Aktif bölge - Active zone

aktif bölge
Tipik bir merkezi sinir sistemi sinapsının bir diyagramı. Aktif bölgenin proteinleri, üst nöron terminalinde koyu kahverengi piramitler olarak temsil edilir.
Ayrıntılar
tanımlayıcılar
Latince	bölge aktif
TH	H2.00.06.2.00012
Mikroanatominin anatomik terimleri [ Wikidata'da düzenle ]

Aktif bölge veya sinaptik aktif bölge birinci bölge tanımlamak üzere 1970 yılında couteaux ve Pecot-Dechavassinein tarafından kullanılan bir terimdir nörotransmiter salımı. İki nöron , birbirleriyle iletişim kurmalarını sağlayan sinaps adı verilen yapılar aracılığıyla yakın temas kurar. Yandaki şemada gösterildiği gibi, bir sinaps, nörotransmiter içeren vezikülleri (resimde en üstte) depolayan bir nöronun presinaptik butonundan ve nörotransmiter için reseptörler (altta) taşıyan ikinci bir postsinaptik nörondan oluşur. ikisi arasındaki boşluk sinaptik yarık olarak adlandırılır (sinaptik yapışma molekülleri, ikisini bir arada tutan SAM'ler ile). Bir aksiyon potansiyeli presinaptik butona ulaştığında, veziküllerin içeriği sinaptik aralığa salınır ve salınan nörotransmiter yarıktan postsinaptik nörona (resimdeki alt yapı) geçerek postsinaptik zardaki reseptörleri aktive eder.

Aktif bölge, nörotransmiter salınımına aracılık eden ve presinaptik zardan ve aktif bölgedeki (CAZ) sitomatriks adı verilen yoğun bir protein koleksiyonundan oluşan presinaptik yakadaki bölgedir. CAZ, elektron mikroskobu altında zara yakın karanlık (elektron yoğun) bir alan olarak görülür. CAZ içindeki proteinler, sinaptik vezikülleri presinaptik membrana bağlar ve sinaptik vezikül füzyonuna aracılık eder , böylece bir aksiyon potansiyeli geldiğinde nörotransmiterin güvenilir ve hızlı bir şekilde salınmasına izin verir.

fonksiyon

Aktif bölgenin işlevi, nörotransmitterlerin bir nöronun belirli bir yerinde güvenilir bir şekilde salınmasını ve yalnızca nöron bir aksiyon potansiyeli ateşlediğinde salınmasını sağlamaktır. Bir aksiyon potansiyeli bir akson boyunca ilerlerken , presinaptik yaka adı verilen akson terminaline ulaşır. Presinaptik yakada , aksiyon potansiyeli , yerel bir kalsiyum akışına neden olan kalsiyum kanallarını (VDCC'ler) aktive eder. Kalsiyumdaki artış, aktif bölgedeki proteinler tarafından tespit edilir ve nörotransmiter içeren vezikülleri zarla kaynaşmaya zorlar. Veziküllerin zar ile bu füzyonu, nörotransmiterleri sinaptik yarığa (presinaptik yaka çiçeği ve postsinaptik zar arasındaki boşluk) bırakır. Nörotransmiterler daha sonra yarık boyunca yayılır ve postsinaptik membran üzerindeki ligand kapılı iyon kanallarına ve G-protein bağlı reseptörlere bağlanır . Nörotransmitterlerin postsinaptik reseptörlere bağlanması, postsinaptik nöronda bir değişikliğe neden olur. Nörotransmitterlerin salınması ve postsinaptik reseptörlere bağlanarak postsinaptik nöronda bir değişikliğe neden olma sürecine nörotransmisyon denir.

yapı

Aktif bölgede bulunan proteinlerin bir diyagramı

Aktif bölge, şimdiye kadar incelenen tüm kimyasal sinapslarda mevcuttur ve tüm hayvan türlerinde mevcuttur. Şimdiye kadar incelenen aktif bölgelerin en az iki ortak özelliği vardır, hepsinin zardan çıkıntı yapan ve sinaptik vezikülleri zara yakın bağlayan protein yoğun materyali vardır ve zardan kaynaklanan ve zardan biraz daha uzaktaki veziküllerde sonlanan uzun filamentli çıkıntılara sahiptirler. presinaptik zar. Protein yoğun projeksiyonlar, incelenen sinaps tipine bağlı olarak boyut ve şekil olarak değişir. Yoğun projeksiyonun çarpıcı bir örneği, sinaptik veziküllerden oluşan bir hale ile çevrelenen ve presinaptik zara dik olarak uzanan ve 500 nm kadar uzun olabilen protein yoğun malzemeden bir "şerit" içeren şerit sinapstır (aşağıya bakınız). Glutamat sinaps, zardan yaklaşık 50 nm uzanan daha küçük piramit benzeri yapılar içerir. Nöromüsküler sinaps, banda dik ve zara paralel uzanan düzenli aralıklarla yatay kaburgalara bağlı, aralarında uzun proteinli bir bant bulunan iki sıra vezikül içerir. Bu nervürler daha sonra, her biri zardaki bir çivinin (muhtemelen bir kalsiyum kanalı) üzerinde konumlanan veziküllere bağlanır. Önceki araştırmalar, glutamaterjik nöronların aktif bölgesinin oldukça düzenli bir dizi piramit şekilli protein yoğun malzeme içerdiğini ve bu piramitlerin filamentlerle bağlı olduğunu belirtti. Bu yapı, veziküllerin kafesin deliklerine yönlendirildiği geometrik bir kafese benziyordu. Bu çekici model, son deneylerle gündeme geldi. Son veriler, glutamaterjik aktif bölgenin yoğun protein materyali projeksiyonları içerdiğini, ancak bu projeksiyonların düzenli bir dizide olmadığını ve sitoplazmaya yaklaşık 80 nm uzanan uzun filamentler içerdiğini göstermektedir.

Aktif bölgede zenginleştirilmiş en az beş ana iskele proteini vardır; UNC13B /Munc13, RIMS1 (Rab3 etkileşimli molekül), Fagot, Piccolo /aczonin, ELKS ve liprins-α . Bu iskele proteinlerinin aktif bölgenin yoğun piramit benzeri yapılarının bileşenleri olduğu ve sinaptik vezikülleri presinaptik zar ve kalsiyum kanallarına yakınlaştırdığı düşünülmektedir. ELKS proteini hücre yapışma proteinine, β-neurexin'e ve kompleks içindeki Piccolo ve Bassoon gibi diğer proteinlere bağlanır . β-neurexin daha sonra hücre adhezyon molekülü, bağlanan neuroligin postsinaptik zar üzerinde bulunur. Neuroligin daha sonra postsinaptik reseptörlere bağlanan proteinlerle etkileşime girer. Piccolo/ELKS/β-neurexin/nöroligin arasında görülene benzer protein etkileşimleri, vezikül füzyonuna aracılık eden makinelerin kalsiyum kanallarına yakın olmasını ve vezikül füzyonunun postsinaptik reseptörlere bitişik olmasını sağlar. Bu yakın vezikül füzyonu ve postsinaptik reseptörler, postsinaptik reseptörlerin aktivasyonu ile nörotransmiterlerin salınımı arasında çok az gecikme olmasını sağlar.

Nörotransmitter serbest bırakma mekanizması

Vezikül bırakma makinesi.

Nörotransmitterin salınımı, nörotransmiter veziküllerin presinaptik membrana füzyonu ile gerçekleştirilir . Bu mekanizmanın detayları halen araştırılmakla birlikte, sürecin bazı detayları üzerinde fikir birliği vardır. Presinaptik membran ile sinaptik vezikül füzyonunun, tek bir, yakından ilişkili kalsiyum kanalı kadar az sayıdaki yerel bir kalsiyum artışı ve oldukça kararlı SNARE komplekslerinin oluşumunu gerektirdiği bilinmektedir . Sinaptik vezikül füzyonunun hakim bir modeli, SNARE kompleksi oluşumunun Munc18, Munc13 ve RIM gibi aktif bölgenin proteinleri tarafından katalize edilmesidir. Bu kompleksin oluşumunun vezikülün vezikül füzyonuna ve nörotransmitterin salınımına hazır olmasını "hazırladığı" düşünülmektedir (aşağıya bakınız: salınabilir havuz). Vezikül hazırlandıktan sonra kompleksin , SNARE kompleksine bağlanır ve buna "süper prime edilmiş " denir. Süper astarlanmış veziküller, kolayca salınabilen havuz içindedir (aşağıya bakınız) ve hızla salınmaya hazırdır. Bir aksiyon potansiyelinin gelmesi, SNARE/kompleks kompleksinin yakınında voltaj kapılı kalsiyum kanalları açar. Kalsiyum daha sonra sinaptotagmin konformasyonunu değiştirmek için bağlanır . Konformasyondaki bu değişiklik, sinaptotagminin daha sonra kompleksini yerinden çıkarmasına, SNARE kompleksine bağlanmasına ve hedef zara bağlanmasına izin verir. Sinaptotagmin hem SNARE kompleksine hem de zara bağlandığında, bu zar üzerinde mekanik bir kuvvet indükler, böylece vezikül membranı ile presinaptik membranın kaynaşmasına neden olur. Bu füzyon, nörotransmitteri serbest bırakan bir zar gözenek açar. Gözenek, kesecik zarının tamamı presinaptik zardan ayırt edilemez hale gelene kadar büyür.

Sinaptik vezikül döngüsü

Presinaptik aktif bölge ve sinaptik vezikül döngüsü

Presinaptik yaka çiçeği, nörotransmiterleri serbest bırakmak ve nörotransmiter vezikülleri yeniden oluşturmak için vezikülleri presinaptik membrana kaynaştırmak için verimli bir şekilde düzenlenmiş bir sürece sahiptir. Sinaptik vezikül döngüsü adı verilen bu süreç, presinaptik butondaki veziküllerin sayısını korur ve sinaptik terminalin özerk bir birim olmasını sağlar. Döngü (1) ile başlar golgi aygıtının bir bölgesi sinaptik keseciği oluşturmak üzere sıkıştırılır ve bu kesecik sinaptik terminale taşınır. Terminalde (2) vezikül nörotransmitter ile doldurulur. (3) Vezikül aktif bölgeye taşınır ve plazma zarına yakın bir yerde demirlenir. (4) Bir aksiyon potansiyeli sırasında vezikül zarla kaynaşır, nörotransmitteri serbest bırakır ve daha önce kese üzerinde bulunan zar proteinlerinin periaktif bölgeye yayılmasını sağlar. (5) Periaktif bölgede zar proteinleri sekestre edilir ve klatrin kaplı bir kesecik oluşturacak şekilde endositozlanır . (6) Vezikül daha sonra nörotransmitter ile doldurulur ve daha sonra aktif bölgeye geri taşınır.

Endositoz mekanizması, ekzositoz mekanizmasından daha yavaştır . Bu, yoğun aktivitede terminaldeki vezikülün tükenebileceği ve artık serbest bırakılamayacağı anlamına gelir. Sinaptik veziküllerin tükenmesini önlemeye yardımcı olmak için yoğun aktivite sırasında kalsiyumdaki artış , klatrin aracılı endositozda yer alan proteinleri fosforile eden kalsinörini aktive edebilir .

Vezikül havuzları

Sinaps, en az iki sinaptik vezikül kümesi içerir: kolayca serbest bırakılabilen havuz ve yedek havuz. Kolayca serbest bırakılabilen havuz, aktif bölge içinde yer alır ve doğrudan presinaptik zara bağlanırken, yedek havuz hücre iskeleti tarafından kümelenir ve doğrudan aktif bölgeye bağlı değildir.

Serbest bırakılabilir havuz

Serbest bırakılabilir havuz aktif bölgede bulunur ve doğrudan presinaptik zara bağlıdır. Aktif bölge içindeki proteinler tarafından stabilize edilir ve SNARE proteinleri ile presinaptik zara bağlanır . Bu veziküller tek bir aksiyon potansiyeli ile salınmaya hazırdır ve yedek havuzdan veziküller tarafından doldurulur. Serbest bırakılabilir havuz bazen kolayca serbest bırakılabilir havuz ve serbest bırakılabilir havuz olarak alt bölümlere ayrılır.

Rezerv havuzu

Yedek havuz, aktif bölgeye doğrudan bağlı değildir. Presinaptik kalsiyum konsantrasyonundaki artış, kalsiyum-kalmodulin bağımlı protein kinazı (CaMK) aktive eder. CAMK bir protein, fosforlamaktadır synapsin , o buna aracılık eden sitoskeletona rezerv havuzu veziküllerin kümeleme ve eki. Sinapsinin fosforilasyonu, yedek havuzdaki vezikülleri harekete geçirir ve aktif bölgeye göç etmelerine ve kolayca serbest bırakılabilen havuzu yenilemelerine izin verir.

Periaktif bölge

Periaktif bölge, aktif bölgeyi çevreler ve presinaptik terminalin endositoz bölgesidir. Periaktif bölgede, intersectin 1 gibi iskele proteinleri , dinamin , klatrin ve endofilin gibi endositoza aracılık eden proteinleri alır. Gelen Drosophilia intersectin homologudur Dap160, nöromüsküler bileşkenin periactive bölgesinde yer almaktadır ve mutant Dap160 yüksek frekans uyarımı esnasında sinaptik veziküllerin tüketir.

Şerit sinaps aktif bölgesi

Şerit sinaps, fotoreseptör hücreler , retinal bipolar hücreler ve saç hücreleri gibi duyu nöronlarında bulunan özel bir sinaps türüdür . Şerit sinapslar, presinaptik zara dik bir dizi kesecik bağlayan yoğun bir protein yapısı içerir. Bir elektron mikrografında , zara dik bir şerit benzeri yapı olarak görünür. 'Geleneksel' sinapstan farklı olarak, şerit sinapslar kademeli bir vezikül salınımını koruyabilir. Başka bir deyişle, bir nöron ne kadar depolarize olursa vezikül füzyon hızı o kadar yüksek olur. Şerit sinaps aktif bölgesi, arkiform yoğunluğu ve şerit olmak üzere iki bölgeye ayrılır. Arşiform yoğunluk vezikül füzyonunun yeridir ve şerit, salınabilir vezikül havuzunu depolar. Şerit yapısı esas olarak şerit hacminin yaklaşık %64-69'u olan RIBEYE proteininden oluşur ve Fagot gibi iskele proteinleri ile arkiform yoğunluğa bağlanır.

Proteinler

Nörotransmitter salınımının ölçülmesi

Vezikül füzyonundan önce (üstte) ve sonra (orta ve altta) membran kapasitansındaki değişimi gösteren bir diyagram.

Nörotransmitter salınımı , presinaptik nöronda bir aksiyon potansiyelini tetikledikten sonra postsinaptik potansiyelin genliğini belirleyerek ölçülebilir . Nörotransmitter salınımını bu şekilde ölçmek sorunlu olabilir çünkü postsinaptik nöronun aynı miktarda salınan nörotransmitter üzerindeki etkisi zamanla değişebilir. Başka bir yol, bir yama pipeti kullanarak doğrudan presinaptik membran ile vezikül füzyonunu ölçmektir . Bir hücre zarı, zarın her iki tarafında pozitif ve negatif iyonların depolandığı bir kapasitör olarak düşünülebilir . Membranın alanı ne kadar büyük olursa, zarı belirli bir potansiyelde tutmak için o kadar fazla iyon gerekir. Elektrofizyolojide bu, terminale bir akım enjeksiyonunun vezikül füzyonundan önce bir zarı belirli bir potansiyele şarj etmek için vezikül füzyonundan sonra olacağından daha az zaman alacağı anlamına gelir. Membranı bir potansiyele şarj etme süresi ve zarın direnci ölçülür ve bu değerlerle zarın kapasitansı Tau/Direnç=Kapasitans denklemi ile hesaplanabilir. Bu teknikle araştırmacılar, presinaptik terminalin membran kapasitansındaki artışları ölçerek sinaptik vezikül salınımını doğrudan ölçebilirler.

Ayrıca bakınız

• Eşleştirilmiş nabız kolaylaştırma
• Postsinaptik yoğunluk

Referanslar