.