28.05.2013

Облака нейромедиаторов помогают регулировать нервные импульсы

Регуляция возбуждения и торможения в мозжечке происходит не только за счёт нервных клеток, которые непосредственно передают соответствующие сигналы, но и с помощью посторонних нейронов, которые попали — или не попали — в облака нейромедиаторов, исходящих от возбуждающего или замедляющего нервного тракта.

Когда нервный импульс идёт по нейрону, рано или поздно он оказывается перед синапсом — соединением между двумя клетками. Дальнейшая судьба сигнала зависит от того, что случится на синапсе: либо нейромедиаторы возбудят следующую клетку-приёмник, либо, наоборот, клетка-приёмник затормозит передачу импульса.

Недавно обнаружилось, что нейромедиаторы есть не только в синаптической щели, их можно найти в тканях, окружающих аксон (отросток нейрона, по которому бежит импульс). До сих пор считалось, что весь нейромедиатор, оказавшийся в синаптической щели, взаимодействует с клеткой-приёмником и быстро разрушается. Но, по-видимому, какая-то часть молекул уходит в «свободное плавание», создавая постоянный нейромедиаторный фон вокруг нейрона. Такой избыток нейромедиатора должен бы мешать нейрохимической передаче, так как лишние молекулы могут генерировать паразитный сигнал. (Здесь необходимо ещё раз уточнить, что торможение тоже предполагает нейромедиаторную передачу сигнала. То есть замедление импульса — это активное действие, и паразитные сигналы от лишних молекул нейромедиатора должны мешать как передаче возбуждения, так и передаче торможения.)

Однако исследователи из Университета Алабамы в Бирмингеме (США) убедились, что нейромедиаторная утечка не мешает, а помогает передаче сообщения по нервам. Люк Коддингтон с коллегами изучал передачу сигналов между тремя типами волокон мозжечка: лазающими волокнами, клетками Пуркинье и интернейронами. Лазающие волокна передают данные от ствола мозга и играют ключевую роль в обработке сенсорной информации и определении временных параметров движения. У клеток Пуркинье множество функций, и среди прочего они должны гасить сигналы, идущие по лазающим волокнам.

Получив сигнал от лазающего волокна, клетка Пуркинье с другого конца выделяет нейромедиатор ГАМК (гамма-аминомасляную кислоту). ГАМК подавляет возбуждение на следующем за клеткой Пуркинье нейроне, и сигнал от лазающего волокна дальше не идёт. Такое торможение необходимо для адекватной работы нервной системы: если тормозящих клеток Пуркинье не хватает, это может привести, скажем, к аутизму.

Раньше считалось, что приходящий по лазающим волокнам сигнал просто поступает на клетки Пуркинье, и те в ответ выделяют замедляющий нейромедиатор. Но, как оказалось, лазающие волокна одновременно вызывают ещё и возбуждение в интернейронах, клетках-посредниках, соединяющих целые пучки других нейронов. И вот тут, как пишут исследователи в журнале Neuron, всё зависит от того, попадают ли интернейроны в ту самую зону загрязнения, заполненную убежавшими из синапсов молекулами нейромедиатора ГАМК. Интернейроны соединены с другими интернейронами и клетками Пуркинье, и, если интернейроны оказываются в облаке ГАМК, они вызывают торможение связанных с ними клеток. Если интернейроны находятся за пределами облака замедляющего нейромедиатора, они, напротив, возбуждают другие интернейроны и клетки Пуркинье. Для взаимодействия с ГАМК у нейронов есть два рецепторных белка, и учёные полагали, что их можно найти только в синапсах. Но, как утверждают авторы работы, эти же ГАМК-рецепторы есть и за пределами синаптических контактов, благодаря чему посторонние клетки могут реагировать на нейромедиатор, который, казалось бы, не имеет к ним никакого отношения.

То есть сигнал, проходящий по конкретному нейронному тракту, дополнительно регулируется клетками, лежащими за пределами этого тракта. Получается, что облако нейромедиатора, окутывающее нейронный тракт, образуется не по недоразумению, не из-за неаккуратной работы синапсов, а для дополнительной регуляции импульсного трафика.

Торможение и возбуждение зависят не только от волокон, непосредственно образующих тракт, но и от баланса между интернейронами — теми, что попали в нейромедиаторное облако, и теми, что не попали. Это обеспечивает дополнительную, к тому же более тонкую настройку баланса торможения и возбуждения, от которого, собственно, зависит работа всей нервной системы.

Впервые сведения о том, что в мозгу есть такая дополнительная система, появились в 2007 году, но на сей раз исследователям удалось показать, что эта система охватывает разные виды нейронов.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru