Биохимические особенности и взаимодействие нейронов и нейроглии (11324)

Посмотреть архив целиком













Биохимические особенности и взаимодействие нейронов и нейроглии




Введение


Одной из морфологических особенностей нервной ткани, отличающей ее от большинства других тканей, является крайне выраженная гетерогенность ее клеточного состава. Нейроны, осуществляющие специфические функции в ЦНС, составляют лишь небольшую часть клеточного фонда последней; глиальные клетки значительно преобладают над нервными и занимают весь объем между сосудами и нейронами.

Ярко выраженная гетерогенность нервной ткани заключается не только в том, что в ней присутствуют различные по морфологическим и функциональным свойствам крупные клеточные популяции, но и в том, что каждая клеточная популяция содержит клетки, резко различающиеся и по форме, и по функциям. Это характерно как для нейронов, так и для нейроглии.

Нейроны по форме делятся на пирамидные, веретенообразные и звездчатые. Каждой группе нейронов присущи свои метаболические и функциональные особенности.

Нейроглия состоит в основном из двух типов глиальных клеток: макро- и микроглии. Макроглия подразделяется на астроглию и олигодендроглию. Отличительной морфологической особенностью нейроглиальных клеток по сравнению с нейронами является отсутствие аксонов. Большинство центральных нейронов окружено клетками нейроглии – астроцитами и олиго-дендроцитами.

Роль нейроглиальных клеток в функциональной активности ЦНС изучена относительно слабо. Это в первую очередь обусловлено методическими трудностями, так как нейроны и нейроглия настолько тесно переплетаются, что нередко отделить чисто нейрональную фракцию от нейроглиальной чрезвычайно трудно. Нейроглиальные клетки являются основным звеном на пути продвижения веществ от кровеносных сосудов к нейронам. Мембраны нейронов непосредственно не контактируют с капиллярами, а отделены от них клетками нейроглии. Именно поэтому долгое время нейроглии приписывалась исключительно трофическая функция. Однако установлено, что глия не является лишь трофическим клеточным компонентом нервной системы, а наоборот, принимает активное участие в специфическом функционировании нервной ткани.

Глия вносит значительный вклад в электрогенез мозга. Так, исследование с применением антиглиальных сывороток позволило заключить, что в норме способность нейронов к гиперактивности может блокироваться благодаря тормозному влиянию со стороны глиальных клеток.

Одной из давно замеченных особенностей глии является то, что она содержит относительно высокие концентрации ионов калия, и глиальная мембрана менее проницаема для других ионов. При прохождении нервного импульса происходит освобождение из нейронов в межклеточную щель значительных количеств К+, который, однако, не накапливается вокруг нейронов. Глия выполняет роль буфера, способного защитить нейроны от чрезмерных влияний друг на друга, связанных с освобождением калия. Кроме того, вызываемая ионами К+ деполяризация ведет к активации ферментов в глиальных клетках, в результате чего они начинают вырабатывать биохимические компоненты или их предшественники, необходимые для поддержания метаболизма нейрона на нужном уровне во время его активности или нормального протекания последующего восстановительного периода.

Способность глии аккумулировать ионы калия связана с ее другой не менее важной функцией – способностью вовлекаться в процесс удаления медиаторов и других сильно действующих агентов, выделяющихся в течение нейрональной активности. В особенности это важно в отношении такого медиатора, как глу-таминовая кислота: превышение определенного уровня ее концентрации может вызывать необратимые повреждения нейронов. Глиальные клетки участвуют в механизме химической трансмиссии в ЦНС, особенно в активном поглощении, и в метаболизме возбуждающих и тормозных трансмиттеров. Клетки нейроглии участвуют в синтезе предшественников некоторых регуляторов, передаваемых затем нейронам. Примером является синтез ряда нейротрофинов, а также особого глиального ростового фактора, участвующего в трофике и репарации мотонейронов.

Наконец, в последние годы установлена способность астро-цитов к своеобразной форме передачи сигнала. Процессы возбуждения нейронов сопровождаются изменениями концентрации Са+ в ближнем окружении. Астроциты, отростки которых тесно переплетены с дендритами и охватывают терминали, реагируют на эти изменения реципрокными изменениями внутриклеточной концентрации Са+. Далее следует «волна» миграций Са+ между астроцитами, тесно контактирующими друг с другом. В результате в определенных зонах мозга возникает осцилляция концентраций Са+, которая в свою очередь может модулировать состояние многих нейронов.

Различия в функциональной активности нейронов и ней-роглии во многом обусловлены особенностями химического состава и метаболизма этих клеточных популяций головного мозга.




1. Состав и метаболизм нуклеиновых кислот


Содержание ДНК в нейронах колеблется в пределах 6–8 нг на клетку, в астроцитах оно достигает 11 нг. Олигодендроциты характеризуются меньшим содержанием ДНК, что свидетельствует о практическом отсутствии полиплоидии и невысоком содержании митохондрий в олигодендроглиальных клетках.

Большое значение для сравнения метаболических превращений и роли ДНК в глии и нейронах имеет исследование путей ее синтеза и деградации. К сожалению, таких сравнительных работ еще недостаточно, чтобы сделать окончательные выводы. Однако установлены некоторые различия в каталитических свойствах ДНК-полимераз, выделенных из нейронов и нейроглии. Эти различия касаются предпочтительного использования матриц, субстратной специфичности и отношения к ингибиторам и отражают способность глиальных клеток к интенсивному размножению.

Качественный состав РНК в основном сходен в нейронах и нейроглии, хотя количество отдельных фракций РНК различается. Так, в глии обнаружено больше 4S РНК, Кроме того, РНК нейронов и нейроглии отличаются по общему нуклеотидному составу. Наибольшие различия касаются таких оснований, как аденин и цитозин. Исследование метаболизма РНК в нейронах и нейроглии проводится с использованием различных меченых предшественников. Установлено, что включение Н-аденина и Н-цитозина в нуклеотиды нейроглии происходит более интенсивно по сравнению с нейронами. Удалось установить цикличность биосинтеза РНК нейроглии, что дает основание предполагать существование в глиальных клетках двух пулов РНК, обладающих различной метаболической активностью.



2. Состав и метаболизм аминокислот и белков


Впервые сравнительное исследование аминокислотного состава нейронов и нейроглии было проведено Г. Роузом. Полученные экспериментальные данные позволили сделать заключение о том, что содержание свободных аминокислот в нейронах выше по сравнению с нейроглией. Исключение отмечено лишь для глутаминовой кислоты, содержание которой несколько выше в клетках нейроглии.

Одновременно с изучением распределения свободных аминокислот был исследован их метаболизм. Оказалось, что при использовании в качестве предшественника биосинтеза аминокислот иС-глюкозы или иС-пирувата нейроглиальные аминокислоты включают радиоактивный углерод в среднем в три раза интенсивнее. Несмотря на то, что эти исследования, выполненные в опытах in vitro, естественно, не могут в полной мере охарактеризовать свойства нейронов и нейроглии, все-таки можно предположить, что одной из характерных особенностей нейроглиальных клеток является более высокий метаболизм свободных аминокислот.

Особое положение занимает вопрос о взаимопревращениях глутамата и глутамина в клетках нейроглии и нейрона. В экспериментах с интрацеребральным введением С-глутамата через 15–30 мин удельная радиоактивность глутамина в нейронах была ниже, чем глутамата. Напротив, в нейроглии уровень радиоактивности глутамина превышал средний уровень радиоактивности глутамата. Это были первые указания на существование нескольких метаболических компартментов для глутамата и на своеобразное «разделение труда» между нейронами и глией в отношении синтеза, распада и перемещений двух нейромедиа-торов – глутамата и гамма-аминомасляной кислоты. Особенностью внешней мембраны нейрона явилась низкая проницаемость для глутамата и высокая для глутамина. Пока трудно дать хорошо обоснованное объяснение этому факту. Можно лишь полагать, что это связано с двойственной ролью глутамата в ЦНС: обычной – в качестве компонента синтезируемых белков, и специальной – как нейромедиатора и как предшественника другого нейромедиатора – ГАМК. В результате глута-мат из внеклеточной среды поглощается глией, превращающей его в форму, способную войти в нейроны, – глутамин. Последний, выйдя из глии и войдя в глутаматергические нейроны, дезаминируется, образуя вновь глутамат. Далее он включается в синаптические Лузырьки – хранители медиатора. При прохождении импульса они опорожняются в синаптическую щель, глутамат опять поступает в глию и таким образом цикл замыкается- В нейронах другого типа – ГАМКергических – поступивший глутамин не только вновь превращается в глутамат, но и декарбоксилируется, превращаясь в ГАМК. Последняя, опять-таки при прохождении импульса, выходит в синап-тическую щель, и часть ее поступает в глию, где участвует в процессах ресинтеза глутамина. Понятны и важны в этом плане данные о способности нейроглиальных клеток очень активно поглощать аминокислоты из инкубационной среди против градиента концентрации на фоне очень слабой аккумуляции аминокислот нейронами. Наиболее активно глиальные клетки поглощают ГАМК и глутамат. Отношение содержания ГАМК в клетках нейроглии к ее содержанию в инкубационной среде достигает 100, в то время как для нейронов эта величина колеблется в пределах 10. Процесс поглощения ГАМК глиальными клетками зависит от таких факторов, как температура инкубационной среды и наличие ионов К+, Na+ и Mg^+. Ионы К+ стимулируют высвобождение ГАМК из нейронов. Пикротоксин и стрихнин не влияют на захват ГАМК нейронами, тогда как в глии наблюдается усиление поступления ГАМК при действии этих фармакологических веществ; аминазин, напротив, неконкурентно ингибирует процесс поглощенная ГАМК глией.


Случайные файлы

Файл
156546.doc
121635.rtf
73230.rtf
126116.rtf
183674.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.