Kaliyni fazoviy tamponlash - Potassium spatial buffering

Kaliyni fazoviy tamponlash hujayradan tashqari tartibga solish mexanizmi kaliy tomonidan konsentratsiya astrotsitlar. Astrositik kaliyni tozalashning boshqa mexanizmlari tashuvchida ishlaydigan yoki kanalda ishlaydigan kaliy xloridni qabul qilishdir.[1]The repolarizatsiya ning neyronlar hujayradan tashqari suyuqlikda kaliy konsentratsiyasini oshirishga intiladi. Agar sezilarli darajada ko'tarilish bo'lsa, bu neyronlarni depolarizatsiya qilish orqali neyronal signalizatsiyaga xalaqit beradi. Astrotsitlarda ko'p miqdordagi kaliy ionlari kanallari mavjud bo'lib, ular hujayradan tashqari suyuqlikdan kaliy ionlarini olib tashlashni osonlashtiradi. Ular astrositning bir mintaqasida olinadi va keyin tarqaladi sitoplazma kameradan va undan keyin qo'shnilaridan bo'shliqqa o'tish joylari. Bu hujayradan tashqari kaliyni an ning normal tarqalishiga xalaqit beradigan darajada ushlab turadi harakat potentsiali.

Kaliyni fazoviy tamponlash

Bir vaqtlar CNS-da passiv rol o'ynagan glial hujayralar miyadagi ko'plab funktsiyalarning faol regulyatorlari, shu jumladan neyrotransmitterni sinapslardan tozalash, neyron migratsiyasi paytida yo'l-yo'riq, neyronal sinaptik uzatishni boshqarish va faol bo'lish uchun ideal ion muhitini saqlab qolish. markaziy asab tizimidagi neyronlar orasidagi aloqa.[2]

Neyronlar natriy ionlariga boy va kaliy ionlariga boy hujayradan tashqari suyuqlik bilan o'ralgan. Ushbu ionlarning konsentratsiyasi hujayralar ichida teskari. Konsentratsiyadagi farq tufayli, hujayra membranasi bo'ylab kimyoviy gradient mavjud, bu natriy oqimi va kaliy oqimiga olib keladi. Harakat potentsiali sodir bo'lganda, CNS hujayradan tashqaridagi bo'shliq miqdori cheklanganligi sababli hujayradan tashqari kaliy kontsentratsiyasida sezilarli o'zgarish yuz beradi. Hujayra tashqarisidagi bo'shliqda kaliy konsentratsiyasining o'zgarishi turli xil neyron jarayonlariga ta'sir qiladi, masalan, membrana potentsialini saqlab qolish, kuchlanishli kanallarni faollashtirish va inaktivatsiya qilish, sinaptik uzatish va neyrotransmitterning elektrogenik transporti. 3 mm dan hujayradan tashqari kaliy konsentratsiyasining o'zgarishi asab faoliyatiga ta'sir qilishi mumkin. Shuning uchun kaliy ionlarini qattiq nazorat qilish uchun turli xil uyali mexanizmlar mavjud, eng keng tarqalgan mexanizmlar K + fazoviy buferlash mexanizmi. Birinchi marta fazoviy tamponlashni nazarda tutgan Orkand va uning hamkasblari «agar Glial xujayrasi yoriqlarda to'plangan K + tomonidan depolyarizatsiya qilinadigan bo'lsa, hosil bo'ladigan oqim K + ni yuqori [K +] mintaqada ichkariga olib chiqadi va yana elektr bilan bog'langan Glial hujayralar orqali [K +] mintaqalari ”Orkand va uning hamkasblari tomonidan taqdim etilgan modelda glial hujayralar kaliy ionlarini iste'mol qiladi va yuqori konsentratsiyali hududdan past konsentratsiyali hududga o'tib, kaliy konsentratsiyasini hujayradan tashqari bo'shliqda ushlab turadi. Glial hujayralar kaliy ionlarini tashish uchun juda mos keladi, chunki u kaliy ionlari uchun juda yuqori o'tkazuvchanlikka ega va cho'zilgan shakli yoki bir-biriga bog'lanib uzoq masofani bosib o'tadi.[3][4]

Kaliyni tartibga solish mexanizmlari

Kaliy tamponlashni keng ravishda ikkita toifaga ajratish mumkin: kaliyni qabul qilish va kaliyni fazoviy tamponlash. Kaliyni iste'mol qilish uchun ortiqcha kaliy ionlari transportyorlar yoki kaliy kanallari orqali glial hujayralarga vaqtincha olinadi. Elektr neytralligini saqlab qolish uchun glial hujayralarga kaliy oqimi xlor yoki natriy oqimi bilan birga keladi. Kaliy glial hujayralar ichida to'planganda, suv oqimi va shish paydo bo'lishi kutilmoqda. Kaliyni fazoviy tamponlash uchun kaliy o'tkazuvchanligi yuqori bo'lgan funktsional ravishda bog'langan glial hujayralar kaliy ionlarini kaliy konsentratsiyasi yuqori bo'lgan joylardan past kaliy konsentratsiyasi bo'lgan hududlarga o'tkazadi. Kaliy oqimi glial sitsitiy membranasi potentsiali va mahalliy kaliy muvozanat potentsialining farqidan kelib chiqadi. Kaliy kontsentratsiyasining bir mintaqasi oshganda, kaliyning glial hujayralarga oqishini keltirib chiqaradigan aniq harakatlantiruvchi kuch mavjud. Kaliyning kirib borishi glial hujayralar tarmog'i orqali elektrotonik ravishda tarqaladigan mahalliy depolarizatsiyani keltirib chiqaradi, bu esa glial hujayralardan kaliyning aniq harakatlantiruvchi kuchini keltirib chiqaradi. Ushbu jarayon mahalliy kaliyning glial hujayralar ichida oz miqdordagi kaliy ionlari bilan tarqalishini keltirib chiqaradi, bu esa shishishni oldini oladi. Neyronlarning faoliyati natijasida kelib chiqadigan glial hujayralardagi depolyarizatsiya qon oqimiga kaliyni chiqaradi, bu esa ilgari tomirlarning bo'shashishiga sabab bo'lgan deb keng faraz qilingan edi va bu neyrovaskulyar birikmalarga kam ta'sir ko'rsatdi.[5] Kaliy fazoviy tamponlash mexanizmlarining samaradorligiga qaramay, CNS ning ayrim mintaqalarida kaliy tamponligi fazoviy tamponlashga emas, balki faol qabul qilish mexanizmlariga ko'proq bog'liq ko'rinadi. Shuning uchun miyamizning turli mintaqalarida glial kaliy fazoviy tamponlashning aniq roli hali ham noaniq bo'lib qolmoqda.[6]

Kir kanali

Glial hujayra membranalarining kaliy ionlariga yuqori o'tkazuvchanligi kaliy selektiv kanallarining yuqori zichligi yuqori ochilish ehtimoli yuqori bo'lganligi natijasidir. dam oluvchi membrana potentsiallari. Kir kanallari, kaliyni ichkariga to'g'rilaydigan kanallar, kaliy ionlarini tashqariga qaraganda ichkariga osonroq o'tishiga imkon bering. Shuningdek, ular hujayradan tashqaridagi kaliy konsentratsiyasi bilan ijobiy bog'liq bo'lgan o'zgaruvchan o'tkazuvchanlikni namoyon qiladi: kaliy kontsentratsiyasi hujayradan qancha yuqori bo'lsa, o'tkazuvchanlik ham shuncha yuqori bo'ladi.

Kir kanallari ettita asosiy subfamilaga, Kir1 dan Kir7 gacha, turli xil eshik mexanizmlariga ega. Kir3 va Kir6 asosan hujayra ichidagi faollashadi G-oqsillar. Ular boshqa oilalarga nisbatan ancha past ochiqlik ehtimoliga ega bo'lgani uchun, ular kaliy tamponlanishiga unchalik ta'sir qilmaydi. Kir1 va Kir7 asosan ifodalanadi epiteliya hujayralari buyrak, xoroid pleksus yoki retinal pigment epiteliyasidagi kabi va bo'shliq tamponlanishiga ta'sir qilmaydi. Ammo Kir2 miya neyronlari va glial hujayralarida ifodalanadi. Kir4 va Kir5, Kir2 bilan birga, joylashgan Myuller Glia va kaliyni sifonlashda muhim rol o'ynaydi. Ushbu kanallarni ko'rsatilgan joylarda ifodalash bo'yicha tadqiqotlar orasida bir-biridan farqlar mavjud.[7][8]

Panglial sintitsiya

Panjialial sitsitiyum - bu o'zaro bog'liq glial hujayralarning katta tarmog'i bo'lib, ular bo'shliq birikmalari bilan keng bog'langan. Panglial sitsitiyum markaziy asab tizimi orqali tarqaladi, u erda metabolik va osmotik yordam beradi, shuningdek oq materiya yo'llarida miyelinli aksonlarning ion regulyatsiyasi. Panglial sintitsiya tarmog'idagi makroglial hujayralarning uch turi astrotsitlar, oligodendrotsitlar va ependimotsitlar. Dastlab oligodendrotsitlar o'rtasida gomologik bo'shliq birikmasi mavjud deb ishonishgan. Keyinchalik tuzilmaviy tahlillar natijasida aniqlanishicha, bo'shliq tutashgan joylar qo'shni oligodendrotsitlarni to'g'ridan-to'g'ri bog'lamaydi, aksincha qo'shni astrotsitlar bilan bo'shliqqa tutashadi va yaqin atrofdagi oligodendrotsitlarga ikkinchi darajali yo'l beradi. Miyelin qobig'i bilan atrofdagi astrotsitlar o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri bo'shliq mavjud bo'lganda, ortiqcha kaliy va ozmotik suv to'g'ridan-to'g'ri astrotsitlar sintitsiyasiga kiradi, u erda quyi qismida kapillyarlar va astrotsitlar endfeetiga tushadi. glia limitanslari. [9]

Kaliyni sifonlash

Retinada yuzaga keladigan kaliy fazoviy tamponlash kaliyni sifonlash deb ataladi, bu erda Myuller xujayrasi asosiy glial hujayralar turi. Myuller hujayralari retinal fiziologiyada muhim rol o'ynaydi. U retinal hujayralardagi metabolizmni saqlaydi va neyronlar faoliyati paytida hujayradan tashqari bo'shliqda kaliy gomeostazini saqlashda juda muhimdir. Muller hujayralari fazoviy tamponlash uchun javobgar bo'lgan hujayralar singari, Kir kanallari orqali kaliy ionlari bilan ajralib turadi. Boshqa glial hujayralar singari Myuller hujayra membranalarining kaliy ionlariga nisbatan yuqori selektivligi Kir kanallarining yuqori zichligi bilan bog'liq. Kaliy o'tkazuvchanligi Myuller hujayralarida notekis taqsimlangan.[10] Amfibiya Myuller hujayralari bo'ylab kaliy ionlarini fokusli ravishda oshirish va natijada depolarizatsiyani qayd etish orqali kuzatilgan kaliy o'tkazuvchanligi kichik oyoq osti hujayra domenida lokalizatsiya qilingan umumiy kaliy o'tkazuvchanligining 94% ni oyoq osti jarayonida to'plangan. Kuzatuv hujayradan tashqari bo'shliqdagi ortiqcha kaliyni Myuller hujayralari tomonidan shishasimon hazilga "sifonlangan" degan gipotezaga olib keladi. Kaliyni sifonlash - bu kaliy ionlarining katta zaxirasi shishasimon hazilga bo'shatiladigan fazoviy tamponlash mexanizmlarining ixtisoslashgan shakli. Kir kanallarining o'xshash tarqalish uslubini amfibiyalarda topish mumkin edi.[11][12][13]

Tarix

Kaliyni sifonlash borligi haqida birinchi marta 1966 yilda Orkand va boshq. Tadqiqotda optik asab Nektur asab stimulyatsiyasidan keyin kaliyning uzoq masofaga harakatlanishini hujjatlashtirish uchun ajratilgan. Parcha qilingan optik asabning retinal uchida .5 Hz past chastotali stimulyatsiyadan so'ng, elektroddan bir necha millimetrgacha bo'lgan, asab to'plamining qarama-qarshi uchidagi astrotsitlarda 1-2mV depolarizatsiya o'lchandi. Yuqori chastotali stimulyatsiya bilan depolarizatsiyaning yuqori platolari kuzatildi. Shuning uchun ular aksonal faollik paytida hujayradan tashqaridagi bo'lakka chiqarilgan kaliy yaqin atrofdagi astrotsitlarga kirib depolarizatsiyalangan deb taxmin qilishdi, u erda u noma'lum mexanizm bilan olib ketildi, bu esa stimulyatsiya joyidan uzoqda bo'lgan astrotsitlarda depolarizatsiyani keltirib chiqardi. Taklif etilgan model aslida noo'rin edi, chunki o'sha paytda glial hujayralar orasidagi bo'shliqqa o'tish joylari ham, sitsitiyum ham ma'lum bo'lmagan va Nekturning optik asablari miyelinsizdir, ya'ni kaliy oqimi to'g'ridan-to'g'ri hujayradan tashqaridagi kosmosda sodir bo'lgan degan ma'noni anglatadi, bu erda hujayradan tashqari kosmosdagi kaliy ionlari bo'ladi. aksonlar atrofidagi mo'l-ko'l astrotsitlarga bevosita singib ketadi.[14]

Kasalliklar

Bemorlarda Naychali skleroz majmuasi (TSC), astrositlarda anormallik paydo bo'ladi, bu esa ushbu kasallikdagi nevrologik disfunktsiyaning patogeneziga olib keladi. TSC - bu ikkala tizimda ham mutatsion bo'lgan ko'p tizimli genetik kasallik TSC1 yoki TSC2 gen. Buning natijasida aqliy zaiflik, autizm va tutqanoq kabi nevrologik alomatlar o'chiriladi. Glial hujayralar neyronlarning qo'zg'aluvchanligini tartibga solish va epilepsiyani oldini olishda muhim fiziologik rollarga ega. Astrotsitlar qo'zg'atuvchi moddalarning gomeostazini, masalan hujayradan tashqari kaliyni spetsifik ravishda zudlik bilan qabul qilish orqali saqlab turadi. kaliy kanallari va natriy kaliy nasoslari. Bundan tashqari, astrositlar bo'shliqli birikmalar orqali bog'langan astrositlar tarmoqlari orqali kaliy fazoviy tamponlash bilan tartibga solinadi. TSC1 yoki TSC2 genidagi mutatsiyalar ko'pincha astrositik konnexin oqsilining pasayishiga olib keladi, Cx43.[15] Astrotsitlar orasidagi bo'shliq birikmasining buzilishi bilan kaliy tamponlanishida son-sanoqsiz anormallik yuzaga keladi, bu hujayradan tashqari kaliy kontsentratsiyasini oshiradi va neyronlarning gipereksitabilitatsiyasi va tutilishlarga moyil bo'lishi mumkin. Hayvon modelida olib borilgan tadqiqotga ko'ra, konneksin43 tanqisligi bo'lgan sichqonlarda epileptiform hodisalarni hosil qilish chegarasi pasaygan. Tadqiqot, shuningdek, kaliyni tozalashni tezlashtirish, neyronlarni otish paytida kaliy to'planishini cheklash va kaliy konsentratsiyasini boshqa joyga ko'chirishda bo'shliq birikmasining rolini ko'rsatdi.[16]

Neuromyelitis Optica kabi markaziy asab tizimining demiyelinatsiya qiluvchi kasalliklari ko'pincha panglial sintitsiyaning molekulyar tarkibiy qismlarini buzilishiga olib keladi, bu esa kaliyning kosmik tamponlanishini blokirovka qilishga olib keladi. Kaliy tamponlama mexanizmisiz, miyelinlar vayron bo'lgan va aksonal salutatsion o'tkazuvchanlik to'xtagan joyda miyelinning kaliy tomonidan kelib chiqadigan ozmotik shishishi sodir bo'ladi.[17]

Adabiyotlar

  1. ^ Walz V (2000): ortiqcha hujayradan tashqari kaliyni tozalashda astrositlarning roli. Xalqaro neyrokimyo
  2. ^ Kozoriz, M. G., D. C. Bates va boshqalar. (2006). "Kaliyni bo'shliqli birikmalar bilan va bo'shliqsiz o'tkazish". Neuroscience jurnali 26 (31): 8023-8024.
  3. ^ Chen, K.C va C. Nicholson (2000). "Miya hujayradan tashqari bo'shliqda kaliy ionlarining fazoviy tamponlanishi." Biofizika jurnali 78 (6): 2776-2797.
  4. ^ Xiong, Z. Q. va F. L. Stringer (2000). "Glial kosmik tamponlash emas, balki natriy nasosining faolligi, dentat girusida paydo bo'lgan epileptiform faollikdan so'ng kaliyni tozalaydi." Neyrofiziologiya jurnali 83 (3): 1443-1451.
  5. ^ Metea, M. R., P. Kofuji va boshq. (2007). "Neyrovaskulyar birikma glial hujayralardan kaliyni sifonlash orqali amalga oshirilmaydi." Neuroscience jurnali 27 (10): 2468-2471.
  6. ^ Kofuji, P. va E. A. Nyuman (2004). "Markaziy asab tizimidagi kaliy tamponligi". Neuroscience 129 (4): 1045-1056.
  7. ^ Kofuji, P. va N. C. Konnors (2003). "Glial hujayralardagi kaliy fazoviy tamponlashning molekulyar substratlari". Molekulyar neyrobiologiya 28 (2): 195-208.
  8. ^ Solessio, E., K. Rapp va boshq. (2001). "Spermine toshbaqa retinasi Myuller hujayralarining kaliy kanallarida rektifikatsiyaga vositachilik qiladi." Neyrofiziologiya jurnali 85 (4): 1357-1367.
  9. ^ Rash, J. E. (2010). "Panglial Syncytium blokining kaliyni sifonlashi va aksonli tuzlashtiruvchi o'tkazilishining molekulyar uzilishlari: Optica neyromiyelitiga va markaziy asab tizimining boshqa demiyelinatsion kasalliklariga ta'sirchanligi." Neuroscience 168 (4): 982-1008.
  10. ^ Brew, H. va D. Attwell (1985). "Glial-hujayralardagi kaliy kanallarining tarqalishi kaliyning fazoviy tamponlanishi uchun maqbulmi?" Biofizika jurnali 48 (5): 843-847.
  11. ^ Karvoski, C. J., H. K. Lu va boshqalar. (1989). "Retinal Myuller (Glial) hujayralari tomonidan yorug'likni keltirib chiqaradigan kaliyning fazoviy tamponlanishi." Ilmiy 244 (4904): 578-580.
  12. ^ Nyuman, E. A., D. A. Frambax va boshq. (1984). "Retinal Glial-Cell K + Sifonlash orqali hujayradan tashqari kaliy darajasini boshqarish". Ilmiy 225 (4667): 1174-1175.
  13. ^ Winter, M., W. Eberhardt va boshq. (2000). "Myuller hujayralari tomonidan kaliyni sifonlashning muvaffaqiyatsizligi: perflorokarbonli suyuqlik ta'sirida yuzaga keladigan retinopatiyaning yangi gipotezasi." Tergovchi oftalmologiya va vizual fan 41 (1): 256-261.
  14. ^ Kofuji, P. va E. A. Nyuman (2004). "Markaziy asab tizimidagi kaliy tamponligi". Neuroscience 129 (4): 1045-1056.
  15. ^ Xu, L., L. H. Zeng va boshqalar. (2009). "Tuberoz skleroz majmuasining sichqoncha modelida astroitik bo'shliq birikmasi va kaliy tamponlanishining buzilishi." Kasallikning neyrobiologiyasi 34 (2): 291-299.
  16. ^ Wallraff, A., R. Kohling va boshq. (2006). "Hipokampustagi kaliy tamponlanishga astrositik bo'shliq birikma birikmasining ta'siri." Neuroscience jurnali 26 (20): 5438-5447.
  17. ^ Rash, J. E. (2010). "Panglial Syncytium blokining kaliyni sifonlashi va aksonli tuzlashtiruvchi o'tkazilishining molekulyar uzilishlari: Optica neyromiyelitiga va boshqa markaziy asab tizimining demiyelinlovchi kasalliklariga ta'sirchanligi." Neuroscience 168 (4): 982-1008.