神经生物学-4 神经元之间的信息传递-电突触传递

辽宁师范大学生命科学学院第四讲神经元之间的信息传递辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院一、缝隙连接与电传递GapJunction&ElectricalSynapticTransmission辽宁师范大学生命科学学院1.电传递和电突触辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院电突触传递特点（1）双向性传递（但有些具有整流作用的电突触，如螯虾腹神经索、海兔和水蛭的神经系统、鱼脑干中的毛特纳氏细胞等只允许兴奋以电紧张的形式从突触前传到突触后，为单向电传递)（2）电突触两侧细胞膜可同时去极化，离子直接通过突触后膜；（3）由于其低电阻的特性，因而传递速度非常快，几乎不存在潜伏期；辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院2.缝隙连接缝隙连接（gapjunction）是上皮组织、平滑肌、心肌、神经组织以及许多胚胎组织的细胞之间连接的主要方式之一。分布非常广泛，有多种功能，它与细胞的代谢和分化、物质的运输等有密切关系，是细胞间电传递的结构基础。辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院结构和分子基础一种圆盘样（plaque-like）结构，连接处相邻细胞间有2～4nm的缝隙。在间隙与两层质膜中有大量蛋白质颗粒，膜内颗粒由六个相同或相似的跨膜蛋白亚单位组成，是构成缝隙连接的基本单位，称连接子（connexon）。每个亚单位都是一个单一的蛋白（一条多肽链），称为连接蛋白（connexin），分子量为25,000D。在缝隙连接中，相联细胞的连接子相互衔接形成连接子通道（connexonchannel）。辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院Cx基因家族编码一大类膜蛋白,由许多成员组成。其中至少有12种Cx在成年或发育的神经系统中有不同程度的表达：Cx26,Cx30,Cx33,Cx36,Cx37,Cx39,Cx40,Cx43Cx45,Cx46,Cx47各家族成员有大约50%氨基酸序列相同,而且这些相同的序列大多为跨膜区和细胞外环。辽宁师范大学生命科学学院GJ通道蛋白由4个α螺旋跨膜亲水片段M1～4,2个胞外环(extracellularloop)E1～2,一个胞质环(cytoplasticloop)组成。连接蛋白的氨基(N端)和羧基(C端)末端位于胞浆内,氨基末端相对比较保守,而羧基末端则差异较大。氨基末端的丝/苏及酪氨酸残基的磷酸化水平影响GJ的功能状态。辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院缝隙连接通透性实验现象：昆虫唾液腺表皮细胞注射荧光染料，可见染料相继扩散到邻近的细胞，但却不能离开细胞。---表明这些细胞的细胞质有直接的联系注射不同分子量的染料，发现一般只允许分子量小于1.5kD和直径小于1.5nm的无机盐离子、糖、氨基酸、核苷酸和维生素等化学物质通过。——缝隙连接对通透分子的大小具有选择性降低细胞PH值或升高钙离子浓度均可降低缝隙连接的通透性。当细胞破损时，大量钙离子进入，导致缝隙连接关闭，以免正常细胞受到伤害。辽宁师范大学生命科学学院（4）对缺氧、离子或化学环境的变化不敏感；（5）包含的步骤较少，在传递过程中实行控制、改造的机会也比较少，但某些神经递质对电突触的导电特性具有调制作用；（6）在中枢神经系统和视网膜上，电传递主要发生在同类神经元之间，具有促进神经元同步化活动的功能。辽宁师范大学生命科学学院20AngstromindiameterMolecules1000daltons(750daltons=1angstrom=1.0E-10meter)LowResistanceResistance:•Ca+2•pH•ElectricFields•Sodiumconcentration辽宁师范大学生命科学学院Electricalcouplingviagapjunctionsisextremelyimportantinthebrainandforfunctioningoftheheart(myocardium心肌).Connexin-43(Cx43)knock-outmice（基因敲除）dieearlyfromheartmisformations.Cell-cellchannelconnectivityiscrucialfornormalhearing,andmutationsinCx26coursenon-syndromicdeafness.缝隙连接的生理意义1.参与细胞分化2.协调代谢3.构成电突触辽宁师范大学生命科学学院2008paperonSeizureAkeyroleforelectricalcommunicationbetweencorticalburstinginterneuronsduringictalseizureswashypothesizedinthe4-aminopyridine(4-AP)invivoepilepsymodelTheblockadeofGJcommunicationhasbeenshowntoreduceseizureactivityinanumberofepilepsymodelsinvitro辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院GJ在CNS的主要功能：①参与细胞间信息传递和神经脉冲的传导及神经功能活动的协调。GJ具有传导快,阻抗低,延搁时间短的特点。如某一细胞受到刺激,或接受到外界某种信息,其离子电位改变并通过GJ迅速将离子或其他调节信号传递给相邻细胞,完成机体的整体功能。GJ允许细胞间直接交换离子,是神经元的电突触;这种电紧张突触联络是CNS重要的同步化机制,在呼吸节律、昼夜节律、脊髓前角运动神经元持续运动形式的产生与维持,甚至对于固定记忆的形成起重要作用。辽宁师范大学生命科学学院电耦联是发育中神经环路一种普遍存在的特性,出现在化学突触分化形成之前。脑内神经环路形成和皮层发生过程中,GJ信号转导使准备迁移至皮层的细胞集合起来,使电生物学活动一致,从而形成一个个脑功能区。神经系统成熟后,神经元间的GJ明显减少,但仍有一些特定神经元细胞间仍保持GJ电信号转导。脊髓神经损伤后,运动神经元重新耦联,参与神经再生与功能重塑。②参与细胞的分化生长与发育辽宁师范大学生命科学学院③缓冲毒性化学物质的毒害作用或滋养受损细胞受损害部分细胞可通过GJ向周围细胞排出毒物,减少毒物对细胞的损害。周围细胞通过GJ向该部分细胞提供其所需的营养物质,协助其功能恢复。如果细胞受损害太严重或其毒物浓度太高,则其GJ通道关闭而限制毒物扩散。受损细胞的有害物质也可能通过GJ迅速进入正常细胞内,引起受损范围扩大。有研究证实应用GJ失耦联剂可减少缺血受损面积。④星形胶质细胞网络就可以从血液循环中摄取能源物质并通过GJ再传递、分发给神经元,对整个脑代谢起调节作用。辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院Figure1Multiplelevelsofgapjunctionchannelstructure.Individualtransmembraneconnexins(colouredblueandorange)assembleintohexamerscalled“connexonhemichannels.”Connexonsfromtwoadjacentcellsjointomakeachannelacrosstwoplasmamembranes(green),forminga“gapjunctionchannel.”辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院辽宁师范大学生命科学学院