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神経伝達（ラテン語：transmissio「通過、交差」からtransmittere「送る、通す」）は、神経伝達物質と呼ばれるシグナル分子がニューロン（シナプス前ニューロン）の軸索末端から放出され、少し離れた別のニューロン（シナプス後ニューロン）の樹状突起上の受容体に結合して反応するプロセスです。同様のプロセスが逆行性神経伝達でも発生し、シナプス後ニューロンの樹状突起が逆行性神経伝達物質（例えば、細胞内カルシウム濃度の上昇に反応して合成されるエンドカンナビノイド）を放出し、シナプス前ニューロンの軸索末端にある受容体（主にGABA作動性シナプスとグルタミン酸作動性シナプス）を介してシグナルを伝達します。[1] [2] [3] [4]
神経伝達は、神経伝達物質の利用可能性と合成速度、神経伝達物質の放出、シナプス後細胞のベースライン活動、神経伝達物質が結合できるシナプス後受容体の数、その後の酵素またはシナプス前再取り込みによる神経伝達物質の除去または不活性化など、いくつかの異なる要因によって制御されています。[5] [6]
閾値活動電位または段階的電位に反応して、シナプス前 末端で神経伝達物質が放出されます。放出された神経伝達物質はシナプスを通過し、シナプス後ニューロンの受容体に検出され、結合します。神経伝達物質の結合は、抑制的または興奮的な方法でシナプス後ニューロンに影響を与える可能性があります。シナプス後ニューロンの受容体への神経伝達物質の結合は、シナプス後電位と呼ばれる膜電位の変化などの短期的な変化、またはシグナル伝達カスケードの活性化による長期的な変化のいずれかを引き起こします。
ニューロンは、神経インパルス (活動電位) が伝わる複雑な生物学的神経ネットワークを形成します。ニューロンは互いに接触しません (ギャップ結合を介した電気シナプスの場合を除く)。代わりに、ニューロンはシナプスと呼ばれる密接な接触点で相互作用します。ニューロンは活動電位によって情報を伝達します。神経インパルスがシナプスに到達すると、神経伝達物質が放出され、別の (シナプス後) ニューロンに影響を及ぼします。シナプス後ニューロンは、興奮性および抑制性の両方の多くの追加ニューロンからの入力を受け取る場合があります。興奮性および抑制性の影響が合計され、正味の効果が抑制性である場合、ニューロンが「発火」する可能性 (つまり、活動電位を生成する可能性) が低くなり、正味の効果が興奮性である場合、ニューロンが発火する可能性が高くなります。ニューロンが発火する可能性は、膜電位が閾値電位からどれだけ離れているかによって決まります。閾値電位とは、十分な電圧依存性ナトリウムチャネルが活性化され、正味の内向きナトリウム電流がすべての外向き電流を超えることで活動電位がトリガーされる電圧です。[7]興奮性入力はニューロンを閾値に近づけ、抑制性入力はニューロンを閾値から遠ざけます。活動電位は「全か無か」のイベントです。膜が閾値に達していないニューロンは発火しませんが、閾値に達したニューロンは必ず発火します。活動電位が開始されると（通常は軸索丘で） 、軸索に沿って伝播し、シナプス小葉で神経伝達物質が放出されて、さらに別の隣接するニューロンに情報が渡されます。
シナプスにおける神経伝達の段階
- 神経伝達物質の合成。これは細胞体、軸索、または軸索末端で起こります。
- 神経伝達物質を軸索末端の貯蔵顆粒または小胞に貯蔵すること。
- 活動電位の間にカルシウムが軸索終末に入り、神経伝達物質がシナプス間隙に放出されます。
- 放出された後、伝達物質はシナプス後膜の受容体に結合し、それを活性化します。
- 神経伝達物質の不活性化。神経伝達物質は酵素によって破壊されるか、元の末端に戻されて再利用されるか、分解されて除去される。[8]
一般的な説明
神経伝達物質は、自発的に小胞に詰め込まれ、シナプス前活動電位とは無関係に個別の量子パケットで放出されます。このゆっくりとした放出は検出可能であり、シナプス後ニューロンに微小抑制効果または微小興奮効果をもたらします。活動電位は、このプロセスを一時的に増幅します。神経伝達物質を含む小胞は活性部位の周りに集まり、放出された後、提案されている 3 つのメカニズムのいずれかによってリサイクルされます。最初に提案されているメカニズムは、小胞を部分的に開き、その後再び閉じることです。次の 2 つは、小胞と膜の完全な融合に続いてリサイクル、またはエンドソームへのリサイクルです。小胞の融合は、カルシウム チャネル付近にある微小領域のカルシウム濃度によって主に駆動され、神経伝達物質の放出はわずかマイクロ秒しかかからず、通常のカルシウム濃度に戻るには数百マイクロ秒かかります。小胞のエキソサイトーシスは、ボツリヌス毒素の標的であるSNAREと呼ばれるタンパク質複合体によって駆動されると考えられています。放出されると、神経伝達物質はシナプスに入り、受容体に遭遇します。神経伝達物質受容体は、イオンチャネル型またはGタンパク質結合型のいずれかです。イオンチャネル型受容体は、リガンドによって刺激されるとイオンが通過できるようにします。主なモデルは、イオンの好みを調整できる複数のサブユニットで構成される受容体です。代謝調節型受容体とも呼ばれるGタンパク質結合型受容体は、リガンドによって結合すると構造変化を起こし、細胞内反応を引き起こします。神経伝達物質の活動の終了は通常、トランスポーターによって行われますが、酵素による不活性化も考えられます。[9]
要約
各ニューロンは多数のニューロンと接続し、それらから多数のインパルスを受け取ります。 加重とは、軸索丘でこれらのインパルスを加算することです。ニューロンが興奮性インパルスのみを受け取ると、活動電位が発生します。代わりに、ニューロンが興奮性インパルスと同じ数の抑制性インパルスを受け取ると、抑制が興奮を打ち消し、神経インパルスはそこで止まります。[10]活動電位の生成は、神経伝達物質放出の確率とパターン、およびシナプス後受容体の感作に比例します。[11] [12] [13]
空間的加算とは、ニューロン上の異なる場所で受信されたインパルスの効果が加算され、各インパルスが単独では発火を引き起こすのに十分でない場合でも、そのようなインパルスが同時に受信されるとニューロンが発火する可能性があることを意味します。
時間的加算とは、同じ場所で受信したインパルスが時間的に連続して受信された場合、その効果が加算されることを意味します。したがって、ニューロンは、各インパルスが単独では発火を引き起こすのに十分でなくても、複数のインパルスを受信すると発火する可能性があります。[14]
収束と発散
神経伝達は情報の収束と発散の両方を意味します。まず、1 つのニューロンが他の多くのニューロンの影響を受け、入力が収束します。ニューロンが発火すると、信号が他の多くのニューロンに送信され、出力が発散します。他の多くのニューロンがこのニューロンの影響を受けます。[引用が必要]
共伝播
共伝達とは、単一の神経末端から複数の種類の神経伝達物質が放出されることです。
神経末端では、神経伝達物質はシナプス小胞と呼ばれる35～50nmの膜で包まれた小胞の中に存在します。シナプス小胞は神経伝達物質を放出するために、シナプス前膜にあるポロソームと呼ばれる特殊な10～15nmのカップ状のリポタンパク質構造の基部に一時的にドッキングして融合します。[15]ニューロンのポロソームプロテオームが解読され、分子構造と機構の完全な構成が明らかになりました。[16]
近年の無数のシステムに関する研究により、すべてではないにしてもほとんどのニューロンが数種類の異なる化学伝達物質を放出することが示されています。[17]共伝達によりシナプス後受容体でのより複雑な効果が可能になり、ニューロン間でより複雑なコミュニケーションが可能になります。
現代の神経科学では、ニューロンは共伝達物質によって分類されることが多い。たとえば、線条体の「GABA 作動性ニューロン」は、オピオイド ペプチドまたはサブスタンス P を主な共伝達物質として利用します。
いくつかのニューロンは、抑制性介在ニューロンが存在しない場合に意味のある符号化に必要な安定化負のフィードバックを提供するために、少なくとも2つの神経伝達物質（もう1つは共伝達物質）を同時に放出することができる。[18]例としては以下が挙げられる。
- GABAとグリシンの共放出。
- ドーパミンとグルタミン酸の共放出。
- アセチルコリン（ACh）とグルタミン酸の共放出。
- ACh-血管作動性腸管ペプチド（VIP）の共放出。
- ACh-カルシトニン遺伝子関連ペプチド（CGRP）の共放出。
- グルタミン酸とダイノルフィンの共放出（海馬内）。
ノルアドレナリンとATPは交感神経の共伝達物質である。エンドカンナビノイドのアナダミドとカンナビノイドの WIN 55,212-2は交感神経刺激に対する全体的な反応を変化させることができ、前接合部CB1受容体が交感神経抑制作用を媒介することを示すことがわかっている。したがって、カンナビノイドは交感神経伝達のノルアドレナリンとプリンの両方の成分を阻害することができる。 [19]
珍しい共伝達物質のペアの1つは、腹側被蓋野（VTA）、内淡蒼球、乳頭上核に由来するニューロンの同じ軸索終末から放出されるGABAとグルタミン酸です。[20]前者2つは手綱核に投射しますが、乳頭上核からの投射は海馬の歯状回を標的とすることが知られています。[20]
遺伝的関連性
神経伝達は遺伝的に他の特性や特徴と関連している。例えば、さまざまなシグナル伝達経路のエンリッチメント解析により、頭蓋内容積との遺伝的関連性が発見された。[21]
参照
参考文献
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したがって、低レベルのCB1受容体がDAニューロンに影響を及ぼすグルタミン酸作動性およびGABA作動性末端に位置していると考えられます[127、214]。そこで、抑制性および興奮性神経伝達物質の放出を微調整し、DAニューロンの発火を制御できます。
一貫して、独立した研究室による in vitro 電気生理学的実験は、CB1 受容体が VTA および SNc のグルタミン酸作動性および GABA 作動性軸索終末に局在するという証拠を示しています。 - ^ Flores A、Maldonado R、Berrendero F (2013 年 12 月)。「中枢神経系におけるカンナビノイドとヒポクレチンの相互作用: これまでにわかっていること」。Frontiers in Neuroscience。7 : 256。doi : 10.3389 /fnins.2013.00256。PMC 3868890。PMID 24391536。CB1 - HcrtR1の直接的な相互作用は 、 2003 年に初めて提案されました(
Hilairet ら、2003)。実際、CB1 と HcrtR1 が共発現すると、ヒポクレチン-1 の ERK シグナル伝達活性化能が 100 倍に増加することが観察されました...この研究では、CB1-HcrtR1 ヘテロマーを制御するヒポクレチン-1 の効力が、HcrtR1-HcrtR1 ホモマーと比較して高いことが報告されました (Ward ら、2011b)。これらのデータは、機能的に大きな影響を与える CB1-HcrtR1 ヘテロマー化を明確に特定しています。...ヒポクレチン作動性システムとエンドカンナビノイド システム間のクロス トークの存在は、それらの部分的に重複する解剖学的分布と、いくつかの生理学的および病理学的プロセスにおける共通の役割によって強く裏付けられています。しかし、この相互作用の根底にあるメカニズムについてはほとんどわかっていません。 ... エンドカンナビノイドは逆行性メッセンジャーとして作用し、VTA のドーパミン作動性ニューロンへのグルタミン酸興奮性および GABA 抑制性シナプス入力と NAc のグルタミン酸伝達を調節します。したがって、VTA の GABA 作動性ニューロンの軸索末端に存在する CB1 受容体の活性化は GABA 伝達を阻害し、ドーパミン作動性ニューロンへのこの抑制入力を除去します (Riegel および Lupica、2004)。主に PFC のニューロンからの VTA および NAc のグルタミン酸シナプス伝達は、CB1 受容体の活性化によって同様に調節されます (Melis ら、2004)。
• 図 1: 脳の CB1 発現と OX1 (HcrtR1) または OX2 (HcrtR2) を発現するオレキシン作動性ニューロンの模式図
• 図 2: カンナビノイドとオレキシン システムにおけるシナプスシグナル伝達メカニズム
• 図 3: 食物摂取に関与する脳経路の模式図 - ^ Freund TF、Katona I、Piomelli D (2003 年7 月)。「シナプスシグナル伝達における内因性カンナビノイドの役割」。生理学レビュー。83 (3): 1017–66。doi : 10.1152 /physrev.00004.2003。PMID 12843414 。
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外部リンク
- 神経伝達概念の歴史的進化