Рисунок 1: Изменение ионной проводимости мембраны нейрона может переключить его реакцию на нейромедиатор с возбуждения на ингибирование. © 2011 Алексей Семьянов
Вопреки ожиданиям, что нейротрансмиттер ГАМК ингибирует возбуждение нейронов только во взрослом мозге, исследования под руководством RIKEN показали, что он также может возбуждать интернейроны в гиппокампе мозга крысы, изменяя проводимость ионов через мембраны этих клеток.
Согласно общепринятому мнению, активация подтипа рецептора GABAA в коммуникационном узле между нейронами – синапсом – сильно увеличивает мембранную проводимость ионов, запуская процесс, называемый шунтированием, который препятствует возбуждению нейронов. Под руководством Алексея Семьянова из Института исследований мозга RIKEN в Вако, Япония, команда продемонстрировала, что активация этих рецепторов вне синаптических соединений, так называемых «внесинаптических рецепторов». также может возбуждать нейроны.
Дальнейшая активация этих внесинаптических рецепторов путем применения более высоких концентраций ГАМК превращает возбуждение в торможение (рис. 1). «Насколько нам известно, это первая демонстрация того, что изменения в проводимости мембраны могут переключать действие нейромедиатора с возбуждения на торможение», Семьянов говорит.
Семьянов и его коллеги обработали срезы гиппокампа мыши низкой или высокой концентрацией ГАМК и сравнили эффекты. Они показали, что чем больше они добавляли ГАМК, тем сильнее они могли обнаружить увеличение проводимости мембран клеток гиппокампа, называемых интернейронами СА1. Повышенная проводимость опосредована внесинаптическими рецепторами ГАМК.
Интернейроны CA1 могут спонтанно запускать потенциалы действия – электрические импульсы, которые передают сигналы в сети взаимосвязанных нейронов. Добавление низких концентраций ГАМК увеличивало скорость возбуждения потенциала действия, в то время как высокие концентрации ГАМК снижали потенциал возбуждения действия в клетках. Поскольку концентрация ГАМК, которая замедляет возбуждение нейронов, также увеличивает проводимость мембраны, исследователи утверждают, что увеличение этой проводимости путем активации внесинаптических рецепторов ГАМК может привести к ингибированию через шунтирование вдоль мембраны, что приведет к снижению генерации потенциала действия в нейронах.
Гиппокамп играет ключевую роль в обучении и памяти, и известно, что концентрация ГАМК в этой части мозга увеличивается во время исследовательского поведения у крыс. Таким образом, полученные данные открывают интригующую возможность того, что изменения концентрации ГАМК в мозге во время некоторых поведенческих задач могут двунаправленно изменять возбудимость нейронов; это может быть характеристикой нейронной сети гиппокампа, которая может потребоваться для некоторых поведенческих задач у животных.
?? Многие клинически используемые препараты, такие как седативные или противоэпилептические средства, нацелены на рецепторы ГАМК, ?? отмечает Семьянов. Наши результаты потенциально могут объяснить их терапевтическое действие, а также некоторые из их нежелательных побочных эффектов.??