神经元钙信号

钙离子在神经元中的调节

神经元钙信号的主要贡献者

在神经元中,钙作为电荷载体和胞内信使起双重作用。 信号调节各种发育过程,并在细胞凋亡、神经递质释放和膜兴奋性中起关键作用。一个普遍存在的细胞内信使如何平行地调节许多不同的生命过程,而且独立工作?答案在于钙信号机制在神经元内的振幅和时空图案化的多功能性。在这里,我们描述了一些神经元钙信号的主要贡献者。

电压门控性钙通道(VGCCS)

电压门控钙通道是去极化诱导的钙进入神经元的主要介质。由于多个基因编码钙通道亚基、选择性剪接和与多种辅助钙通道亚基共组装,钙通道亚型有很大的多样性。这使得VGCC在特定的神经元亚型和特定的亚细胞位点中发挥不同的作用。

在休息条件下,细胞内钙浓度位于100纳米范围内,由于钙缓冲分子和封存到细胞内钙储存。VGCCS开放导致钙沿电化学梯度流入,导致细胞内钙浓度的短暂、局部升高进入高微摩尔范围。这反过来触发广泛的钙依赖的过程,包括基因转录,神经递质释放,轴突生长,以及钙依赖性酶的激活,如钙调蛋白依赖性蛋白激酶II和蛋白激酶C。

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内源钙释放

钙储存是通过磷酸三磷酸肌醇受体(IP)释放钙通道而引起内质网(ER)的功能之一。Rs)和Ryodoin受体(RYRS)。在不同发育阶段的神经元中,钙释放的信号来自于内部存储的钙释放。而IP介导的钙释放主要是由谷氨酸等神经递质触发的(见下文),RyRS可通过胞浆钙浓度的升高而激活。钙诱导的RyR介导的钙释放有助于神经元内动作电位激发所产生的钙内流的扩增。双IPRS和RyRs受钙本身以及其他细胞内因子的调节。这种依赖于钙建立了一个反馈回路,协调钙从内部存储进入胞质内。在IP的情况下钙离子内流在新皮层和其他类型神经元中产生钙波起着至关重要的作用。

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NMDA受体

NMDA受体是离子型谷氨酸受体,介导突触后钙离子在神经细胞类型和皮质的树突棘中的主要部分。脊髓钙浓度的升高对突触强度的长期改变尤为重要。NMDA受体通道是对钠、钾和钙离子具有渗透性的非特异性阳离子通道。

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钙渗透性AMPA受体

钙渗透AMPA受体是另一类离子型谷氨酸受体。它们在多种形式的棘状GABA能神经元中发现,其特征是缺乏GLUR2受体亚单位。缺乏AMPA受体的GLUR2对钠、钙、钾和锌离子具有渗透性。钙渗透AMPA受体在强直刺激下具有高电导,并使单个神经元对不同的突触输入产生不同类型的反应。重要的是,含有GLUR2的(天然AMPA受体)和缺乏AMPA受体(钙可渗透AMPA受体)的GLUR2的存在不是静态的,而是高度调节的,特别是对神经元活性的响应。因此,AMPA受体对钙的渗透性在给定神经元内是动态的,因此可以促进棘突神经元的突触可塑性机制。

直接通过AMPA受体进入钙能够触发神经元死亡。因此,AMPA受体在不同神经元类型之间的相对钙渗透性的差异可能是选择性神经元易损性的重要决定因素。

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代谢型谷氨酸受体(MGLURs)

MGLURS是广泛分布于中枢和外周神经系统的7跨膜G蛋白偶联受体。它们被归类为I、II和III组的MGLURS,它们以细胞类型特异性方式表达,并发挥不同的生理作用。受体类在它们的下游信号机制上是不同的,例如,MGLUR1与Gq蛋白偶联。在表达系统中,该组的MGLUR1亚型既介导胞内钙的增加,又介导TrPC3依赖的内向电流。磷脂酶C激活MGLUR1介导IP的产生,它与ER中的受体结合并诱导钙释放。相反,在神经元中激活原代MGLUR5诱导不同的细胞效应。在海马神经元中,MGLUR5引起单个高峰细胞内钙反应,而在新皮层中诱导细胞内钙振荡。

浏览MGLUR激动剂和拮抗剂. 读我们的谷氨酸受体亚群指南.

概要

在分析各种来源的神经元钙信号中的主要挑战是,它们通常不是一次激活,而是具有强相互作用的重叠活性。因此,钙成像对于解码神经元中的特异性信号机制是非常宝贵的。


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