Autapse - Autapse

Eine Autapse ist eine chemische oder elektrische Synapse von einem Neuron auf sich selbst. Es kann auch als Synapse beschrieben werden, die vom Axon eines Neurons auf seinen eigenen Dendriten gebildet wird , in vivo oder in vitro .

Geschichte

Der Begriff "Autapse" wurde erstmals 1972 von Van der Loos und Glaser geprägt, die sie in Golgi-Präparaten des okzipitalen Kortex von Kaninchen beobachteten, während sie ursprünglich eine quantitative Analyse der Neokortex- Schaltung durchführten. Ebenfalls in den 1970er Jahren wurden Autapsen in der Großhirnrinde von Hunden und Ratten , Neostriatum von Affen und Rückenmark von Katzen beschrieben .

Im Jahr 2000 wurden sie erstmals als Unterstützung der Persistenz in rekurrenten neuronalen Netzen modelliert . Im Jahr 2004 wurden sie als oszillatorisches Verhalten modelliert , das im gleichen Modellneuron ohne Autapse fehlte. Genauer gesagt oszillierte das Neuron zwischen hohen Feuerraten und Feuerunterdrückung, was das typische Spike- Burst- Verhalten widerspiegelt, das typischerweise in zerebralen Neuronen gefunden wird. Im Jahr 2009 wurden Autapsen erstmals mit einer anhaltenden Aktivierung in Verbindung gebracht. Dies schlug eine mögliche Funktion für erregende Autapsen innerhalb eines neuronalen Schaltkreises vor. Im Jahr 2014 wurde gezeigt, dass elektrische Autapsen stabile Ziel- und Spiralwellen in einem neuronalen Modellnetz erzeugen . Dies deutete darauf hin, dass sie eine bedeutende Rolle bei der Stimulierung und Regulierung des kollektiven Verhaltens von Neuronen im Netzwerk spielten. 2016 wurde ein Resonanzmodell angeboten.

Autapses wurden verwendet , „derselben Zelle“ Bedingungen zu helfen Forscher quantitative Vergleiche zu simulieren, wie das Studium , wie N - Methyl-D-Aspartat - Rezeptor (NMDAR) Antagonisten gegen extrasynaptischen NMDARs synaptischen beeinflussen.

Formation

Kürzlich wurde vorgeschlagen, dass sich Autapsen möglicherweise als Folge einer Blockade der neuronalen Signalübertragung bilden könnten, beispielsweise bei axonalen Verletzungen, die durch Vergiftung oder Behinderung von Ionenkanälen induziert werden. Dendriten aus dem Soma können sich zusätzlich zu einem Hilfsaxon zu einer Autapse entwickeln, um die Signalübertragung des Neurons zu verbessern.

Struktur und Funktion

Autapsen können entweder Glutamat-freisetzend (erregend) oder GABA-freisetzend (hemmend) sein, genau wie ihre traditionellen Synapsen-Gegenstücke. In ähnlicher Weise können Autapsen elektrischer oder chemischer Natur sein.

Allgemein gesagt, neigt negatives Feedback bei Autapsen dazu, erregbare Neuronen zu hemmen, während positives Feedback ruhende Neuronen stimulieren kann.

Obwohl die Stimulation inhibitorischer Autapsen keine hyperpolarisierenden inhibitorischen postsynaptischen Potentiale in Interneuronen der Schicht V neokortikaler Schichten induziert hat, wurde gezeigt, dass sie die Erregbarkeit beeinflussen. Bei Verwendung eines GABA-Antagonisten zum Blockieren von Autapsen stieg die Wahrscheinlichkeit eines unmittelbar nachfolgenden zweiten Depolarisationsschritts nach einem ersten Depolarisationsschritt. Dies legt nahe, dass Autapsen wirken, indem sie den zweiten von zwei eng getakteten Depolarisationsschritten unterdrücken und daher eine Rückkopplungshemmung auf diese Zellen bewirken können. Dieser Mechanismus kann möglicherweise auch die Hemmung des Shunts erklären .

In Zellkulturen tragen Autapsen nachweislich zur verlängerten Aktivierung von B31/B32-Neuronen bei , die bei Aplysia wesentlich zum Nahrungsreaktionsverhalten beitragen . Dies deutet darauf hin, dass Autapsen eine Rolle bei der Vermittlung von positivem Feedback spielen können. Es ist wichtig anzumerken, dass die B31/B32-Autapse keine Rolle bei der Initiierung der Aktivität des Neurons spielen konnte, obwohl angenommen wird, dass sie dazu beigetragen hat, den depolarisierten Zustand des Neurons aufrechtzuerhalten. Das Ausmaß, in dem Autapsen die Depolarisation aufrechterhalten, bleibt unklar, insbesondere da andere Komponenten des neuronalen Schaltkreises (dh B63-Neuronen) ebenfalls in der Lage sind, während der Depolarisation einen starken synaptischen Input bereitzustellen. Darüber hinaus wurde vorgeschlagen, dass Autapsen B31/B32-Neuronen die Fähigkeit verleihen, schnell zu repolarisieren . Bekkers (2009) hat vorgeschlagen, dass das gezielte Blockieren des Beitrags von Autapsen und die anschließende Bewertung der Unterschiede mit oder ohne blockierte Autapsen die Funktion von Autapsen besser beleuchten könnte.

Hindmarsh-Rose (HR) Modellneuronen haben gezeigt , chaotisch , regelmäßige Spicken , Ruhe und periodische Muster von Burst Brennen ohne autapses. Bei Einführung einer elektrischen Autapse wechselt der periodische Zustand in den chaotischen Zustand und zeigt ein alternierendes Verhalten, das mit größerer autaptischer Intensität und Zeitverzögerung an Frequenz zunimmt. Andererseits verstärkten exzitatorische chemische Autapsen den chaotischen Gesamtzustand. Der chaotische Zustand wurde in den Neuronen durch hemmende chemische Autapsen reduziert und unterdrückt. In HR-Modellneuronen ohne Autapsen änderte sich das Feuermuster von ruhend zu periodisch und dann zu chaotisch, wenn der Gleichstrom erhöht wurde. Im Allgemeinen haben HR-Modellneuronen mit Autapsen die Fähigkeit, in jedes Feuermuster zu wechseln, unabhängig vom vorherigen Feuermuster.

Ort

Es wurde festgestellt, dass Neuronen aus mehreren Gehirnregionen, wie dem Neocortex, der Substantia nigra und dem Hippocampus, Autapsen enthalten.

Es wurde beobachtet, dass Autapsen in GABAergen Korb- und Dendriten-zielenden Zellen des visuellen Kortex der Katze im Vergleich zu stacheligen Stern- , Doppelbouquet- und Pyramidenzellen relativ häufiger vorkommen , was darauf hindeutet, dass der Grad der Neuron-Selbstinnervation zellspezifisch ist. Darüber hinaus waren Dendriten-zielende Zellautapsen im Durchschnitt weiter vom Soma entfernt als Korbzellautapsen.

80% der Pyramidenneuronen der Schicht V in sich entwickelnden Ratten-Neocortices enthielten autaptische Verbindungen, die sich eher auf basalen Dendriten und apikalen schrägen Dendriten als auf den apikalen Hauptdendriten befanden . Die dendritischen Positionen synaptischer Verbindungen desselben Zelltyps waren denen von Autapsen ähnlich, was darauf hindeutet, dass autaptische und synaptische Netzwerke einen gemeinsamen Bildungsmechanismus aufweisen.

Krankheitsfolgen

In den 1990er Jahren wurde vorgeschlagen, dass interiktale epileptiforme Entladungen vom paroxysmalen depolarisierenden Shift- Typ hauptsächlich von der autaptischen Aktivität für in Mikrokulturen gezüchtete solitäre exzitatorische Hippocampus-Rattenneuronen abhängen.

In jüngerer Zeit wurde in menschlichen neokortikalen Geweben von Patienten mit hartnäckiger Epilepsie gezeigt , dass die GABAergen Ausgabeautapsen von Fast-Spiking (FS) -Neuronen eine stärkere asynchrone Freisetzung (AR) aufweisen als sowohl nicht-epileptisches Gewebe als auch andere Arten von Synapsen mit FS Neuronen. Die Studie fand ähnliche Ergebnisse auch unter Verwendung eines Rattenmodells. Eine Erhöhung der Ca2+-Restkonzentration zusätzlich zur Aktionspotentialamplitude in FS-Neuronen wurde als Ursache für diese Erhöhung der AR des epileptischen Gewebes vorgeschlagen. Antiepileptika könnten möglicherweise auf diese AR von GABA abzielen, die bei FS-Neuronenautapsen zügellos aufzutreten scheint.

Auswirkungen von Medikamenten

Verwendung eines Glia-konditionierten Medium zu behandeln Glia frei gereinigte Ratten - Retinal Ganglion deutlich zu erhöhen , die Anzahl der pro Neuron autapses Mikrokulturen wurde mit einer Kontrolle verglichen gezeigt. Dies legt nahe, dass von Glia abgeleitete lösliche, Proteinase K- sensitive Faktoren die Bildung von Autapse in retinalen Ganglienzellen der Ratte induzieren.

Verweise