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나6. 신경근 접합부의 리간드 개폐 아세틸콜린 수용체 - 생물학

나6. 신경근 접합부의 리간드 개폐 아세틸콜린 수용체 - 생물학


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패치 클램프 기록을 기반으로 하는 운동학적 모델링은 단백질이 폐쇄형(C), 개방형(O) 및 비활성(I) 형태를 포함한 여러 형태로 존재할 수 있음을 보여줍니다. 또 다른 형태 변화를 통해 열린 형태 O는 느린 단계에서 (A_2I)로 비활성화될 수 있으며, 여기서 I는 비활성화 형태입니다.

채널은 기공 내부를 가리키는 소수성 측쇄에 의해 수축된 5개의 나선으로 구성됩니다. 리간드가 단백질에 결합할 때 나선의 서로에 대한 회전 및 슬라이딩이 발생하여 채널 개방이 증가할 수 있습니다. 음으로 변경된 측쇄의 고리는 양이온에 대한 채널의 선택성을 설명하는 위쪽과 아래쪽의 기공을 줄입니다.

아세틸콜린 채널 개방의 메커니즘에 대한 우리의 이해의 대부분은 채널을 포함하는 막의 작은 부분을 제거하기 위해 마이크로피펫을 사용하는 패치 클램프 기술에서 비롯됩니다.

그림: 패치 클램프 기술

피코암페어 전류로 측정되는 이온 흐름은 멤브레인 패치를 가로질러 측정할 수 있습니다. Nehert와 Sakman이 노벨상을 수상한 이 기술을 사용하여 단일 채널의 개폐를 기록할 수 있습니다.

그림: 단일 채널 열기 및 닫기

이것으로부터 그들은 아세틸콜린 채널의 게이팅 메커니즘을 추론했습니다.

그림: 아세틸콜린 채널의 게이팅 메커니즘

일반적으로 트랜스미터 게이트 채널은 아세틸콜린 수용체와 유사합니다. 흥분성 시냅스 전위를 생성하는 메커니즘(전송기-개폐된 수용체/채널 사용)은 둘 다 막을 가로질러 나트륨 및 칼륨 이온의 이동을 포함한다는 점에서 활동 전위(전압-개폐 채널 사용)를 생성하는 메커니즘과 유사합니다. 그러나 여러 가지 면에서 다릅니다.

  1. 활동 전위의 생성에서 나트륨 및 칼륨 이온은 서로 다른 전압 개폐 채널을 통해 이동합니다. 즉, 채널은 이온에 대해 선택적입니다. 트랜스미터 게이트 채널은 일반적으로 기공이 ​​너무 크기 때문에 이온에 대해 선택적이지 않습니다.
  2. 전압 개폐 채널을 통한 이온 플럭스는 채널 개방으로 인한 증가된 탈분극이 더 많은 이온 유입으로 이어진다는 점에서 "재생"됩니다. 트랜스미터 게이트 채널에서 막을 통과하는 이온의 양은 시냅스에서 방출되는 신경 전달 물질의 국소 농도에 따라 달라집니다.
  3. 아세틸콜린이 아세틸콜린 수용체/기공을 열면 나트륨이 유입되고 칼륨이 유출될 수 있습니다(각각의 농도 구배 아래로). 그러나 칼륨 유출은 음의 막관통 전위에 의해 저항되기 때문에 초기에 유입되는 칼륨보다 유출되는 나트륨이 더 많습니다. 이것은 잠재적인 나트륨 채널의 활성화를 야기하기에 충분한 나트륨의 내부 흐름으로 이어집니다. 이들은 전압 개폐형이기 때문에 훨씬 더 많은 나트륨이 세포에 들어갈 수 있어 활동 전위와 소포성 칼슘 이온 채널의 궁극적인 개방을 유도합니다. 이것은 근육 수축을 활성화시키는 세포 내 칼슘의 증가(고농도의 Ca 이온을 갖는 세포내 소기관의 막에서 Ca 채널의 개방을 통해)로 이어진다.

접합 엔드 플레이트의 전자 현미경 사진

애니메이션: 아세틸콜린 수용체

업데이트된 아세틸콜린 수용체 기공 - JSMol(HTML5)(1OED)

리간드 결합은 어떻게 채널 개방으로 이어집니까? 이것은 Douherty와 Lester에 의해 양전하를 띤 리간드인 아세틸콜린이 신경 수용체, 리간드 개폐 이온 채널인 신경 니코틴성 nACh 수용체에 결합하는 것에 대해 자세히 연구되었습니다. 이것은 신경 세로토닌(HT3) 및 GABA 수용체와 함께 5개의 단백질 사슬로 구성된 수용체의 Cys-Loop 수퍼패밀리에 속합니다. Douherty와 Lester는 AChR을 Xenopus oocyte(egg) 막으로 재구성했으며 수용체의 구조적 변화를 조사하기 위해 전기생리학적 및 화학적 연구를 결합했습니다. 리간드가 없는 경우 채널 구멍은 리간드 결합을 따라 움직이는 5개의 류신 측쇄에 의해 차단됩니다. 신경전달물질은 양이온-π 상호작용에 의해 방향족 구름과 상호작용하는 양전하와 함께 5개의 방향족 아미노산을 포함하는 "방향족 상자"에서 트립토판 측쇄에 결합합니다. 세로토닌과 벤조디아제핀(GABA 채널과 상호 작용하는 리간드 - 아래 참조)은 수용체의 방향족 상자에서 서로 다른 방향족 측쇄에 결합하여 효소-기질 상호 작용에 비해 특이적 상호 작용이 훨씬 적음을 나타냅니다. 이것은 구조가 크게 다르지만 니코틴이 신경 AChR에 결합하여 활성화할 수 있는 방법을 설명합니다. 그들은 채널 개방을 허용하는 구조적 변화가 Pro 측쇄의 트랜스-시스 이성질체화를 필요로 한다는 것을 발견했습니다. 트랜스 형태를 선호하는 부위 특이적 돌연변이는 폐쇄를 선호한다. 그러나 Cys-Loop 슈퍼패밀리의 모든 구성원이 이 위치에 Pro를 가지고 있는 것은 아닙니다.

매우 최근의 발견에서 Dougherthy의 그룹은 니코틴이 근육의 아세틸콜린 수용체에 높은 친화력으로 결합하지 않는다는 사실의 근간이 되는 메커니즘을 발견했습니다. 명백하게 그것은 수용체와의 상호작용에 필요한 양이온-π 상호작용을 만들 수 없습니다. 방향족 상자의 Trp 카보닐에 양전하를 띤 니코틴에 부착된 H 사이의 H-결합은 신경 형태에서 양이온-π 상호작용을 허용합니다. H 결합은 분명히 근육 형태로 존재하지 않아 니코틴과 강한 양이온-π 상호작용을 방지합니다. 근육의 아세틸콜린 수용체에 결합할 수 있다면 니코틴은 유독해서 아무도 담배를 피우지 않을 것입니다.


질문 : 1. MATCHING 아래 목록에서 BEST 답변을 선택하십시오. 답변은 한 번만 사용됩니다. 표시된 전압 궤적은 활동 전위 동안 시간 경과에 따른 근육 세포막의 단일 지점에서의 전압 변화의 기록입니다. 활동전위는 근육이 신경전달물질의 방출에 의해 흥분될 때 신경근접합부의 근육세포에서 발생한다.

1. MATCHING 아래 목록에서 BEST 답변을 선택하십시오. 답변은 한 번만 사용됩니다.

표시된 전압 궤적은 활동 전위 동안 시간 경과에 따른 근육 세포막의 단일 지점에서의 전압 변화의 기록입니다. 활동 전위는 신경 말단에서 방출되는 신경 전달 물질에 의해 근육이 흥분될 때 신경근 접합부의 근육 세포에서 발생합니다. 활동 전위의 해당 단계에서 일어나는 일에 대한 설명과 다이어그램(A – D)의 문자 레이블을 일치시키십시오.

- 전압 개폐 칼륨 채널이 열려 K+가 세포를 떠나 세포막을 재분극시킵니다.

- 결합 ACh에 대한 반응으로, Na+ 이온은 리간드-관문 아세틸콜린 수용체를 통해 세포로 들어가 막을 탈분극시킨다.

-휴지 전위에서 세포 내부의 음전위는 칼륨 누출 채널을 통해 농도 구배 아래로 세포 밖으로 칼륨 이온의 이동으로 인해 발생합니다.


- 역치 전위에 도달한 후 전압 개폐 Na+ 채널이 열리고 세포가 더 탈분극됩니다.


나6. 신경근 접합부의 리간드 개폐 아세틸콜린 수용체 - 생물학

신경화학은 생물학적 연구에서 가장 폭발적인 분야 중 하나입니다. 과학자들은 이제 기억, 인지, 감정 및 행동에 대한 분자 기반을 풀기 시작했습니다. 다음 수십 년은 뇌 화학에 대한 진정으로 혁명적인 이해와 함께 인간의 기분, 기억을 바꾸고 정신 분열증과 같은 정신 질환을 훨씬 더 효과적으로 치료할 수 있는 잠재력을 가져올 것입니다. 약 1000억 개의 뉴런(각각 1000~10,000개의 다른 뉴런과 연결을 형성할 수 있는 시냅스)과 관련 신경교 세포(뉴런 수의 10~50배)가 있는 인간의 뇌는 가장 복잡한 구조 중 하나로 간주될 수 있습니다. 우주. 이 섹션에서는 뉴런의 생물학과 화학을 탐구합니다.

  1. 블린코프, S.M. 및 Glezer, I.I. 그림과 표의 인간 두뇌. 정량적 핸드북, 뉴욕: 플레넘 프레스, 1968.
  2. 뎀스키, L.S. 및 Northcutt, R.G. 백상아리의 뇌와 뇌신경: 진화론적 관점. 백상아리에서. Carcharodon carcharias의 생물학, San Diego: Academic Press, 1996.
  3. Nieuwenhuys, R., Ten Donkelaar, H.J. 및 Nicholson, C. 척추동물의 중추신경계. 권. 3, 베를린: Springer, 1998.
  4. Berta, A., et al. 해양 포유류. 진화 생물학, 샌디에이고: 학술 출판, 1999.
  5. Mink, J.W., Blumenschine, R.J. 및 Adams, D.B. 척추동물의 신체 대사에 대한 중추신경계의 비율: 그 불변성과 기능적 기초. 오전. J. 생리학, 241:R203-R212, 1981.
  6. Rehkamper, G., Frahm, H.D. 및 Zilles, K. 포유류(식충동물 및 영장류)의 뇌 및 뇌 구조와 비교하여 조류(갈리목 및 Passeriforms)의 뇌 및 뇌 구조의 양적 발달. 브레인 베. 진화 , 37:125-143, 1991.
  7. 리지웨이, S.H. and Harrison, S., Handbook of Marine Mammals, Vol. 3, 런던: Academic Press, 1985.

총 체중의 % 뇌(인간 150파운드) = 2%
평균 뇌 너비 = 140mm
평균 뇌 길이 = 167mm
평균 뇌 높이 = 93mm

부피별 두개내 내용물(1,700ml, 100%): 뇌 = 1,400ml(80%) 혈액 = 150ml(10%) 뇌척수액 = 150ml(10%)(Rengachary, SS 및 Ellenbogen, RG, 편집자, 원칙 신경외과, 에든버러: Elsevier Mosby, 2005)

뇌의 평균 뉴런 수 = 1000억
뇌의 뉴런 수(문어) = 3억 개(How Animals See, S. Sinclair, 1985년)
Aplysia 신경계의 뉴런 수 = 18,000-20,000
거머리의 각 분절 신경절의 뉴런 수 = 350
메뚜기의 뇌 부피 = 6mm 3 (에서 The Neurobiology of the Insect Brain, Burrows, M., 1996)

대뇌 반구에서 백질에 대한 회백질의 부피 비율(20세) = 1.3(Miller, AK, Alston, RL 및 Corsellis, JA, 대뇌 반구의 회백질 부피에서 연령에 따른 변화 of man: 이미지 분석기로 측정, Neuropathol Appl Neurobiol., 6:119-132, 1980)
대뇌 반구에서 백질에 대한 회백질의 부피 비율(50세) = 1.1(Miller et al., 1980)
대뇌 반구에서 백질에 대한 회백질의 부피 비율(1000세) = 1.5(Miller et al., 1980)
백질에 의한 대뇌 산소 소비량의 % = 6%
회백질에 의한 대뇌 산소 소비량의 % = 94%

뇌의 평균 신경교 세포 수 = 뉴런 수의 10~50배

(뇌의 뉴런 수에 대한 자세한 내용은 R.W. Williams 및 K. Herrup, Ann. Review Neuroscience, 11:423-453, 1988 참조)

신피질 뉴런(여성)의 수 = 193억(Pakkenberg, B., Pelvig, D., Marner, L., Bundgaard, MJ, Gundersen, HJG, Nyengaard, JR 및 Regeur, L. Aging 및 인간 신피질. Exp. Gerontology, 38:95-99, 2003 및 Pakkenberg, B. 및 Gundersen, HJG Neocortical neuron number in human: effect of sex and age. J. Comp. Neurology, 384:312-320, 1997.)
신피질 뉴런의 수(남성) = 228억 (Pakkenberg et al., 1997 2003)
신피질 뉴런의 평균 손실 = 하루 85,000개(

연간 3,100만)(Pakkenberg et al., 1997 2003)
신피질 뉴런의 평균 손실 = 초당 1(Pakkenberg et al., 1997 2003)
신피질 신경교 세포의 평균 수(젊은 성인) = 390억(Pakkenberg et al., 1997 2003)
신피질 신경교 세포의 평균 수(노인) = 360억(Pakkenberg et al., 1997 2003)
뇌의 수초 신경 섬유 길이 = 150,000-180,000km(Pakkenberg et al., 1997 2003)
피질의 시냅스 수 = 0.15천조(Pakkenberg et al., 1997 2003)
오른쪽과 왼쪽 반구의 뉴런 수 차이 = 오른쪽보다 왼쪽에 1억 8,600만 개 더 많은 뉴런(Pakkenberg et al., 1997 2003)

부피비(%)
인간
대뇌 피질 31 77
간뇌 7 4
중뇌 6 4
후뇌 7 2
소뇌 10 10
척수 35 2
(참고: 신경과학의 동향, 1995년 11월)

뇌와 근육의 구성
골격근 (%) 전뇌(%)
75 77 ~ 78
지질 5 10 ~ 12
단백질 18~20 8
탄수화물 1 1
가용성 유기 물질 3에서 5 2
무기염 1 1
(참고문헌: McIlwain, H. and Bachelard, H.S., Biochemistry and the Central Nervous System, Edinburgh: Churchill Livingstone, 1985)

대뇌 피질의 총 표면적 = 2,500 cm 2 (2.5 ft 2 A. Peters 및 E.G. Jones, 대뇌 피질, 1984)

대뇌피질의 총 표면적(소뒤쥐) = 0.8 cm 2
대뇌 피질의 총 표면적(쥐) = 6 cm 2
대뇌 피질(고양이)의 총 표면적 = 83 cm 2
대뇌피질(아프리카 코끼리)의 총 표면적 = 6,300 cm 2
대뇌피질의 총 표면적(병코돌고래) = 3,745 cm 2 (S.H. Ridgway, The Cetacean Central Nervous System, p. 221)
대뇌피질의 총 표면적(파일럿 고래) = 5,800 cm 2
대뇌피질(가상 범고래)의 총 표면적 = 7,400 cm 2
(표면적 수치 참조: Nieuwenhuys, R., Ten Donkelaar, H.J. 및 Nicholson, C., 척추동물의 중추신경계, Vol. 3, Berlin: Springer, 1998)
대뇌 피질의 총 뉴런 수 = 100억(G.M. Shepherd, The Synaptic Organization of the Brain, 1998, p. 6) . 그러나 C. Koch는 대뇌 피질의 총 뉴런 수를 200억으로 나열합니다(Biophysics of Computation. Information Processing in Single Neurons, New York: Oxford Univ. Press, 1999, 페이지 87).
대뇌 피질의 총 시냅스 수 = 60조(예, 조)(G.M. Shepherd, The Synaptic Organization of the Brain, 1998, p. 6). 그러나 C. Koch는 대뇌 피질의 총 시냅스를 240조로 나열합니다(Biophysics of Computation. Information Processing in Single Neurons, New York: Oxford Univ. Press, 1999, 페이지 87).

총 대뇌 피질 부피의 백분율(인간): 전두엽 = 41% 측두엽 = 22% 두정엽 = 19% 후두엽 = 18%. (Caviness Jr., et al. 대뇌피질, 8:372-384, 1998.)

피질층의 수 = 6
대뇌 피질의 두께 = 1.5-4.5 mm
대뇌피질의 두께(병코돌고래) = 1.3-1.8 mm (S.H. Ridgway, The Cetacean Central Nervous System, p. 221)

EEG - 베타파 주파수 = 13~30Hz
EEG - 알파파 주파수 = 8 ~ 13Hz
EEG - 세타파 주파수 = 4~7Hz
EEG - 델타파 주파수 = 0.5~4Hz
세계 기록, 수면 없는 시간 = 1965년 Randy Gardner의 264시간(11일). 참고: Biopsychology(JPJ Pinel, Boston: Allyn and Bacon, 2000, p. 322)에서 깨어 있는 시간에 대한 기록은 Mrs. 모린 웨스턴. 그녀는 흔들의자에서 깨어서 449시간[18일 17시간]을 보낸 것 같습니다. 1990년 세계 기록 기네스북에는 흔들의자에서 453시간 40분을 보낸 로버트 맥도날드의 기록이 있습니다.
뇌에 혈액 공급이 중단된 후 의식을 잃을 때까지의 시간 = 8-10초
뇌로의 혈액 공급 상실 후 반사 상실까지의 시간 = 40-110초

뉴런 성장 속도(임신 초기) = 250,000 뉴런/분
Purkinje 세포의 가시 말단 길이 = 40,700 미크론
Purkinje 세포 수지상 가지의 가시 수 = 61,000
소뇌 피질의 표면적 = 50,000 cm 2 ( from G.M. Shepherd, The Synaptic Organization of the Brain, 1998, p. 255)
성인 소뇌의 무게 = 150g(Afifi, A.K. and Bergman, R.A., Functional Neuroanatomy, New York: McGraw-Hill, 1998)
푸르키네 세포 수 = 1,500만~2,600만
Purkinje 세포에서 만들어진 시냅스 수 = 최대 200,000
시상하부의 무게 = 4g
시교차상핵의 부피 = 0.3 mm 3
decussation 위 피라미드 관의 섬유 수 = 1,100,000
뇌량의 섬유 수 = 250,000,000
뇌량(시상 중앙부)의 면적 = 6.2 cm 2

소뇌 무게(그램) 체중(그램)
0.09 58
박쥐 0.09 30
플라잉 폭스 0.3 130
비둘기 0.4 500
기니피그 0.9 485
청설모 1.5 350
친칠라 1.7 500
토끼 1.9 1,800
토끼 2.3 3,000
고양이 5.3 3,500
6.0 3,500
원숭이 7.8 6,000
21.5 25,000
35.7 300,000
인간 142 60,000
출처: Sultan, F. and Braitenberg, V. 다양한 포유류 소뇌의 모양과 크기. 양적 비교 신경해부학 연구. J. Hirnforsch. , 34:79-92, 1993.

뇌척수액의 총 부피 = 125-150 ml
뇌척수액의 반감기 = 3시간
CSF의 일일 생산량 = 400~500ml
뇌척수액의 비중 = 1.007
정상 CSF의 색상 = 투명하고 무색
CSF의 백혈구 수 = mm3당 0-3
CSF의 적혈구 수 = mm3당 0-5
정상 두개내압 = 150 - 180mm의 물


시냅스 전달:

콜린성 시냅스와 신경근 접합부의 구조를 알아야 합니다. 왼쪽 첫 번째 이미지의 아세틸콜린 수용체는 니코틴성 콜린성 수용체로 더 잘 알려져 있습니다.

콜린성 시냅스(이것은 알아야 할 유일한 시냅스)에서 활동 전위는 Ca2+ 이온 게이트 채널이 열리도록 자극하여 시냅스 전 막의 투과성을 증가시킵니다. 이것은 촉진 확산에 의해 농도 구배 아래로 시냅스 전 노브로 Ca2+ 이온의 유입을 유발합니다. 고농도의 Ca2+ 이온은 아세틸콜린 소포(신경전달물질)를 시냅스전 막과 융합시킵니다. 주의: Ach 대신 'acetylcholine'이라고 말하면 이해를 돕고 질문에 도움이 되기 때문에 Ach보다 acetylcholine을 말하는 것이 가장 좋습니다. Ach를 사용하려는 경우 그것이 무엇인지 아는 것이 중요합니다. Acetylcholine은 exocytosis에 의해 시냅스 틈새로 presynaptic 손잡이를 떠납니다. 아세틸콜린은 시냅스 틈을 가로질러 확산되고 콜린성 수용체에 결합하여 Na 리간드 게이트 채널이 열립니다. 이로 인해 Na+ 이온이 시냅스 후 뉴런으로 유입되어 시냅스 후 뉴런이 탈분극되고 임계값에 도달하면 활동 전위가 생성됩니다. 아세틸콜린은 아세틸콜린 에스테라아제라는 효소에 의해 시냅스 틈에서 제거되어 지속적인 충동을 방지하기 위해 상보적인 형태로 생성물로 만들어집니다. 주의: Acetylcholine esterase는 Ache로 축약될 수 있지만 이 효소를 acetylcholine esterase라고 부르는 것이 가장 좋습니다. 이 이름이 있는 질문에 도움이 될 것입니다. 생성물은 ATP의 Pi를 소포로 사용하여 아세틸콜린을 생성함으로써 시냅스 전 노브로 능동적으로 수송됩니다. Ca2+ 이온은 ATP의 Pi를 사용하여 시냅스 전 손잡이에서 능동적으로 운반됩니다.

위는 흥분성 신경 전달 물질의 예입니다. 이것은 시냅스 후 뉴런이 탈분극되어 임계값에 도달할 때 활동 전위가 발생하는 곳입니다. 신경 전달 물질은 K= 이온 게이트 채널을 열어 시냅스 후 뉴런을 과분극시키는 곳에서도 억제될 수 있습니다.

그러나 신경근 접합부는 정확히 같은 방식으로 작동합니다.

  • 시냅스 후 막: 근육의 시냅스후막은 깊게 접혀서 갈라진 틈을 형성합니다. 이것은 아세틸콜린 에스테라아제가 저장되는 곳입니다. NB: 시냅스후 뉴런은 신경근 접합부에 관여하지 않기 때문에 뉴런의 시냅스후막이 아니라 근육의 시냅스후막을 말하는 것이 중요합니다.
  • 수용체: 뉴런의 시냅스후막보다 근육의 시냅스후막에 더 많은 수용체가 있습니다.
  • 신경전달물질: 아세틸콜린은 모든 신경근 접합부에서 흥분성인 반면 시냅스에서는 흥분성 또는 억제성일 수 있습니다.

공간 합산은 많은 시냅스 전 뉴런이 하나의 시냅스 후 뉴런에 연결되는 곳입니다. 소량의 흥분성 신경전달물질만으로도 시냅스후 뉴런에서 역치가 충족되고 활동 전위가 생성되기에 충분할 수 있습니다. 일부 신경 전달 물질이 억제되면 시냅스 후 뉴런의 임계값을 충족하기 어렵기 때문에 전반적인 효과가 활동 전위가 아닐 수 있습니다. 시간적 합산은 하나의 시냅스 전 뉴런에서 동시에 도달하는 둘 이상의 활동 전위의 빠른 발사가 있는 곳입니다. 이것은 더 많은 신경 전달 물질이 틈으로 방출되어 임계값에 도달할 때 활동 전위가 발생할 가능성이 더 높아진다는 것을 의미합니다.

일부 약물은 신경 전달 물질의 작용을 모방하거나 억제합니다.

  • 약물이 활동 전위를 유발하는 경우 이는 약물과 수용체가 신경 전달 물질을 모방하는 상보적인 형태를 갖기 때문입니다. 이러한 유형의 약물은 작용제라고 합니다.
  • 약물이 활동전위를 일으키지 않고 수용체에 결합한다면, 이는 약물이 수용체에 상보적이지만 수용체를 차단하여 많은 수용체가 활성화되지 않는다는 것을 의미합니다. 이러한 유형의 약물을 길항제라고 합니다.
  • 약물이 아세틸콜린 에스테라제에 결합하면 아세틸콜린과 함께 더 적은 효소-기질 복합체가 형성되어 지속적인 자극을 생성합니다.
  • 더 많은 수용체가 자극되면 약물이 평소보다 더 많은 신경 전달 물질을 방출하기 때문입니다.
  • 수용체가 덜 자극되면 약물이 신경 전달 물질의 방출을 억제하기 때문입니다.

주의: 시험에서 약물의 이름과 약물의 메커니즘을 기억할 필요는 없습니다. 시험에서 약물과 그 메커니즘에 대한 정보가 제공되며 위의 글머리 기호에 해당하는 왜 그런 일이 발생했는지 설명해야 합니다. 이것들은 당신이 알아야 할 유일한 설명이며 녹색으로 강조 표시되어 있습니다.


콜린성 시냅스와 신경근 접합부의 구조를 알아야 합니다. 왼쪽 첫 번째 이미지의 아세틸콜린 수용체는 니코틴성 콜린성 수용체로 더 잘 알려져 있습니다.

콜린성 시냅스(이것은 알아야 할 유일한 시냅스)에서 활동 전위는 Ca2+ 이온 게이트 채널이 열리도록 자극하여 시냅스 전 막의 투과성을 증가시킵니다. 이것은 촉진 확산에 의해 농도 구배 아래로 시냅스 전 노브로 Ca2+ 이온의 유입을 유발합니다. 고농도의 Ca2+ 이온은 아세틸콜린 소포(신경전달물질)를 시냅스전 막과 융합시킵니다. 주의: Ach 대신 'acetylcholine'이라고 말하면 이해를 돕고 질문에 도움이 되기 때문에 Ach보다 acetylcholine을 말하는 것이 가장 좋습니다. Ach를 사용하려는 경우 그것이 무엇인지 아는 것이 중요합니다. Acetylcholine은 exocytosis에 의해 시냅스 틈새로 presynaptic 손잡이를 떠납니다. 아세틸콜린은 시냅스 틈을 가로질러 확산되고 콜린성 수용체에 결합하여 Na 리간드 게이트 채널이 열립니다. 이로 인해 Na+ 이온이 시냅스 후 뉴런으로 유입되어 시냅스 후 뉴런이 탈분극되고 임계값에 도달하면 활동 전위가 생성됩니다. 아세틸콜린은 아세틸콜린 에스테라아제라는 효소에 의해 시냅스 틈에서 제거되어 지속적인 충동을 방지하기 위해 상보적인 형태로 생성물로 만들어집니다. 주의: Acetylcholine esterase는 Ache로 축약될 수 있지만 이 효소를 acetylcholine esterase라고 부르는 것이 가장 좋습니다. 이 이름이 있는 질문에 도움이 될 것입니다. 생성물은 ATP의 Pi를 소포로 사용하여 아세틸콜린을 생성함으로써 시냅스 전 노브로 능동적으로 수송됩니다. Ca2+ 이온은 ATP의 Pi를 사용하여 시냅스 전 손잡이에서 능동적으로 운반됩니다.

위는 흥분성 신경 전달 물질의 예입니다. 이것은 시냅스후 뉴런이 탈분극되어 임계값에 도달할 때 활동 전위가 발생하는 곳입니다. 신경 전달 물질은 K= 이온 게이트 채널을 열어 시냅스 후 뉴런을 과분극시키는 곳에서도 억제될 수 있습니다.

그러나 신경근 접합부는 정확히 같은 방식으로 작동합니다.

  • 시냅스 후 막: 근육의 시냅스후막은 깊게 접혀서 갈라진 틈을 형성합니다. 이것은 아세틸콜린 에스테라아제가 저장되는 곳입니다. NB: 시냅스후 뉴런은 신경근 접합부에 관여하지 않기 때문에 뉴런의 시냅스후막이 아니라 근육의 시냅스후막을 말하는 것이 중요합니다.
  • 수용체: 뉴런의 시냅스후막보다 근육의 시냅스후막에 더 많은 수용체가 있습니다.
  • 신경전달물질: 아세틸콜린은 모든 신경근 접합부에서 흥분성인 반면 시냅스에서는 흥분성 또는 억제성일 수 있습니다.

공간 합산은 많은 시냅스 전 뉴런이 하나의 시냅스 후 뉴런에 연결되는 곳입니다. 소량의 흥분성 신경전달물질만으로도 시냅스후 뉴런에서 역치가 충족되고 활동 전위가 생성되기에 충분할 수 있습니다. 일부 신경 전달 물질이 억제되면 시냅스 후 뉴런의 임계값을 충족하기 어렵기 때문에 전반적인 효과가 활동 전위가 아닐 수 있습니다. 시간적 합산은 하나의 시냅스 전 뉴런에서 동시에 도달하는 둘 이상의 활동 전위의 빠른 발사가 있는 곳입니다. 이것은 더 많은 신경 전달 물질이 틈으로 방출되어 임계값이 충족될 수 있을 때 활동 전위가 발생할 가능성이 더 높다는 것을 의미합니다.

일부 약물은 신경 전달 물질의 작용을 모방하거나 억제합니다.

  • 약물이 활동 전위를 유발하는 경우 이는 약물과 수용체가 신경 전달 물질을 모방하는 상보적인 형태를 갖기 때문입니다. 이러한 유형의 약물은 작용제라고 합니다.
  • 약물이 활동전위를 일으키지 않고 수용체에 결합한다면, 이는 약물이 수용체에 상보적이지만 수용체를 차단하여 많은 수용체가 활성화되지 않는다는 것을 의미합니다. 이러한 유형의 약물을 길항제라고 합니다.
  • 약물이 아세틸콜린 에스테라아제에 결합하면 아세틸콜린과 함께 더 적은 효소-기질 복합체가 형성되어 지속적인 자극을 생성합니다.
  • 더 많은 수용체가 자극되면 약물이 평소보다 더 많은 신경 전달 물질을 방출하기 때문입니다.
  • 수용체가 덜 자극되면 약물이 신경 전달 물질의 방출을 억제하기 때문입니다.

주의: 약물의 이름과 약물의 메커니즘을 기억하는 것은 시험에서 기억할 필요가 없습니다. 시험에서 약물과 그 메커니즘에 대한 정보가 제공되며 위의 글머리 기호에 해당하는 왜 그런 일이 발생했는지 설명해야 합니다. 이것들은 당신이 알아야 할 유일한 설명이며 녹색으로 강조 표시되어 있습니다.


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X-연관 디스트로핀 유전자(디엠디)은 근육 세포에서 고도로 발현되며 sarcolemma의 내면에 국한되는 세포골격 단백질을 암호화합니다. 디스트로핀 분자는 세포내 세포골격과 세포외 기질 사이의 신호전달을 매개하는 복잡한 다중분자 단위의 일부로서 세포골격 F-액틴 및 막횡단 베타-디스트로글리칸에 결합합니다. 구조와 위치는 또한 디스트로핀이 특히 수축 중에 원형질막을 안정화시키는 데 중요하다는 것을 시사합니다. NS MDX 돌연변이 디엠디 열성이며 이형접합 암컷은 야생형 마우스와 시각적으로 구별할 수 없습니다. 여성의 동형접합체와 수컷의 반접합체 디엠디엠디엑스 대립 유전자는 정상적인 수명을 유지하며 최대 2년까지 생존할 수 있습니다. 가장 흔한 신경근 질환 중 하나인 Duchenne 근이영양증(DMD)으로 고통받는 인간 환자와 마찬가지로, 디엠디엠디엑스 돌연변이는 디스트로핀을 발현하지 않으므로 결과적인 근병리학이 인간 질병 경과에 비해 훨씬 덜 심각함에도 불구하고 질병의 동물 모델로서 일상적으로 사용되어 왔다.

근육 디엠디엠디엑스 돌연변이는 출생 후 발달 초기에 조직학적으로 정상이지만 약 3주부터 근육 괴사가 약간의 눈에 띄는 근육 약화와 함께 발생합니다. 관련 병리의 생화학적 분석에는 근육 퇴화의 초기 마커인 대식세포의 축적과 함께 상승된 혈청 크레아틴 키나제 및 피루브산 키나제 수준이 포함됩니다. 골격 사지 근육은 지속적이고 점진적인 퇴행 및 괴사를 특징으로 하지만, 이는 위성 세포 및 근육 비대에 의해 활성화되는 재생 반응에 의해 상쇄됩니다. 재생 섬유는 형태학적으로 소구경 중심의 유핵 섬유로 대표되지만 마우스는 정상적인 행동을 가정합니다. 의 근육 디엠디엠디엑스 돌연변이체는 탄성이 전반적으로 감소하여 연장 활성화로 인해 부상을 입기 쉽습니다. 흥미롭게도, 돌연변이 다리 근육은 처음에는 정상적으로 발달하는 것으로 밝혀졌지만, 재생된 근관이 빠른 섬유 유형과 느린 섬유 유형 모두로 분화하는 것은 상당히 억제되었습니다. 비교적 온화한 표현형 디엠디엠디엑스 생쥐는 부분적으로 성인의 근육 섬유 재생에서 고도로 상향 조절되는 디스트로핀 관련 단백질 유트로핀의 보상 기능에 기인할 수 있습니다 디엠디엠디엑스 돌연변이. 이 기능적 중복성은 관찰된 근이영양증이 훨씬 더 심각하고 디스토핀/유트로핀 이중 돌연변이체에서 조기 사망을 초래하는 이들 sarcolemmal 단백질 모두가 결핍된 마우스에서 입증되었습니다. 또한 근육 특이적 전사 인자 MYOD는 다음과 같이 돌연변이 생쥐에서 근육 재생을 촉진하는 데 관여할 수도 있습니다. 디엠디엠디엑스 또한 MYOD가 결핍된 마우스는 근육의 더 심각한 이영양증을 나타냅니다. 사지 근육과 달리 횡격막 근육은 디엠디엠디엑스 마우스는 지속적인 이영양증이 나이가 들어감에 따라 이러한 근육을 약화시키는 중요한 재생 단계를 거치지 않습니다. 특정 연축력, 특정 타이타닉 힘 및 최대 출력은 모두 횡격막에서 감소합니다. 디엠디엠디엑스 돌연변이.

의 청각 기능 디엠디엠디엑스 뇌간 청각 유발 전위에 의해 평가된 돌연변이체는 변형되어 소음 손상에 더 취약합니다. 마우스 심장 근육 세포에서 디스트로핀은 L-형 칼슘 채널과 함께 국소화됩니다. 디엠디엠디엑스 돌연변이체에서 이들 채널의 비활성화는 감소되고 전압 의존적 활성화는 보다 긍정적인 전위로 이동하여 단백질이 일반적으로 심장 조직에서 칼슘 채널 활성을 조절한다는 증거를 제공합니다. 학습, 기억 및 인지 작업과 관련된 뇌 영역에서 디스트로핀과 그 동형은 시냅스 후 전문화 내에서 감지되었습니다. 에서 디엠디엠디엑스 마우스 교감 신경절, 알파3 하위유형을 포함하는 시냅스후 니코틴성 아세틸콜린 수용체 복합체는 면역세포화학 및 면역침전 기술에 의해 분석된 바와 같이 불안정화됩니다. 적절한 디스트로핀 기능은 신경 조직에서 시냅스 리간드 개폐 이온 채널 조직과 연결되어 있어 DMD 환자에서 흔히 볼 수 있는 인지 결함의 기저에 깔린 병리학적 메커니즘에 관한 흥미로운 가능성을 제기합니다. [Watchko 리뷰 et al. 2002, Durbeej 및 Campbell 2002 Ahn 및 Kunkel 1993 Cook 및 Davisson 1991 Doolittle 1997 Monaco 및 Kunkel 1987 Tamura et al. 1993년 스티븐스와 포크너 2000년 델 시뇨레 et al. 2002년 후젤스타인 et al. 1992년 시신스키 et al. 1989년 데코닌크 et al. 1997 그래디 et al. 1997년 언쇼 et al. 2002년 첸 et al. 2002 디수자 et al. 1995년 린치 et al. 2001 카레타 et al. 2001 사데기 et al. 2002 리도프 et al. 1995]

핵 혼탁(백내장)은 생후 1일된 쥐의 렌즈에서 볼 수 있습니다. 150일령의 생쥐에서 완전한 전방 피막하 혼탁으로 진행되는 4일까지 약간의 전방 피막하 혼탁이 보입니다.


바이오코어 저널

이온 채널(Ion Channels) 특정 이온(칼슘 또는 나트륨)에 대해 선택적으로 투과할 수 있는 세포막 채널 신경 자극이 전달 및 수신되는 영역을 시냅스하며, 자극에 대한 반응으로 신경전달물질을 방출하는 뉴런의 축삭 말단을 둘러싸고 있습니다. 신경 전달 물질은 이동하고 축삭, 수상 돌기, 근육 또는 선 세포의 인접한 막은 신경 전달 물질을 포착하기 위한 적절한 수용체 분자와 함께 이동합니다. 생물학적 신경망은 생물학적 신경계에서 많은 영감을 얻습니다. 따라서 이 시스템이 구성되는 방식에 대해 어느 정도 알고 있으면 매우 유용합니다.

소개:

이온 채널의 세 가지 주요 그룹은 1) 신경 축삭 및 신경 말단의 나트륨 및 칼륨 채널과 같은 전압 개폐 채널, 2) GABA 및 글리신 수용체와 같은 채널을 포함하는 세포외 리간드 활성화 채널입니다[1] 채널은 대부분 "신경전달물질"인 리간드에 의해 조절됩니다. 이러한 채널은 종종 결합하는 리간드에 따라 이름이 지정됩니다. 3) 세포내 리간드 개폐 이온 채널[2]. 여기에는 CFTR 및 일부 다른 ABC 가족 구성원과 감각 지각과 관련된 이온 채널이 포함됩니다. 이들은 종종 GCPR에 의해 간접적으로 활성화됩니다. 이러한 종류의 채널을 활성화하는 다른 일반적인 세포 내 리간드에는 칼슘 이온, ATP, 고리형 AMP 및 GMP 및 포스파티딜 이노시톨[3](PI)이 있습니다. 두 번째 및 세 번째 그룹을 "화학적 활성화" 또는 단순히 "리간드 게이트" 이온 채널로 결합한 추가 명명 시스템이 있습니다. 서열 비교를 통해 위의 그룹 내의 이온 채널도 가장 큰 서열 유사성을 보일 것이며 따라서 모두 공통 조상의 후손일 가능성이 가장 높은 것으로 나타났습니다.

기계 감각 채널과 볼륨 조절 채널[4]은 자체적으로 그룹화되어 있지만 여전히 분류 과정에 있습니다. 우리는 위에 포함되지 않은 모든 이온 채널을 포함하는 다섯 번째 "포괄적" 그룹인 기타 2를 만들었습니다. 이 그룹에는 GAP 접합, 그라미시딘과 같은 펩티드 이온 채널 및 원뿔 껍질의 원추형 독소와 같은 다양한 독성 곤충 독소가 포함됩니다. 마지막에는 최근 발견에 대한 섹션이 있습니다.

이온 채널의 분류 및 명명에 관한 몇 마디: 이온 채널을 그룹으로 배열하는 여러 가지 가능한 방법 중에서 지금까지 가장 성공적인 것은 이온 채널이 조절되는 방식을 기반으로 하는 시스템인 것 같습니다. 알려진 방법에는 단점이 없다는 것을 기억해야 합니다. 예를 들어 조절 메커니즘이 아니라 기공을 통해 전도하는 이온에 따라 이온 채널을 배열하는 것이 가능하지만 이 방법은 채널 간에 공유되는 다른 특성이 거의 없다는 문제가 있습니다. 예를 들어, nAChR[5] 채널은 뉴런의 전압 개폐 나트륨 채널과 마찬가지로 나트륨 이온을 전도합니다. 그러나 다른 중요한 특징은 게이팅 메커니즘과 채널 자체를 구성하는 아미노산 서열을 포함하여 매우 다른 두 이온 채널 간에 공유되지 않는 것이 매우 분명합니다(즉, 진화적으로 관련되지 않음). 많은 연구자들은 게놈 수준에서 모든 이온 채널의 진화적 역사뿐만 아니라 서열과 분자 구조에 기초한 분류 시스템이 있을 때까지 분류 방법(여기에서 사용된 방법조차도 활성화 메커니즘에 기반함)이 충분해야 합니다.

이러한 새로운 종류의 시스템에 대한 필요성을 보여주는 좋은 예는 특정 고리형 뉴클레오티드 개폐 채널이 전압 개폐 이온 채널과 충분한 서열 유사성을 공유하여 사실상 전압 개폐 채널 슈퍼패밀리에 속할 수 있다는 발견에 의해 제공됩니다. 리간드 개폐형 슈퍼패밀리[6]가 현재 위치하고 있습니다. 본 시스템의 또 다른 문제는 리간드 글루타메이트[7]에 의해 활성화되는 글루타메이트 이온 채널이 종종 리간드 개폐형 이온 채널 계열로 강등된다는 것입니다. , 그것은 서열 유사성을 공유하지 않으므로 아마도 이 그룹의 다른 리간드 개폐 이온 채널과 진화적으로 관련이 없을 것입니다.

신경전달물질, 신경조절제, 이온성 및 대사성 수용체를 시냅스합니다.

nAChR: "니코틴 아세틸콜린 수용체"는 1983년에 서열화된 최초의 이온 채널이라는 구별이 있습니다. 이것은 채널을 형성하는 5개의 서브유닛의 다량체로서 기능합니다(2 알파, 1 베타, 1 감마, 1 델타). 이는 신경 및 근육 세포에서 발견되며 다른 nAChR 수용체와 혼동되어서는 안 됩니다. 일부는 이온 채널이 아닙니다. 이온 채널 nAChR[5]에는 신경에서 발견되는 것들이 포함됩니다(신경은 근육 세포의 nAChR에 결합하는 아세틸콜린을 방출합니다). 채널이 열리면 나트륨, 칼륨 및 칼슘을 포함한 거의 모든 양이온이 통과하게 되며 이는 세포막을 탈분극시켜 차례로 전압 개폐 채널을 유발하여 차례로 근육 수축을 유발할 수 있습니다. nAChR은 주로 분자 생물학 기술이 더욱 정교해지기 전에 연구하기 쉽게 만든 천연 공급원에서 풍부하기 때문에 역사적 중요성 때문에 모델 이온 채널로 간주됩니다. nAChR은 이온 채널 역학 및 알로스테리즘에 대한 많은 세부 연구에 사용되며 어류 어뢰[9](조직 소스는 전기 기관임)에서 처음 분리 및 특성화되었습니다. 어뢰는 해양 광선입니다).

nAChR 채널에는 다양한 "변형"이 있습니다. 예를 들어, 포유류는 신경계에만 몇 가지가 있습니다. 포이즌 큐라레는 nAChR을 차단하는 것으로 알려져 있습니다(따라서 nAChR의 "길항제"로 작용합니다).니코틴은 nAChR에도 결합하기 때문에 부분적으로 신체에 물리적 효과를 발휘하는 담배의 알칼로이드 약물입니다. 그러나 큐라레처럼 단순히 차단하는 대신 니코틴이 이를 활성화합니다. 진정제인 클로르프로마진은 채널 모공을 차단할 수 있습니다. 전신 마취제가 nAChR과 같은 이온 채널의 막횡단 나선[10]에 직접 결합을 통해 효과를 발휘할 가능성이 있습니다. nAChR 제품군은 GABA 및 Glycine chloride 채널 제품군과 함께 강력한 서열 유사성을 기반으로 하는 리간드 개폐 이온 채널의 슈퍼패밀리를 형성합니다. 이러한 신경전달물질 리간드 개폐 채널은 전압 개폐 채널 또는 글루타메이트 리간드 개폐 이온 채널과 관련이 없습니다. 그들은 모두 4개의 별개의 막횡단 부분을 가지고 있습니다.

가바 및 글리신 수용체[11](이들은 둘 다 염화물 채널 계열임). GABA(A) 및 글리신 클로라이드 채널은 상대적으로 복잡한 게이팅 특성을 가지며 각각 4개의 막횡단 나선(TM)을 포함하는 5개의 서브유닛으로 구성되며, 둘 이상의 가능한 열린 상태를 갖기 때문에 분명히 여러 상태의 전도도를 갖는 특징이 있습니다. 상태. TM2는 기공에 기여하는 것으로 밝혀졌습니다(즉, 5개의 서브유닛에서 5개의 TM2 세그먼트가 함께 모여 기공을 형성함). 흥분성 조직의 염화물 채널은 뉴런의 전기적 흥분성을 "완화"하는 역할을 한다는 점에서 칼륨 채널과 동일한 방식으로 기능합니다. GABA(A) 및 글리신 수용체 염화물 채널은 시냅스 후 뉴런 및 골격 조직에서 기능합니다.

GABA(A)는 감마-아미노부테리산에 결합하기 때문에 그렇게 명명되었습니다. GABA와 글리신 신경전달물질은 주로 억제성 뉴런에 작용합니다. 글루타메이트와 마찬가지로 이들은 작은 분자이므로 뉴런에서 빠른 메신저 역할을 합니다. GABA는 활동 전위를 발화하는 뉴런의 능력을 억제하며, 세포 내 2차 메신저 시스템에 결합하는 관련 없는 GABA(B) 수용체와 혼동되어서는 안 됩니다. 뇌 뉴런의 1/3이 GABA를 사용합니다.

GABA는 글루타메이트로부터 체내에서 생성되지만 비타민 B6는 필수 구성 요소입니다. 부족하면 발작을 일으킬 수 있습니다. 반면에 Valium과 같은 알코올 및 바르비투산염은 채널의 버스트 시간을 증가시켜 GABA(A) 수용체에 작용제(활성화제)로 작용합니다. 그들은 GABA가 정상적으로 결합하지 않는 부위에 결합하고, GABA가 자신의 부위에 결합할 때 GABA의 작용을 강화합니다. 이것은 종종 이러한 유형의 약물을 간질에 유익하게 만듭니다. 글리신 수용체는 뇌에 더 국한되는 경향이 있지만 척수 및 기타 장소에서 찾을 수 있습니다. 일부 분자는 GABA(A) 수용체에 결합하지만 열지 않아 내인성 신경전달물질 자체에 의한 활성화를 차단합니다[12]. GABA(A) 수용체의 다양성은 각 채널이 다양한 개별 단백질 서브유닛(각 서브유닛은 별개의 단백질임)의 고유한 양으로 구성된다는 사실로 인해 증가할 수 있습니다. GABA(A) 수용체에 대한 6개의 알파 소단위 이소형이 있습니다(3개의 베타 및 3개의 감마 및 1개의 델타). 단일 서브유닛만이 리간드인 ACh에 결합할 수 있는 nAChR과 달리 모든 서브유닛에는 GABA 리간드 결합 부위가 있습니다.

그들의 mRNA 전사체는 또한 더 많은 다양성을 제공하기 위해 대안적으로 접합될 수 있습니다. 참고: 알려진 모든 이온 채널의 대부분은 GABA(A) 및 글리신 수용체와 같이 둘 이상의 단백질 소단위로 구성됩니다. 글리신 수용체는 또한 염화물 채널이지만 GABA 대신 글리신에 결합합니다. 글리신 및 GABA(A) 수용체는 모두 뉴런의 시냅스 후 막에서 발견되며 둘 다 아미노 말단이 세포 외부를 향하고 두 번째 말단이 있는 여러 개의 상동 하위 단위(각 하위 단위는 약 50KDa)로 구성된 올리고머로 구성됩니다. 기공을 라이닝하는 막횡단 나선(nAChR의 경우와 같이).

각 소단위는 nAChR 소단위와 달리 4개의 막에 걸친 나선으로 구성되어 있을 가능성이 높습니다. 글리신 수용체는 4개의 서로 다른 알파 소단위와 하나의 베타 소단위를 가지고 있습니다. GABA(A)와 글리신 수용체는 모두 억제 반응 생성에 관여하고 뉴런의 활동 전위를 약화시키고 아미노산 서열 유사성을 나타내는 역할을 합니다. 모든 소단위의 크기는 비슷합니다. 메모:
다양한 글루타메이트 수용체는 서열의 차이로 인해 완전히 다른 패밀리에 속합니다. 억제 수용체 차단은 경련을 일으킵니다. GABA(A) 수용체는 뇌에서 널리 발견됩니다. "놀라게 하는 질병"[13]이라고 하는 질병은 글리신 수용체 알파-1 소단위[14]의 돌연변이 형태에서 비롯됩니다. 이 장애를 가진 환자는 리간드인 글리신에 대한 이온 채널의 낮은 친화도로 인해 외부 자극에 대한 반응으로 근육이 경직되어 궁극적으로 뉴런에 대한 염화물 전도도가 낮아집니다. 이것은 특정 뉴런에 대한 염화물의 억제 효과를 감소시킵니다. Strychnine은 경쟁적 길항제 역할을 합니다. 그것은 글리신 수용체의 알파-소단위체에 결합합니다. GABA(A) 이온 채널과 같은 이러한 채널은 대부분 이종성 펜타머를 형성합니다. GABA(A)와 글리신 수용체는 모두 10~90pS 범위에서 염화물을 전도합니다. 둘 다 중탄산염 음이온도 전도합니다. 글리신 수용체는 GABA(A)와 달리 CNS 전체에서 발견될 수 있습니다. 참고: GABA와 글리신 신경 전달 물질은 주로 억제성 유형의 뉴런에 작용합니다.

나트륨 전압 개폐 이온 채널:
1978년, 이 채널은 전기 뱀장어 전기 기관에서 처음으로 정제되었습니다(Agnew et al.). 거의 2000개 아미노산 길이의 단일 펩티드인 것으로 밝혀졌습니다(그러나 서브유닛의 등가물에 해당하는 내부 반복이 있음). 그러나 포유동물의 골격근이나 뇌와 같은 다른 조직에서는 소단위체(전압 개폐 채널의 경우 4개 소단위체, 빠른 리간드 개폐성 수용체의 경우 5개 소단위체. GAP 접합부에는 6개가 있는 것으로 보인다. 이온 채널이 구성되는 하위 단위가 많을수록 각 이온에 대한 선택성이 떨어집니다. 이는 기공이 그에 따라 더 많은 하위 단위로 구성되기 때문일 수 있습니다.

전기 뱀장어의 채널은 또한 탄수화물(대부분 시알산과 N-아세틸글루코사민의 500개 당)이 중량의 30%이고 부착된 지방산이 6%인 것으로 밝혀졌습니다. 일부 나트륨 전압 개폐 채널에는 다양한 정도로 결합 및 억제하는 6가지 다른 종류의 신경독이 있을 수 있으며 각 독소는 다른 부위에서 결합하는 것으로 보입니다. 이는 이례적인 일입니다. 이러한 독소 중 일부는 펩티드로 분류되는 반면, 다른 독소는 알칼로이드, 고리형 폴리에테르, 에스테르 및 헤테로고리입니다. 대부분의 펩티드 신경독은 길이가 60-100개 아미노산으로 정의된 모양을 가정할 수 있지만 이상하게도 원뿔 껍질로 만든 펩티드 독소는 종종 10-30개 아미노산 길이에 불과합니다. 그들은 서로 이황화 결합을 형성하여 억제 작업을 수행합니다. 일반적으로 2개 또는 3개가 모여 이러한 더 큰 구조를 형성합니다.

전압 개폐 나트륨 채널은 뉴런의 활동 전위를 담당하고 전압 개폐 칼륨 채널은 막 전위를 정상으로 다시 설정하는 데 도움이 됩니다. 기공 크기는 다음과 같이 추정됩니다.

선택성 필터 영역의 경우 3x5A입니다. 칼륨 채널은 더 다양하지만, 나트륨 채널을 다른 조직(근육의 축삭 등)과 구별하기 위해 다른 단일 클론 항체에 대한 나트륨 채널 사이에 충분한 다양성이 존재하는 것도 사실입니다. 나트륨 채널은 칼슘 채널에 비해 빠르게 비활성화됩니다. 이것이 세포가 외부 자극에 대한 지속적인 반응을 위해 칼슘 이온을 사용하는 이유입니다. 이 가족의 다른 구성원: mH1, mH2, SCN4A(골격근), PN1, PN3, SkM1, RSMK, Kat1, EAG, ELK, Drk1[15],

단순 회로 신경: 신체 움직임의 제어

호모 사피엔스가 지구에 나타난 이후 인간은 동물의 행동을 관찰하고 예측하기 시작했습니다. 현재 동물의 행동이 생산되고 통제되는 방식에 대한 연구는 확실히 인간 행동의 패턴에 대한 탐색에 의해 동기가 부여됩니다. 그러나 행동의 기초에 있는 "하드웨어"는 뉴런 네트워크 또는 상호 연결된 뉴런 회로에 의해 형성됩니다. 미리 정해진 방식으로 연결된 전기 회로와 달리 신경망은 "고정 방식으로 설치"되지 않습니다. 사실, 신경망의 속성 중 하나는 가소성, 즉 경험에 대한 응답으로 기능적 관점에서 그리고 부분적으로는 해부학적 관점에서 변화하는 능력입니다. 가장 단순한 신경 회로는 아크 반사로 표현되며, 여기에서 감각 입력은 많은 시냅스를 통해 근육 수축을 결정하는 운동 출력을 생성하는 운동 뉴런으로 전달됩니다. 원시 반사 호는 효과기 세포에 직접 뿌리를 둔 감각 수용체에서 만들어졌다고 가정합니다. 선충류 Caenorhabditis elegans의 인두에서 실제로 운동 신호를 생성하는 자극을 인지하는 기능을 모두 수행할 가능성이 있는 세포가 확인되었습니다. 진화 과정에서 뉴런은 점점 더 많아지고 점점 더 복잡한 신경 회로와 신경계가 압축되어 중추 신경계를 형성합니다. 뉴런과 중추신경계 사이의 공간적 인접성은 개별 신경 세포 사이에 연결을 설정할 가능성을 높입니다. 또한 많은 뉴런이 중추신경계에 국한되어 있기 때문에 말초수용체와 이펙터는 긴 축삭의 감각과 운동을 통해 중추신경계와 연결된다. 현대 동물에서 매우 흔한 간단한 회로는 단일 시냅스 반사 호입니다.

이러한 유형의 반사 아크에서 중추신경계에 위치한 운동 뉴런이 있는 감각 뉴런(수용기) 시냅타는 근육(효과기)을 자극하므로 이 단순 반사의 세 가지 요소인 감각 뉴런, 운동 뉴런 및 근육 섬유. 감각 수용기가 자극에 의해 충분히 활성화될 때마다 운동 뉴런을 자극하고 차례로 반사 근육 수축을 제어합니다. 시냅스 후의 반사 경로는 훨씬 더 일반적이지만 중추 신경계에 국한된 하나 이상의 중간 뉴런이 감각 수용체와 운동 뉴런을 연결합니다. 진화 과정에서 동물 유기체는 점점 더 복잡해지고 병렬 개재뉴런은 점점 더 많아지고 그에 따라 행동의 복잡성도 증가합니다. 이는 고등 동물에서 매우 정교합니다.

신경망과 그 의미 형태 기능:

뉴런 간의 연결은 신경 컴퓨팅 아키텍처에서 구현된 것보다 훨씬 더 복잡합니다. 뉴런 사이의 기본 연결 유형은 화학적 시냅스와 전기적 간극 접합입니다. 뉴런이 작동하는 한 가지 원리는 신경 합산(neural summation)입니다. 즉, 시냅스 후 막의 전위는 세포체에서 합산됩니다. 축삭에서 뉴런의 탈분극이 임계값을 초과하면 활동 전위가 발생하여 축삭을 따라 말단 말단으로 이동하여 신호를 다른 뉴런으로 전송합니다. 흥분성 및 억제성 시냅스 전달은 주로 억제성 시냅스 후 전위와 흥분성 시냅스 후 전위에 의해 실현됩니다.

전기생리학적 수준에서 개별 시냅스(시냅스 가소성) 및 개별 뉴런(내재적 가소성)의 응답 특성을 변경하는 다양한 현상이 있습니다. 이들은 종종 단기 가소성과 장기 가소성으로 나뉩니다. 장기 시냅스 가소성은 종종 가장 가능성이 높은 메모리 기판으로 주장됩니다. 일반적으로 "신경가소성"이라는 용어는 활동이나 경험으로 인한 뇌의 변화를 나타냅니다. 연결은 시간적, 공간적 특성을 나타냅니다. 시간적 특성은 스파이크 의존적 시냅스 가소성(spike-dependent synaptic plasticity)이라고 하는 시냅스 전달의 지속적으로 수정된 활성 의존적 효능을 나타냅니다. 여러 연구에서 이 전달의 시냅스 효능이 시냅스 전 뉴런의 활동에 따라 단기적으로 증가(촉진이라고 함) 또는 감소(억제)할 수 있음이 관찰되었습니다. 장기 강화[17](LTP) 또는 우울증[18](LTD)에 의한 시냅스 효능의 장기적 변화 유도는 흥분성 시냅스 후 전위와 시냅스 후 활동 전위의 상대적인 시작 시간에 크게 의존합니다. . LTP는 다양한 생화학적 반응을 일으키는 일련의 활동 전위에 의해 유도됩니다. 결국 이 반응은 시냅스 후 뉴런의 세포막에 새로운 수용체의 발현을 일으키거나 인산화를 통해 기존 수용체의 효능을 증가시킨다.

활동 전위가 축색 돌기의 주어진 부분을 따라 이동한 후 전압 개폐 나트륨 채널(Na+ 채널) m 게이트가 닫혀서 h 게이트의 일시적인 개방이 차단되기 때문에 역전하는 활동 전위가 발생할 수 없습니다. 세포내 [Na+], 그리고 세포체를 향한 활동전위의 생성을 방지합니다. 그러나 일부 세포에서는 신경 역전파가 수상 돌기를 통해 발생하며 시냅스 가소성과 계산에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. 뇌의 뉴런은 시냅스 후 근육 세포의 수축을 자극하기 위해 신경근 접합부에 대한 단일 신호를 필요로 합니다. 그러나 척수에서는 발화를 생성하기 위해 최소 75개의 구심성 뉴런이 필요합니다. 일부 세포는 다른 세포보다 더 넓은 기간에 걸쳐 EPSP를 경험할 수 있기 때문에 이 그림은 뉴런 사이의 시간 상수의 변화로 인해 더욱 복잡해집니다. 발달 중인 뇌의 시냅스에서 시냅스 우울증이 특히 널리 관찰되는 동안 성인 뇌에서 촉진으로 변하는 것으로 추측됩니다.

수용 필드는 전체 시야 내의 작은 영역입니다. 주어진 뉴런은 수용 장 내에서 자극의 하위 집합에만 반응합니다. 이 속성을 튜닝이라고 합니다. 시각의 경우 초기 시각 영역에서 뉴런은 더 간단하게 조정됩니다. 예를 들어, V1의 뉴런은 수용 영역의 수직 자극에 대해 발화할 수 있습니다. 더 높은 시각 영역에서 뉴런은 복잡한 튜닝을 합니다. 예를 들어, 방추형 이랑에서 뉴런은 특정 얼굴이 수용 영역에 나타날 때만 발화할 수 있습니다. 또한 뇌의 많은 부분이 망막 이미지의 레이아웃과 공간적으로 밀접하게 일치하는 전기 활동의 시공간 패턴을 생성하는 것으로 알려져 있습니다(이것을 망막절단술이라고 함). 더 나아가 감각에서 비롯된 이미지와 내부적으로 생성된 이미지는 더 높은 수준의 피질 처리에서 공유된 온톨로지를 가질 수 있습니다. 뇌의 많은 부분에 대해 어떤 작업이 활동성과 관련이 있는지에 대한 특성화가 이루어졌습니다. 뇌에서 기억은 뉴런 네트워크 간의 활성화 패턴으로 표현될 가능성이 매우 높습니다. 그러나 이러한 표상이 어떻게 형성되고 검색되며 의식적 자각에 도달하는지 완전히 이해되지 않습니다. 인간 지능을 특징짓는 인지 과정은 주로 신경망을 구성하는 복잡한 시스템에서 복잡한 동적 특성의 출현 속성에 기인합니다. 따라서 이러한 네트워크에 대한 연구 및 모델링은 다양한 패러다임에서 광범위한 관심을 끌었으며 행동의 다양한 측면을 설명하기 위해 다양한 이론이 공식화되었습니다. 이들 중 하나(그리고 여러 이론의 주제)는 신경망의 특별한 속성으로 간주됩니다. 바로 복잡한 패턴을 학습하는 능력입니다.

신경계의 생명 공학.

방을 청소할 때 침대 밑에 숨어있는 먼지 토끼가 보이시나요? 어디에서 왔습니까? 먼지 토끼는 종종 우리가 움직일 때 떨어지는 죽은 피부 세포로 만들어지는 것을 알고 계셨습니까? 우리의 머리카락은 자라고, 손톱은 더 길어지고, 적혈구는 4개월마다 교체됩니다. 우리 몸의 이 모든 성장 영역에 대한 책임은 무엇입니까? 이러한 각 영역의 줄기 세포는 이러한 구조를 성장시키는 데 필요한 세포를 생산합니다. 어떤 면에서 줄기 세포는 다양한 유형의 세포를 대량 생산할 수 있는 공장과 같습니다. 피부의 줄기 세포는 4주마다 피부를 대체할 만큼 충분한 세포를 생성합니다. 혈액의 줄기 세포는 초당 250만 개의 적혈구를 생성합니다! 십대와 성인에서 줄기 세포는 신체의 거의 모든 조직에서 발견되며 성장하는 조직을 만들고 지속적으로 교체되는 세포가 있는 조직을 유지하는 데 사용됩니다. 줄기 세포는 우리의 뇌에서도 발견되며 일반적으로 성상교세포와 희돌기교세포[20](뉴런을 지지하는 세포와 뉴런을 감싸고 절연하여 장거리 정보를 보낼 수 있는 세포)라는 세포를 형성합니다. 연구자들은 신경줄기세포(중추신경계의 줄기세포)가 정상 뇌에서 그리고 부상과 질병 후에 하는 일을 연구하고 있습니다. 최근에 발표된 연구는 인간 배아 전구체에서 파생된 성상세포를 사용하여 쥐의 실험적 척수 손상을 재생하는 데 성공했습니다. 이러한 부상을 복구하기 위해 신경교를 사용하는 것은 첫 번째 연구가 아닙니다.
그것은 척수 손상을 재생하기 위해 신경교를 감싸는 후각 능력(실험 동물에서 놀라운 결과와 함께) 이전에 시도되었습니다. 그러나 이 연구는 강력한 재생과 가장 중요한 것은 부상 후 손실된 신체 움직임의 회복을 담당하는 성상교세포의 특정 하위 집단이 있다는 구별을 하기 때문에 이전 지식을 개선합니다.

연구자들은 동일한 전구체에서 다른 유형의 성상세포를 유도할 때 이러한 결론에 도달했습니다. 이를 위해 이러한 전구체는 배아 신경 조직에서 분리되고 다른 성장 인자에 따라 두 가지 유형의 성상 세포로 나뉩니다. 이러한 방식으로, 손상을 재생성할 수 있는 성상교세포의 한 하위 집단이 확인되었지만 다른 하위 집단은 그렇지 않습니다. 결과에서 알 수 있듯이 신경계를 복구하는 데 있어 모든 인간 성상세포가 평등하지는 않습니다. 임상적 의미는 분명합니다. 필요한 전구체를 얻는 것만으로는 충분하지 않으며, 이식 전에 확실히 치료하고 구체적으로 차별화해야 합니다. 이번 호에는 그 두 가지 예가 있습니다. "줄기 세포"에서 iPSC 과정에는 유전자 치료가 포함됩니다. 즉, 세포가 일반적으로 발현하지 않는 4가지 유전자를 발현(또는 활성화)시키는 것입니다. 같은 기사에서 줄기 세포가 그대로 남아 있을 때보다 더 많은 뉴로트로핀을 생성하도록 만드는 것은 유전자 치료입니다.

다행스럽게도 2006년 생명공학의 발전으로 배아줄기세포의 많은 특성을 유지하는 것처럼 보이는 세포를 만들 수 있게 되었습니다. Shinya Yamanaka라는 일본 교토의 과학자는 세포가 단 4개의 다른 유전자를 발현하도록 함으로써 성숙하고 전문화된 세포를 미성숙한 배아 줄기 세포와 같은 세포로 다시 프로그래밍할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 이 기술은 배아 줄기 세포처럼 행동하지만 모든 성숙한 세포 유형에서 만들 수 있는 유도 만능 줄기 세포(iPSC)를 만들었습니다. 이 생명공학적 발전의 의미는 엄청납니다. 잠재적으로 환자의 모든 세포는 배아 줄기 세포 없이도 환자 자신의 만능 줄기 세포를 만드는 소스로 사용될 수 있습니다. 줄기세포 치료가 성공하려면 기증자 줄기세포가 환자와 일치해야 합니다. iPSC의 생명 공학 혁신은 이 문제를 우회합니다. 이론적으로 의사는 환자의 피부 세포를 채취하여 성숙한 피부 세포에서 iPSC를 생성하고 이 iPSC가 환자에게 필요한 모든 유형의 세포가 되도록 지시할 수 있습니다.

신경퇴행성 질환에 대한 생명공학적 접근

치매는 60세에 1%에서 90세에 최소 35%로 유병률이 증가하는 노년층에서 가장 중요한 의학적 문제 중 하나로 점점 더 인식되고 있습니다[Ferri et al. 2005].[21] 치매의 스펙트럼 내에서 알츠하이머병(AD)은 가장 흔한 아형으로 전체 치매의 약 60%를 차지합니다. 이는 임상적으로 진행성 기억 및 방향 상실 및 판단 및 의사 결정 장애, 실행증 및 언어 장애 안정 시 떨림, 강직 및 자세 불안정을 포함한 기타 인지 결손을 특징으로 합니다. 현재 약 2,500만 명이 알츠하이머병을 앓고 있으며 600만 명 이상이 PD와 함께 살고 있는 것으로 추정됩니다. 매 7초마다 새로운 알츠하이머병 사례가 발생하고 36초마다 새로운 PD 사례가 발생합니다. "세포 요법"은 질병이나 부상을 치료하기 위해 세포 또는 조직 이식편을 사용합니다. 줄기 세포 치료의 치료 목표는 일반적으로 세포 대체 또는 환경 강화에 중점을 둡니다. 신경퇴행성 질환에 대한 세포 대체는 질병에서 소실된 특정 신경 아형의 유도 및 신경계의 영향을 받는 영역으로의 후속 이식을 포함합니다. 새로 이식된 뉴런은 질병으로 상실된 것과 유사한 신경망을 통합, 시냅스 및 요약할 수 있습니다.

대안적으로, 줄기 세포는 신경영양 인자를 생성하고, 독성 인자를 제거하거나, 영향을 받은 부위 주위에 보조 신경망을 생성함으로써 숙주 뉴런을 지원하기 위한 환경 강화를 제공할 수 있습니다. 환경 강화를 위한 많은 전략은 줄기 세포를 활용하여 질병 부위에서 신경 보호 성장 인자의 새로운 합성 및 전달을 제공합니다. 신경교 유래 신경 영양 인자(GDNF), 뇌 유래 신경 영양 인자(BDNF), 인슐린 유사 성장 인자-I(IGF-I) 및 혈관 내피 성장 인자(VEGF)[48]와 같은 성장 인자는 신경 퇴행성 질환을 보호합니다. 모델을 만들고 질병의 주요 초점에서 제자리 지원을 제공합니다.[22-25] 각 신경퇴행성 질병에 대한 세포 치료의 적절한 목표는 각 장애의 특정 신경 병리학에 기초해야 합니다. 세포 교체는 특정 신경 하위 집단이 손실되는 PD와 같은 질병에서 효과적일 수 있지만 ALS는 나머지 MN을 지원하기 위해 국소 척수 환경을 풍부하게 하는 세포 요법의 이점을 얻을 가능성이 가장 높습니다. 이식된 뉴런이 숙주 조직 내에서 얼마나 잘 통합되고 이동하는지, 그리고 축삭이 표적에 도달하기 위해 확장해야 하는 거리와 같은 요인은 신경퇴행성 질환에 대한 세포 요법의 잠재적 효능을 결정할 때 고려되어야 합니다.


결과

L-AChR을 재구성하려면 8개의 유전자가 필요합니다. 제노푸스 난모세포.

8개의 유전자가 생체 내에서 L-AChR 발현을 위해 필요하기 때문에 우리는 이종 시스템에서 기능적 발현을 위해 동일한 유전자 세트가 필요할 수 있다고 추론했습니다. 제노푸스 난모세포는 복잡한 cRNA 혼합물이 난모세포 세포질에 직접 주입될 수 있기 때문에 다량체 수용체를 발현하는 데 특히 적합합니다. 우리는 5개의 L-AChR 소단위 유전자에 해당하는 시험관 내 전사된 cRNA를 주입했습니다. 레브-1, 레브-8, unc-29, unc-38, 그리고 unc-63 그리고 3가지 부수적 요인 ric-3, unc-50, 그리고 unc-74. L-AChR의 강력한 발현은 주사 후 1 또는 2일에 얻어졌습니다. 100μM 아세틸콜린의 관류는 리간드 개폐 이온 채널을 포함하는 수용체에 대해 예상되는 바와 같이 빠른 활성화 및 비활성화 역학(용액 교환 속도에 의해 제한됨)과 함께 100nA에서 수 μA 범위의 큰 내부 전류를 유도했습니다(그림 1a). 1NS). 반응의 초기 급속 탈감작 성분은 제노푸스 난모세포(아래 및 그림 2 참조NS). Levamisole은 진폭이 더 낮지만 ACh와 유사한 반응을 유도한 반면 니코틴은 놀랍게도 효과가 없었으며, 이는 우리가 나중에 특성화했습니다. 종합하면, 이 데이터는 재조합 L-AChR이 다음에서 효율적으로 발현될 수 있음을 나타냅니다. 제노푸스 난모세포.

기능적 AChR의 발현 C. 엘레간스 ~에 X. 라비스 난모세포. (NS) 8개의 cRNA가 공동주입된 단일 난자 unc-29, unc-38, unc-63, 레브-1, 레브-8, ric-3, unc-50, 그리고 unc-74 ACh(100μM) 또는 levamisole(Lev, 100μM)에 의해 유도되지만 니코틴(Nic, 100μM)에 의해 유도되지 않는 큰 내부 전류를 표시합니다. (NS) 5개의 수용체 서브유닛(검은색 사각형)과 3개의 보조 인자(회색 사각형)의 동시발현은 L-AChR의 강력한 발현을 위해 필수적입니다. 전류는 피크에서 측정되었습니다. 모든 8개의 cRNA의 공동 주입에 대한 평균 피크 전류는 4.1 ± 3.7μA(N = 49). () 단일 난자 아크-16 그리고 ric-3 cRNA는 ACh(500μM) 또는 니코틴(500μM)에 의해 유도된 큰 일시적인 내부 전류를 표시하지만 levamisole(500μM)에 의해 유도되지 않습니다. (NS) 호모펜타머 ACR-16 니코틴에 민감한 AChR의 기능적 발현에는 보조 인자 RIC-3이 필요하지만 UNC-50 또는 UNC-74는 필요하지 않습니다. 전류는 피크에서 측정되었습니다. 의 공동 주입을 위한 평균 피크 전류 아크-16 그리고 ric-3 cRNA는 6 ± 4.2μA(N = 33). 모든 기록은 1mM 외부 CaCl로 이루어졌습니다.2. 막대 위의 숫자는 각 조건에 대해 기록된 난모세포의 수를 나타냅니다.

L-AChR은 칼슘 투과성이고 거시적 탈감작을 나타내지 않습니다. (NS) 모든 흔적은 L-AChR을 발현하는 단일 난모세포에서 나온 것입니다. 1mM 외부 CaCl에서2, ACh에 대한 응답은 탁월한 내부 피크 전류를 표시합니다. BAPTA를 주입하여 세포 내 칼슘을 킬레이트화하거나 낮은 양의 바륨(0.3mM)으로 세포외 칼슘을 대체하면 이 피크가 제거되고 ACh의 지속적인 적용 시 안정적인 반응이 나타납니다. (삽입) N-AChR은 BAPTA 주입 후에도 ACh(500μM)를 지속적으로 도포하면 심한 거시적 탈감작을 나타냅니다(N = 6). (NS) 비교 NS/V 1mM 또는 10mM 세포외 CaCl의 존재하에서 100μM ACh에 의해 유발된 L-AChR 반응의 관계2. L-AChR은 10mM 세포외 칼슘에 의해 강화되며 이 강화는 전체 전압 범위에서 발생합니다(N = 5, BAPTA 로딩 난모세포). () 대시 박스 영역의 확대 보기 NS 1mM에서 10mM 외부 Ca 2+(이 세포의 경우 1.6mV에서 3.4mV)로 전환하여 유도된 반전 전위의 오른쪽 이동을 보여줍니다.

L-AChR의 기능적 발현에 대한 각 유전자의 상대적 기여도를 테스트하기 위해 주입 혼합물에서 cRNA를 단독으로 또는 조합하여 제거했습니다. 생체 내 상황과 유사하게 5개의 수용체 서브유닛 중 1개 이상이 생략되면 기능적 수용체가 사실상 제거되어 ACh 유도 전류가 97% 이상 감소했습니다(그림 1).NS). 놀랍게도, 3개의 보조 단백질 RIC-3, UNC-50 및 UNC-74가 없을 때 5개의 수용체 서브유닛의 공동 주입은 측정 가능한 전류를 생성하지 못했습니다. 그런 다음 5개의 L-AChR 소단위와 3개의 보조 인자 중 2개만 주입하여 개별 보조 단백질에 대한 요구 사항을 테스트했습니다. UNC-50 또는 UNC-74를 제거하면 반응 진폭이 전체 cRNA 세트로 얻은 반응의 10% 미만으로 감소한 반면, RIC-3을 제거하면 약간 더 크고 다양한 반응이 나타났습니다(그림 1NS). 따라서 이러한 데이터는 기능적 L-AChR의 발현을 위한 이러한 보조 단백질의 중요한 요구 사항을 보여줍니다. 제노푸스 난모세포.

L-AChRs의 표현 요구 사항 때문에 제노푸스 난모세포는 생체 내 상황과 유사하므로 이것이 N-AChR의 발현에도 해당되는지 여부를 테스트했습니다. ACR-16 cDNA 단독 주입은 다음에서 기능적 AChR을 생성하는 것으로 보고되었습니다. 제노푸스 난모세포이지만 작은 전류만 생성합니다(보통 -100mV에서 <200nA)(10, 18). 때문에 ric-3 N-AChR 발현을 위해 생체 내에서 필수적인 것으로 입증되었으며(13), 우리는 공동 주입했습니다. 아크-16 그리고 ric-3 cRNA. 발현 1일 후, 우리는 큰 아세틸콜린 유도 전류(-60mV에서 >1μA)를 기록했습니다(그림 1). 이러한 재조합 수용체는 니코틴에 의해 활성화되고 levamisole에 둔감하기 때문에 N-AChR의 예상되는 특성을 가졌습니다. 놀랍게도, 우리는 어떤 중요한 전류도 측정할 수 없었습니다. ric-3 cRNA는 생략하였다(Fig. 1NS). UNC-50 및 UNC-74는 L-AChR의 발현을 향상시키기 때문에 제노푸스 oocytes, 그들은 또한 N-AChR 발현을 향상시킬 수 있습니다. 그러나, 의 공동사 unc-50 그리고 unc-74 cRNA와 함께 ric-3 N-AChR 발현을 더 이상 향상시키지 않았습니다. 이 결과는 in vivo 상황과 일치합니다. unc-50 그리고 unc-74 N-AChR 발현에 영향을 미치지 않음 C. 엘레간스에서 (17) (J.E.R. 및 E. M. Jorgensen, 미공개 데이터). 종합하면, 이러한 결과는 C. 엘레간스 AChR은 다음에서 달성할 수 있습니다. 제노푸스 제공함으로써 난모세포 C. 엘레간스 AChR의 소단위 이외에 보조 단백질. 놀랍게도, 표현 요구 사항은 제노푸스 난 모세포는 AChR 발현의 유전학을 요약합니다. C. 엘레간스.

L-AChR은 칼슘 투과성이고 거시적 둔감화를 나타내지 않습니다.

척추동물에서 AChR은 칼슘 이온에 대한 투과성이 다른 비선택적 양이온 채널을 형성합니다. 근육 nAChR은 칼슘에 약하게만 투과되는 반면, 신경 AChR은 소단위 구성에 따라 달라지는 상당히 높은 칼슘 투과성을 나타냅니다(19-22). 에 C. 엘레간스, L-AChR의 칼슘 투과성은 탐구되지 않은 채로 남아 있습니다.

칼슘이 재조합 L-AChR에 침투할 수 있는지 여부를 테스트하기 위해 외부 Ca 2+(1mM)를 Ba 2+(0.3mM)로 교체하고 초기 과도 피크 응답의 완전한 소멸과 함께 전류 진폭의 강력한 감소를 관찰했습니다. 그림 2NS). 때문에 제노푸스 난모세포는 Ca 2+에 의해 활성화되지만 Ba 2+에 의해 활성화되지 않는 염화물 채널을 발현하는 것으로 알려져 있습니다(23). 우리의 결과는 1mM Ca 2+에서 ACh에 의해 유발된 피크 전류의 많은 부분이 내인성 염화물 채널에 의해 운반된다는 것을 시사합니다. L-AChR 채널을 통해 흐르는 Ca 2+의 유입에 이차적으로 활성화됩니다. 이 가설은 칼슘 킬레이트제 BAPTA의 세포내 주입이 1mM 외부 Ca 2+에서 피크 반응을 완전히 제거한다는 것을 입증함으로써 확인되었습니다(그림 2).NS). 다음으로, 외부 Ca 2+ 농도를 1mM에서 10mM으로 증가시켰을 때 ACh-유도 전류의 역전위의 변화를 측정하여 L-AChRs의 상대적인 Ca 2+ 투과성을 정량화하였다. 이러한 조건에서 반전 전위는 1.7 ± 0.3mV(N = 4) ~ 3.7 ± 0.5mV(N = 4) (그림 2 NS 및 C). 일정한 장 이론에 따르면, 이러한 반전 전위의 이동은 투자율 비율에 해당합니다. NS/NS ≈0.6의 (참조 재료 및 방법), 배아 척추동물 근육 수용체(0.1-0.3)와 뉴런 AChR의 중간 값[≥1-2(22, 24)].

전류 트레이스의 검사는 또한 L-AChR 응답이 전압 독립적인 방식으로 외부 칼슘에 의해 향상됨을 보여주었습니다(그림 2NS). 이 조절 효과는 척추동물의 신경 AChR에 칼슘이 가하는 긍정적인 알로스테릭 효과를 연상시킵니다(20, 21). L-AChR의 추가 특성은 명백한 거시적 둔감화가 없다는 것입니다. 실제로, Ca 2+ -활성화된 염화물 전류가 BAPTA 주입에 의해 침묵되는 조건에서 ACh 적용 시 안정적인 반응이 기록됩니다(그림 2).NS). 이것은 BAPTA 주입 후에도 N-AChR에서 관찰된 심한 둔감화와 현저한 대조를 이룹니다(그림 2).삽입).

L-AChR의 약리학.

재조합 L-AChRs의 약리학적 프로파일은 콜린성 작용제와 길항제를 사용하여 특성화되었습니다. Levamisole(100μM)은 ACh에 대한 반응성을 테스트한 모든 세포에서 내부 전류를 유도했습니다(그림 3).NS). 그러나 levamisole에 대한 반응은 100μM ACh를 가진 동일한 난모세포에서 얻은 반응보다 일관되게 작았으며, 이는 levamisole이 L-AChR을 활성화하는 데 ACh만큼 효율적이지 않을 수 있음을 시사합니다. 콜린성 작용제로 알려진 또 다른 구충제인 Pyrantel도 L-AChR을 활성화할 수 있었습니다. 그러나 100μM pyrantel로 얻은 전류는 동일한 농도의 levamisole 또는 ACh에 의해 유도된 전류보다 훨씬 작았습니다(그림 3).NS). 놀랍게도, 이온성 AChR의 원형 작용제인 니코틴은 100 또는 500μM에서 적용될 때 L-AChR에 작용 효과가 거의 없었습니다(그림 1).NS 그리고 3NS). 니코틴 유도 전류는 매우 높은 수준의 L-AChR을 발현하는 난모세포에서만 감지할 수 있었습니다. ACh 유발 피크 전류가 7-15μA에 도달했을 때 니코틴 유도 반응은 ACh 유도 반응의 평균 1% 미만이었습니다(0.55 ± 0.21%, N = 4).

L-AChR의 작용제 약리학. (NS) (왼쪽) Acetylcholine, levamisole 및 pyrantel은 L-AChR을 활성화하지만 니코틴은 활성화하지 않습니다. 작용제의 농도는 각 응용 프로그램 위에 표시됩니다. 흔적은 단일 난모세포에서 나온 것입니다. (오른쪽) 100μM ACh(고원 값)에 대한 전류: 100μM levamisole 38 ± 6%(N = 6), 100μM 피란텔 6.1 ± 0.7%(N = 6), 500μM 니코틴 0.55 ± 0.21%(N = 4). (NS) ACh 및 levamisole에 대한 용량-반응 곡선. 500μM levamisole의 값은 이 농도에서 전압 의존적 차단으로 인해 적합에서 제외되었습니다. () 고농도의 levamisole은 L-AChR의 전압 의존성 채널 차단을 유발합니다. BAPTA가 주입된 난모세포는 100μM 또는 500μM levamisole이 있는 상태에서 전압 램프를 받았습니다.N = 5). (삽입) 100 μM 및 500 μM 레바미솔에 의해 유발된 L-AChR 반응의 대표적인 흔적. 500μM levamisole의 세척 후 전류의 반동은 기공 차단 부위에서 levamisole의 결합 해제가 작용제 부위에서 levamisole의 결합 해제보다 빠르기 때문에 아마도 발생합니다. (NS) 레바미솔 유발 반응의 농도 의존적 ​​세척 역학. 다른 작용제 농도의 단일 난모세포에서 얻은 ACh 또는 levamisole 흔적을 작용제 세척 직전에 측정된 현재 수준으로 먼저 정규화한 다음 중첩했습니다. ACh 유발 반응은 고전적인 농도와 무관한 세척 역학을 나타내지만 levamisole 유발 반응의 세척 시간 과정은 levamisole 농도가 증가함에 따라 증가합니다.

아세틸콜린 및 레바미솔에 대한 L-AChR의 상대적 민감도를 비교하기 위해 전체 용량-반응 실험을 수행했습니다(그림 3NS). 아세틸콜린 EC50 26.0 ± 3.2 μM(N = 13) 및 힐 계수 1.05 ± 0.06. 이 EC50 값은 N-AChR[31 ± 0.5μM(N = 6) 지원 정보(SI) Fig. S1], 그러나 Hill 계수는 N-AChR에 대해 상당히 더 높은 것으로 추정되었습니다(2.4 Fig. S1). 레바미솔 EC50 10.1 ± 1.8 μM(N = 6), 이는 levamisole이 L-AChR을 활성화하는 데 ACh보다 약간 더 강력함을 나타냅니다. 그러나 그 효능은 ACh보다 현저히 낮았다. 100μM의 포화 레바미솔 농도에서 레바미솔 유도 전류 진폭은 평균적으로 35 ± 2%(N = 6) 포화 ACh에서 기록된 것(그림 3)NS). 매우 높은 levamisole 농도(500μM)에서 levamisole의 추가적인 길항 효과가 가려지지 않을 수 있습니다(그림 3NS). 이 억제는 양전하를 띤 levamisole 분자에 의한 개방 채널 차단으로 인한 것 같습니다(10, 25, 26). 이 가설을 테스트하기 위해 우리는 전압 램프를 수행하고 500μM levamisole이 L-AChR 반응의 약간의 전압 의존적 차단을 생성한다는 것을 보여주었습니다(그림 3). 그러나 100μM levamisole에서는 채널 차단이 나타나지 않았으며, 이는 채널 차단만으로는 L-AChR에 대한 levamisole의 부분적 효능을 설명할 수 없음을 나타냅니다. ACh와 levamisole 반응 사이의 또 다른 두드러진 차이점은 세척 속도론이었습니다(그림 3).NS). ACh 유발 반응은 고전적인 농도와 무관한 세척 역학을 나타내었지만, levamisole 유발 반응의 세척 시간 경과는 levamisole 농도가 증가함에 따라 점점 더 느려졌습니다. 현저하게, 500μM levamisole에서 현재 세척은 매우 느려서 완전한 회복을 위해 몇 분이 필요했습니다. levamisole의 이러한 오래 지속되는 효과는 L-AChR에 대한 levamisole 분자의 복잡한 상호 작용 방식을 암시합니다(참조 논의).

L-AChR의 길항제 스펙트럼을 결정하기 위해, 우리는 다양한 종류의 AChR의 ACh 반응을 억제하는 5가지 화합물을 테스트했습니다. d-Tubocurarine(dTC), methyllycaconitine(MLA) 및 hexamethonium(Hex)은 각각 ACh 유발 반응을 억제했습니다(그림 4). 대조적으로, α-붕가로톡신(α-BgTx) 및 디히드로-β-에리트로이딘(DHβE)은 생체내 내인성 L-AChR과 유사한 길항 효과가 거의 없었다(9). 결합 평형에 도달하는 데 필요할 수 있는 α-BgTx(100 nM, 30분 배양)를 장기간 적용해도 L-AChR 반응을 억제하는 데 효과가 없었습니다[7.6 ± 1%(N = 7)].

L-AChR의 길항제 약리학. 100μM ACh에 의해 활성화된 L-AChR은 100μM dTC(96 ± 1% N = 7), 10μM MLA(39 ± 8% N = 5) 및 100μM Hex(30 ± 2% N = 5). 대조적으로, 100nM α-BgTx 및 10μM DHβE는 매우 약한 억제(7 ± 1%, N = 5 및 6 ± 1%, N = 각각 5).

이러한 결과는 L-AChR이 독특한 약리학적 프로파일을 가지며 levamisole이 천연 작용제 아세틸콜린과 비교하여 매우 뚜렷한 작용제 특성을 갖는다는 것을 나타냅니다.

니코틴은 L-AChR의 알로스테릭 억제제입니다.

위에 제시된 실험에서 우리는 니코틴이 재조합 L-AChR을 활성화할 수 없음을 관찰했습니다(그림 1NS 그리고 3NS). 이것이 L-AChR의 고유한 특성이지 재조합 수용체의 독특한 특성이 아닌지 테스트하기 위해 우리는 L-AChR의 니코틴 반응을 분석했습니다. C. 엘레간스 근육 세포. 우리는 다음을 포함하는 이중 돌연변이 균주를 사용했습니다. 아크-16-니코틴에 민감한 N-AChR(12)을 제거하는 null 돌연변이, 13세 시냅스 전 소포 방출을 차단하는 유전자 (27). 우리는 이러한 이중 돌연변이 균주에서 니코틴 적용 시 기록된 모든 전류가 시냅스 후 L-AChR 활성화에 기인할 수 있고 시냅스 전 AChR의 활성화에 기인할 수 없다고 예상합니다. 이중 돌연변이 동물의 근육 세포가 기록되었을 때 니코틴 적용 후 측정 가능한 반응이 감지되지 않았습니다(그림 5NS). 대조적으로, levamisole 적용에 대한 반응은 대조군 동물의 levamisole 반응과 구별할 수 없었습니다(그림 5NS 또한 참조를 참조하십시오. 11 및 26). 이러한 결과는 천연 및 재조합 L-AChR이 니코틴에 의해 활성화될 수 없음을 공유한다는 것을 보여줍니다.

니코틴은 주로 L-AChR의 알로스테릭 억제제로 작용합니다. (NS) 니코틴은 생체 내에서 L-AChR을 유의하게 활성화하지 못합니다. 전체 세포 녹음에서 C. 엘레간스 체벽 근육, 둘 다 부족한 긴장 아크-16 그리고 13세 와 달리 니코틴에 반응을 보이지 않는다. 13세 돌연변이[500μM 니코틴에 대한 반응의 평균 진폭은 21 ± 11pA(N = 4) 및 420 ± 80pA(N = 4), 각각]. (NS) 대조적으로, levamisole에 대한 반응은 이 2가지 균주 간에 구별할 수 없습니다[500μM levamisole에 대한 반응의 평균 진폭은 155 ± 37pA였습니다.N = 4) 및 134 ± 22pA(N = 4), 각각]. () ACh에 의해 유발된 반응은 용량 의존적 방식으로 니코틴에 의해 억제됩니다. 100μM ACh에 의해 유발된 반응 억제 비율은 26 ± 2%(N = 6) 100μM 니코틴 및 93 ± 3%(N = 6) 500μM 니코틴의 경우. (NS) 니코틴 억제는 전압 의존적이지 않습니다. 500μM 니코틴이 있거나 없는 100μM ACh에서 전압 램프(-70 ~ +50mV). 니코틴 억제는 전체 전압 범위(N = 10, BAPTA 주입 난모세포). (이자형) 니코틴은 ACh 민감도에 약간의 영향을 미칩니다. ACh 용량-반응 곡선은 300μM 니코틴 유무에 관계없이 수행되었습니다. 니코틴이 없을 때 EC50 그리고 N시간 ACh의 경우 26 ± 3 μM 및 1.05 ± 0.06(N = 6–13), 각각. 니코틴이 있을 때 EC50 그리고 N시간 ACh의 경우 58 ± 3μM 및 1.23 ± 0.06(N = 5), 각각.

다음으로 니코틴이 L-AChR 길항제로 작용할 가능성을 테스트했습니다. 놀랍게도, 500μM 니코틴은 ACh 적용에 의해 유발된 전류에 대한 강력한 억제 효과가 있었습니다(그림 5). 이 억제는 거의 전적으로 전압 독립적인 것으로 보입니다(그림 5NS), 직접 채널 차단의 결과가 아님을 시사합니다. 또는 니코틴이 ACh의 경쟁적 길항제로 작용할 수 있습니다. 그러나 300μM 니코틴이 있는 상태에서 아세틸콜린 용량-반응 실험을 수행한 결과 니코틴이 ACh에 대한 겉보기 친화력에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다(ACh EC의 <2배 증가50 300μM 니코틴 그림 5이자형). 종합하면, 이러한 결과는 니코틴이 주로 음성 알로스테릭 메커니즘을 통해 L-AChR을 억제한다는 것을 나타냅니다.


요약

노쇠는 신경근 노화의 특징입니다. 여기에서 우리는 선충을 사용하여 신경근 노화에 대한 시냅스 전후 기능 장애의 상대적인 기여에 대한 통찰력을 제공합니다. Caenorhabditis elegans. 의 분석 C. 엘레간스 운동성은 노화 동안 급격한 감소를 강조합니다. 우리는 약리학 적 분석의 새로운 배포를 설명합니다. C. 엘레간스 노화 동안 감소된 운동성을 뒷받침하는 시냅스 전후 기능 장애를 해결하기 위한 신경근 기능. 콜린성 작용제인 levamisole과 콜린에스테라제 억제제인 ​​aldicarb는 전체 벌레 수축을 유도하고 1일에서 16일 사이의 신경근 완전성을 직접 비교할 수 있게 했습니다. 약물 유발 수축의 신속성과 크기는 신경근 신호의 척도를 제공하는 반면 levamisole과 aldicarb의 차이는 시냅스 전 효과를 강조합니다. 시냅스 전 신경근 전달은 야생형에서 생후 1일에서 5일 사이에 증가했지만 인슐린/IGF1 수용체 돌연변이체에서는 증가하지 않았습니다 다프-2 (e1370). 흥미롭게도, 오래된 벌레에서 인슐린 의존적 효과의 역할에 대한 증거는 없었습니다. 특히 16일령의 벌레는 자발적인 움직임이 거의 없었지만 두 약물에 의해 생성된 최대 수축은 변하지 않았습니다. 종합하면 데이터는 인슐린 신호 전달의 유전적 감소 후 손실되는 조기 노화 동안 시냅스 전 기능 및/또는 상류 요소의 성숙을 뒷받침합니다. 또한, 이 실험적 접근 방식은 반직관적인 현상을 보여주었습니다. 즉, 노화된 벌레에서 운동성이 없음에도 불구하고 신경근 강도가 유지됩니다.


논의

α에 대한 단서를 제공하기 위해1달팽이관에서 의 고도로 투기적인 역할, 본 연구는 α의 시공간적 발현 패턴을 평가하기 위해 설계되었습니다.1 달팽이관에서 기능적 α를 테스트하기 위해1-HC에 nAChR을 포함하고 α의 가능한 역할을 테스트하기 위해1원심성 시냅스 형성 및 기능의 -nAChR. α의 발병1-발현, ACh 반응 및 원심성 시냅스 기능은 출생 후 초기 IHC에서 일치하는 것으로 밝혀졌습니다. 약리학적 실험은 α 외에 기능적 "근육형" nAChR의 가능성을 배제했습니다.9- IHC에 nAChR 포함. α에서1-결핍 마우스, E18에서 코르티 기관에서 원심성 신경 분포의 명백한 변화가 감지되지 않았습니다. 가장 중요한 것은 ACh 반응과 원심성 시냅스 기능이 α1이 결핍된 마우스의 IHC에 존재하여 α가1 nAChR의 조립 및 막 표적화 또는 HC의 원심성 시냅스 형성에 필요하지 않습니다.

Α의 시공간적 표현1- 달팽이관 HC의 mRNA.

IHC와 OHC 모두에서 α의 발현 시작1-mRNA는 ACh 반응 및 원심성 시냅스 기능의 시작과 일치했습니다. IRES 시퀀스와 함께 여기에 사용된 di-cistronic 리포터 시스템은 α의 직접적인 정량 분석을 허용하지 않습니다.1-표현 수준. 그러나 그것은 여전히 ​​α의 시간 경과를 보여줍니다.1- IHC와 OHC의 발현은 다릅니다. 정점 OHC에서 α1-mRNA는 시냅스 기능이 시작되는 동안(P4에서 P12까지) 일시적으로만 나타나며 검출 역치 이하로 하향 조절되는 반면 OHC 원심성은 일생 동안 계속 기능합니다. GeneChip 마이크로어레이 분석에 의해 연구된 OHC 전사체는 25-30일령 CBA/J 마우스에서 IHC보다 낮은 수준에서 여전히 α1 전사체의 존재를 보여줍니다(Liu et al. 2014). 따라서 전사 수준의 하향 조절에도 불구하고 α1이 성인 OHC에서 기능할 수 있는지 여부는 불분명합니다. 마찬가지로 근육에서 α1-, β1-, δ- 및 γ-nAChR 소단위는 신경분포 전에 분화된 근관에서 강하게 발현되지만 그들의 mRNA와 단백질은 신경분포 후에 빠르고 극적으로 감소한다(Albuquerque and McIsaac 1969 Evans et al. 1987 Goldman et al. 1985 Klarsfeld and Changeux 1985 Merlie et al. 1984 Merlie and Kornhauser 1989 Moss et al. 1987 Shieh et al. 1987 리뷰, Duclert and Changeux 1995 Hall and Sanes 1993). 그러나 극적으로 감소된 발현 수준에도 불구하고, α1 분명히 성인 근육에서 기능적입니다.

OHC에서 관찰된 바와 같이, α1- 정점 IHC의 발현은 P0-P4에서 시냅스 기능이 시작되는 동안 상향 조절됩니다. 청력 발병 직후, 출생 후 2-3주에 IHC는 원심성 신경 분포를 잃습니다(Katz et al. 2004 Marcotti et al. 2004 Shnerson et al. 1981). 이 탈신경 후, α1-발현은 최소 6개월 동안 지속되며 일부 IHC에서는 18개월에도 여전히 검출 가능합니다. 유사하게, α9-발현은 원심성 기능 상실 후에도 IHC에서 유지됩니다(Luo et al. 1998 Morley and Simmons 2002 Simmons and Morley 1998 2011 Zuo et al. 1999). 이에 반해 α의 표현은10 SK2 채널뿐만 아니라 IHC 원심성 신경 분포의 존재와 상관 관계가 있으며 청력 발병 후 사라집니다(Dulon et al. 1998 Katz et al. 2004 Morley and Simmons 2002 Simmons and Morley 2011).

원심성 시냅스 형성과 관련하여 여기에서 테스트된 달팽이관 기능은 α가 없는 경우 어떤 표현형도 나타내지 않았습니다.1-nAChR 및 따라서 이러한 실험은 IHC와 OHC가 다른 α를 가질 수 있는 이유에 대한 질문을 해결하지 못했습니다.1-표현 패턴. 매우 투기적인 아이디어는 α1- 및 α9-IHC의 mRNA 발현은 IHC가 신경 분포를 잃은 후에도 높게 유지되어 성인에서 원심성 접촉을 새로 형성할 수 있는 능력을 제공하는 상태로 돌아갑니다. 실제로, 노화된 C57BL/6J 마우스의 IHC에서 원심성 말단 및 기능적 원심성 시냅스 활성이 다시 나타나는 것으로 밝혀졌고(Lauer et al. 2012 Zachary and Fuchs 2015), 기니피그 IHC에서는 원심성 말단이 AMPA 후에 다시 나타나는 것으로 밝혀졌습니다. -유도된 흥분독성(Ruel et al. 2007).

Α인가1 HC에서 기능적 nAChR의 일부?

α의 표현 외에1, α의 mRNA2-, α3-, α4-, α5-, α6-, α7-, β1-, β2-, β4-, γ- 및 δ-nAChRs 소단위는 HC에서 발견되었으며(Cai et al. 2015 Scheffer et al. 2007, 2015 Shen et al. 2015) 태아 근육과 유사한 nAChR, (α1)2β1γδ, 또는 α의 다른 조합1- nAChR을 포함하는 것은 출생 후 HC에 존재할 수 있습니다. 그러나 (±)-아나톡신 A, (±)-에피바티딘, DMPP 또는 (-)-니코틴을 포함한 근육 nAChR의 작용제는 기능적 "근육형" nAChR의 존재에 대해 주장하면서 IHC에서 어떠한 반응도 활성화하지 않았습니다. α 외에9α10. 또는 α1 γ는 아마도 α를 포함하는 다른 소단위와 연관될 수 있습니다9 및/또는 α10 새로운 유형의 nAChR을 형성합니다. 그러나 그러한 가상의 수용체에는 α가 포함되지 않습니다.1특정 α로서 근육에서 발견되는 γ-인터페이스1γ-인터페이스 차단제 αA-OIVA(Teichert et al. 2008 Teichert et al. 2004)는 HC의 ACh 반응에 영향을 미치지 않았습니다.

현재로서는 α가 다음과 같은 경우 테스트에 사용할 수 있는 추가 약리학적 도구가 없습니다.1 HC에서 새로운 유형의 nAChR의 일부입니다. α의 공동 발현1 α와 함께9 또는 α9α10 난모세포에서는 α와 비교하여 유의한 차이를 나타내지 않았다.9 또는 α9α10 발현 단독 또는 EC에 관한 HC 반응과 비교50, 동역학 또는 칼슘 투과성(Elgoyhen et al. 2001 Gomez-Casati et al. 2005 Scheffer et al. 2007 Sgard et al. 2002 Verbitsky et al. 2000). 그러나 이러한 공발현 실험에는 γ, δ, β와 같은 다른 소단위가 포함되지 않았습니다.1, β2, 또는 β4, α를 형성하는 데 필요할 수 있음1-포함 채널.

또는 α의 표현이 가능합니다.1- 전사는 막에 기능적 단백질의 존재로 이어지지 않습니다. 이것은 원칙적으로 형광성 α-붕가로톡신 라벨링 또는 항체 라벨링으로 테스트할 수 있습니다. 그러나 α-bungarotoxin은 α를 모두 인식합니다.1 그리고 α9α10 (Anderson and Cohen 1977 Elgoyhen et al. 1994, 2001 Lee et al. 1967) 그리고 저자가 아는 한, α를 특이적으로 인식하는 항체는 없습니다.1 달팽이관 조직에서. 달팽이관 이외의 다른 조직에서 특이성을 나타내는 여러 항체가 여기에서 테스트되었으며 달팽이관 조직에서 비특이적인 것으로 밝혀졌습니다(재료 및 방법 참조). 이러한 방법론적 결함과 HC가 제공하는 제한된 양의 생물학적 물질로 인해 nAChR 소단위 구성을 확인하기 위한 공동면역침전 및 단백질 미세시퀀싱 접근법이 아직 수행되지 않았습니다. 따라서 여기의 연구는 α가1-nAChR 단백질은 IHC 막에서 발현됩니다.

다른 nAChR의 활성화에 중요한 공유 전사 인자가 크르나1 따라서 표현의 본질은 거짓이고 기능적으로 관련이 없는 α를 생성할 수 있습니다.1- IHC에서 nAChR mRNA. 그러나 α의 mRNA 발현 수준은1-nAChR은 출생 후 첫 주 동안 α와 같은 크기입니다.9 그리고 α10 (Cai et al. 2015 Scheffer et al. 2015 Shen et al. 2015).

흥미롭게도, HC 발달과 분화에 필요하고 충분한 전사 인자 Atoh1/Math1(Bermingham et al. 1999)(Kawamoto et al. 2003 Woods et al. 2004 Zheng and Gao 2000)은 직접 조절하는 전사 인자 중 하나입니다. α를 코딩하는 유전자의 발현1 그리고 α10 HC에서 (Cai et al. 2015 Scheffer et al. 2007). 같이 아토1 HC에서의 발현은 일시적이며(출생 후 하향 조절됨) α의 발현1- 및 α10-mRNA는 각각 성숙한 IHC와 OHC에 존재하며, Atoh1은 이러한 소단위의 발현에 관여하는 전사 인자 중 하나일 가능성이 높습니다(Groves et al. 2013). α를 코딩하는 유전자에 대해 발견된 바와 같이1 그리고 α10, 후보 컨센서스 Atoh1 결합 부위(AtEAM이라고 하는 확장 E-box 포함 서열)도 α를 코딩하는 유전자의 전사 시작 부위의 5kb 내에 존재합니다.9-, β2-, 그리고 β4-nAChR 서브유닛은 모두 P1의 HC에서 고도로 발현되며(Cai et al. 2015 Klisch et al. 2011), 이들의 발현이 Atoh1에 의해 부분적으로 조절될 수도 있음을 시사합니다.

Α인가1 원심성 시냅스 형성에 관여?

α의 가능한 역할 외에도1 기능적 막 결합 수용체에서 α1 또한 신호 전달 경로에서 작용하거나 α에 대한 샤페론(chaperone)으로 작용할 수 있습니다.9α10 예를 들어 조립을 더 효율적으로 만듭니다. 또는 α1 원심성 시냅스 형성과 관련된 스캐폴딩 기계의 일부일 수 있습니다. 실제로, 신경근 접합부에서 nAChR의 조립, 클러스터링 및 국소화에 필수적인 핵심 분자인 RIC-3, rapsyn 및 MuSK는 HC에서도 검출되었으며(Osman et al. 2008), 이는 시냅스 형성에 대한 유사한 분자 메커니즘이 있음을 시사합니다 α의 참여를 포함하여 두 시스템 모두에 적용될 수 있습니다.1 및 γ(Sanes and Lichtman 2001 Wu et al. 2010).

그러나 α에서1-넉아웃 마우스, E18에서 IHC 원심성 신경 분포 패턴의 명백한 변화가 감지되지 않았고 ACh 및 기능적 원심성 시냅스에 대한 양성 반응이 발견되었으며 SK2 채널에 대한 커플링을 포함하여 α가1 기능적 nAChR의 발현, 막으로의 수송, SK2와의 커플링, 원심성 시냅스 형성에 필요하지 않습니다. 대조적으로 근육에서는 α가 부족하다.1 쥐(An et al. 2010)와 zebrafish(ortholog)에서 볼 수 있듯이 자발적인 소형 및 신경 유발 종판 전위의 완전한 부족으로 이어집니다. nic-1) (Westerfield et al. 1990). α 없이1, 마우스 횡격막 근육은 증가된 운동뉴런 수와 광범위한 신경 분기와 함께 과신경분포를 나타냅니다(An et al. 2010). 그러나 HC에서는 α9 그리고 α1 서로를 보상하고 신경 분포의 변화를 방지할 수 있습니다. α가 결핍된 마우스에서9-발현(Vetter et al. 1999), OHC에서 원심성 시냅스 활성이 감지되지 않았지만(Vetter et al. 2007), OHC 원심성 신경 분포는 원심성 종말의 감소된 수와 약간 비대해진 형태로 몇 주에 걸쳐 유지됩니다(Murthy et al. 2009a,b). 유사하게, 신경 분포의 가능한 변화는 α의 OHC 영역에서 테스트되어야 합니다.1-조건부 녹아웃 마우스. 한 가지 가능성은 α1 α가 없을 때 원심성 신경 분포를 유지하는 데 기여합니다.9. 이러한 가설은 α에 대해 미래에 테스트할 수 있습니다.19- 조건부 이중 녹아웃 마우스.