Erken uzun vadeli güçlendirme - Early long-term potentiation

Erken uzun vadeli güçlendirme (E-LTP), uzun vadeli güçlendirme (LTP), iyi çalışılmış bir form sinaptik plastisite ve sinaptik güçte bir artıştan oluşur.[1] LTP, presinaptik terminallerin tekrarlayan uyarılmasıyla üretilebilir ve memelilerde hipokamp, ​​amigdala ve diğer kortikal beyin yapılarında hafıza fonksiyonunda rol oynadığına inanılmaktadır.[2][3]

Uzun vadeli potansiyelleşme, son faaliyetin bir sonucu olarak sinaptik iletim daha etkili hale geldiğinde meydana gelir. Nöronal değişiklikler geçici olabilir ve birkaç saat sonra (erken LTP) ya da çok daha kararlı ve uzun süreli (geç LTP) geçebilir.

Erken ve geç aşama[1]

Uzun vadeli kuvvetlendirmenin en az iki farklı aşamadan oluştuğu öne sürülmüştür:[4] protein sentezinden bağımsız E-LTP (erken LTP) ve protein sentezine bağımlı L-LTP (geç LTP). E-LTP'yi uyarmadan hemen sonra başlayan, birkaç saat veya daha kısa süren ve esas olarak kısa vadeye bağlı olarak tetiklemek için tek bir yüksek frekanslı uyaran dizisi gereklidir. kinaz aktivite. Birkaç saat sonra başlayan, en az sekiz saat süren ve de novo gen transkripsiyonunun aktivasyonuna bağlı olan L-LTP'yi almak için aksine daha güçlü stimülasyon protokollerine ihtiyaç vardır. Bu farklı özellikler, E-LTP ve kısa süreli hafıza fazın yanı sıra L-LTP ve uzun süreli hafıza evre.

LTP ve bellek aşamaları

Bir karşılaştırma [5] iki aralıklı uyarıcı dizisi tarafından uyarılan LTP ile vahşi tip farelerde dört tren tarafından uyarılan LTP arasındaki LTP, iki tren tarafından uyarılan LTP'nin bir tren tarafından uyarılan olandan daha hızlı ve dört tren tarafından uyarılan olandan daha yavaş bozunduğunu gösterdi. Ayrıca, iki dizi tarafından indüklenen LTP, protein kinaz A (PKA) inhibisyonu tarafından yalnızca kısmen bozulur ve protein sentezi inhibisyonu ile etkilenmez. Bu bulgular [5] , ara LTP (I-LTP) olarak adlandırılan, E-LTP ve L-LTP arasında, PKA'ya bağlı bir LTP ara fazı olduğunu ileri sürdü.

Transgenik farelerde ise, iki tren tarafından indüklenen LTP, vahşi tip farelere göre daha hızlı bozuldu ve kalsinörin etkinlik hem I-LTP hem de L-LTP'yi baskılar. Bu kalsinörin aşırı ekspresyonu, hafıza ile ilişkili davranışsal eksikliklerle ilişkilendirilebilir.[6] Transgenik fareler, Uzamsal bellek vahşi tip farelere kıyasla görevler, bir açığı gösterir. Bununla birlikte, daha yoğun bir şekilde eğitildiklerinde, vahşi tip farelere göre performans açıkları ortadan kalkar. Ayrıca, transgenik fareler eğitimden 30 dakika sonra hafıza görevlerinde normal olarak performans gösterdi, ancak eğitimden 24 saat sonra önemli ölçüde bozuldu. Bu, aşırı kalsinörin eksprese eden farelerin, geç faz LTP'deki eksikliklerini yansıtan uzun süreli hafıza konsolidasyonunda bir eksikliğe sahip olduğu sonucuna götürdü.

Biyolojik süreçler[7][8]

Basit reflekslerin eğitimi Aplysia bu reflekslerden sorumlu duyusal ve motor nöronlar arasında bir güçlenme göstermiştir; Hücresel düzeyde, kısa süreli bellek (ve dolayısıyla erken LTP) potansiyeli, cAMP-bağımlı PKA ve PKC yoluyla proteinlerin modifikasyonları vasıtasıyla presinaptik nörotransmiterde bir artışa yol açar. Uzun vadeli süreç, yeni protein sentezi ve CAMP aracılı gen ekspresyonu gerektirir ve yeni sinaptik bağlantıların büyümesiyle sonuçlanır.[7]

Bu bulgular, memelilerde benzer bir süreç olup olmadığı sorusuna yol açmıştır. Giriş hipokamp Entorhinal korteksin nöronlarından perforant yolla gelir ve granül hücreler of dentat girus. Granül hücreleri sırayla aksonlarını, yani yosunlu lif yolunu (CA3), piramidal hücreler CA3 bölgesinin. Son olarak, CA3 bölgelerindeki piramidal hücrelerin aksonları, Schaffer kollateral yolu (CA1), CA1 bölgesinin piramidal hücreleri üzerinde son bulur. Bu hipokampal yollardan herhangi birinin hasar görmesi, insanlarda bir miktar hafıza bozukluğuna neden olmak için yeterlidir.[8]

Perforant ve Schaffer yolaklarında, LTP, bir postsinaptik NMDA reseptörünü aktive ederek bir kalsiyum akışına neden olarak indüklenir. Öte yandan, yosunlu lifler yolunda LTP, bir glutamat akışı yoluyla presinaptik olarak indüklenir.[7]

E-LTP ve klasik şartlandırma[7][9]

Erken LTP en iyi bağlamında incelenir klasik koşullanma. Bir sinyal olarak koşulsuz uyarıcı girer pontin çekirdekleri beyin sapında, sinyal yosunlu liflerden geçerek interpositus çekirdeği ve beyincikteki paralel lifler. Paralel lifler sözde sinaps Purkinje hücreleri, aynı anda düşük zeytinler ve tırmanan lifler yoluyla koşulsuz uyaranın girdisini alan.

Paralel lifler serbest glutamat inhibitörleri aktive eden metabotropik ve uyarıcı iyonotropik AMPA reseptörleri. Metabotropik reseptörler, bir enzim kademesini G proteini protein aktivasyonuna yol açar kinaz C (PKC). Bu PKC, aktif iyonotropik reseptörleri fosforile eder.

Hücrenin başka bir yerinde, tırmanan lifler nörotransmitteri taşır. aspartat için Purkinje hücresi ve bu da kalsiyum kanallarının açılmasına neden olur ve bu da hücreye kalsiyum akışının artmasına neden olur. Kalsiyum, PKC'yi bir kez daha aktive eder ve fosforile edilmiş iyonotropik reseptörler içselleştirilir. Böylece, metabotropik reseptörlerin fazlası hiperpolariz hücre ve interpositus çekirdeği depolarize kayıtsız uyaran beklentisinde bir azalmaya neden olan ve bu nedenle erken LTP'de bir inhibisyona veya bir süreye neden olan aşağı zeytinler uzun süreli depresyon.

Klinik perspektifler

Alzheimer hastalığında LTP

Biliniyor ki Alzheimer hastalığı nörotoksik amiloid peptidlerin (Aβ) hücre dışı birikintileri, hiper-fosforile tau proteininin hücre içi agregasyonu ve nöron ölümü ile karakterize edilir.[10] Buna karşılık kronik stres öğrenme ve hafızanın etkisi üzerindeki olumsuz etkileriyle karakterizedir ve ayrıca bir dizi bozukluğu şiddetlendirebilir. Alzheimer hastalığı (AD).[11][12]

Önceki çalışmalar, kronik psikososyal stres ve patojenik bir Ap peptid dozunun kronik infüzyonunun kombinasyonunun, öğrenmeyi ve hafızayı bozduğunu ve anestezi uygulanmış sıçanın hipokampal CA1 bölgesinde erken fazda uzun vadeli potensiyasyonu (E-LTP) ciddi şekilde azalttığını göstermiştir.[13][14][15][12]

Kronik psikososyal stres, bir sıçan davetsiz misafir modeli kullanılarak üretildi ve Alzheimer hastalığının riskli sıçan modeli, alt patolojik Aβ (subAβ) dozunun ozmotik pompa infüzyonu ile oluşturuldu. Anestezi uygulanmış sıçanların dentat girusundaki erken ve geç faz LTP'yi uyandırmak ve kaydetmek için elektrofizyolojik yöntemler kullanıldı ve aynı bölgedeki hafıza ile ilişkili sinyal moleküllerinin seviyelerini ölçmek için immünoblotlama kullanıldı. Dentat girustaki bu Elektrofizyolojik ve moleküler testler, subAβ sıçanlarının veya stresli sıçanların kontrol sıçanlarından farklı olmadığını gösterdi. Bununla birlikte, mevcut bulgular, stres ve subAβ birleştirildiğinde, E-LTP büyüklüğünün önemli ölçüde bastırılmasının sonuçlandığı sonucuna varmaktadır.

Özetle, CA1 ve DG bölgeleri fiziksel ve işlevsel olarak yakından ilişkili olmalarına rağmen, hakaretlere farklı tepki verirler. CA1 alanı strese ve stres / subAβ kombinasyonuna karşı savunmasız olsa da, DG, subAβ ve kronik stresin rahatsız edici kombinasyonuna dikkat çekici ölçüde dirençlidir.[13][15][14]

Uyuşturucu kullanımında LTP

LTP'nin bir başka kullanımı da uyuşturucu kullanımıdır. Birçok uyuşturucu kurbanında görülebileceği gibi, şartlandırma, tolerans oluşturmada hayati bir rol oynar. İyileşen bağımlıları, farklı bir uyaranla uyuşturucu aldıkları yere yeniden koşullandırırken, hissettikleri özlem önlenebilir. Oldukça başarılı bir deneysel çalışma[16] bu paradigmanın tekrarlama tehlikesini azalttığını ve şu şekilde çalıştığını göstermiştir. yok olma.[17]

Alternatif modeller[18]

Sinaptik plastisitenin stabilizasyonunun de novo protein sentezine bağlı olduğu hipotezi literatürde popülerdir. Erken ve geç LTP arasındaki zamansal farklılaşma da buna dayanmaktadır. Erken LTP, kısa süreli bellek ve uzun süreli bellek ile geç LTP ile ilişkilidir. Davranışsal araştırmalar bu farklılaşmaya karşı kanıtlar ortaya çıkardı.

Protein sentezi inhibitörleri ile yapılan çalışmalar, protein sentezini bloke etmenin hafıza tutulmasını engellemediğini göstermiştir.[19] Stabil LTP, global protein sentezi inhibisyonu durumunda hipokampusun dilim hazırlanmasında bulundu.[20] Bu çalışmalar, LTP stabilizasyonunun protein sentezinden bağımsız olarak gerçekleşebileceğini göstermektedir. Bu, protein sentezi ile stabilizasyon arasındaki ilişkinin erken ve geç LTP arasındaki farkı belirlemek için yetersiz olduğunu gösterir.

LTP ve bellek stabilizasyonu için itici güç olarak erken ve geç LTP ve protein sentezine farklılaşma yerine, alternatif bir model önerildi: protein sentezine ek olarak, protein bozulması ayrıca stabilizasyonu da belirler, bu nedenle LTP stabilizasyonunun altında proteinlerin dönüşüm hızının yattığı söylenir. Modele göre, LTP'nin zamansal aşamalarına farklılaşma uygun değildir ve hatta LTP hakkında gelecekteki araştırmaları engellemektedir. İşlev ve süreçlerin kapalı zamansallaşması nedeniyle mekanizmalar gözden kaçabilir.

Referanslar

  1. ^ a b Huang, Emily P. (1998-05-07). "Sinaptik esneklik: LTP ile aşamalardan geçme". Güncel Biyoloji. 8 (10): R350 – R352. doi:10.1016 / S0960-9822 (98) 70219-2. ISSN  0960-9822. PMID  9601635. S2CID  10548899.
  2. ^ Huerta P.T., Tonegawa S., Tsien J.Z. (1996). "Hipokampal CA1 NMDA reseptörüne bağlı sinaptik plastisitenin uzaysal bellekteki temel rolü". Hücre. 87 (7): 1327–1338. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 81827-9. PMID  8980238. S2CID  2730362.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  3. ^ LeDoux J.E., Rogan M.T., Staubli U.V. (1997). "Korku koşullandırma, amigdalada ilişkisel uzun vadeli potansiyasyonu tetikler". Doğa. 390 (6660): 604–607. Bibcode:1997Natur.390..604R. doi:10.1038/37601. PMID  9403688. S2CID  4310181.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  4. ^ Frey (1993). "CAMP'nin etkileri, hipokampal CA1 nöronlarında LTP'nin geç aşamasını simüle eder". Bilim. 260 (5114): 1661–1664. Bibcode:1993Sci ... 260.1661F. doi:10.1126 / science.8389057. PMID  8389057.
  5. ^ a b Kandel E.R., Mansuy I.M., Osman M., Moallem T.M., Winder D.G (1998). "Kalsinörin tarafından bastırılan uzun vadeli kuvvetlendirmenin yeni, ara fazı için genetik ve farmakolojik kanıt". Hücre. 92 (1): 25–37. doi:10.1016 / s0092-8674 (00) 80896-x. PMID  9489697. S2CID  18429683.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  6. ^ Bach M.E., Jacob B., Kandel E.R., Mayford M., Mansuy I.M. (1998). "Sınırlandırılmış ve düzenlenmiş aşırı ekspresyon, kalsinörini kısa süreli hafızadan uzun süreli hafızaya geçişte anahtar bir bileşen olarak ortaya çıkarır". Hücre. 92 (1): 39–49. doi:10.1016 / s0092-8674 (00) 80897-1. PMID  9489698. S2CID  11586300.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  7. ^ a b c d A., Gluck, Mark (2008). Öğrenme ve hafıza: beyinden davranışa. Mercado, Eduardo., Myers, Catherine E. New York: Worth Publishers. ISBN  978-0716786542. OCLC  190772862.
  8. ^ a b Huang, Yan-You; Li, Xiao-Ching; Kandel, Eric R. (1994-10-07). "cAMP, hem kovalent aracılı erken fazı hem de makromoleküler sentez bağımlı geç fazı başlatarak yosunlu fiber LTP'ye katkıda bulunur". Hücre. 79 (1): 69–79. doi:10.1016/0092-8674(94)90401-4. ISSN  0092-8674. PMID  7923379. S2CID  13645120.
  9. ^ Berger, T. W .; Balzer, J. R .; Harty, T. P .; Robinson, G. B .; Sclabassi, R.J. (1988). Hipokampüste Sinaptik Plastisite. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. s. 190–193. doi:10.1007/978-3-642-73202-7_54. ISBN  9783642732041.
  10. ^ Tanzi, R.E., Bertram, L. (2005). "Alzheimer hastalığı amiloid hipotezinin yirmi yılı, genetik bir perspektif". Hücre. 120 (4): 545–555. doi:10.1016 / j.cell.2005.02.008. PMID  15734686. S2CID  206559875.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  11. ^ Srivareerat, M., Tran, T.T., Alzoubi, K.H., Alkadhi, K.A. (2009). "Kronik psikososyal stres, Alzheimer hastalığının beta-amiloid sıçan modelinde kognisyon bozukluğunu ve uzun vadeli potansiyeli şiddetlendirir". Biol. Psikiyatri. 65 (11): 918–926. doi:10.1016 / j.biopsych.2008.08.021. PMID  18849021. S2CID  38948383.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  12. ^ a b Tsatali, M., Papaliagkas, V., Damigos, D., Mavreas, V., Gouva, M., Tsolaki, M. (2014). "Depresyon ve anksiyete seviyeleri, Alzheimer hastalığı olan hastalarda kronik kas-iskelet sistemi ağrısını artırır". Curr. Alzheimer Res. 11 (6): 574–579. doi:10.2174/1567205011666140618103406. PMID  24938501.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  13. ^ a b Tran, T.T., Srivareerat, M., Alkadhi, K.A. (2010). "Kronik psikososyal stres, Alzheimer hastalığının yeni bir riskli risk modelinde bilişsel bozukluğu tetikliyor". Neurobiol. Dis. 37 (3): 756–763. doi:10.1016 / j.nbd.2009.12.016. PMID  20044001. S2CID  11446924.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  14. ^ a b Tran, T.T., Srivareerat, M., Alkadhi, K.A. (2011). "Kronik psikososyal stres, Alzheimer hastalığının riskli bir modelinde uzun süreli hafızanın bozulmasını ve geç faz uzun vadeli güçlenmeyi hızlandırır". Hipokamp. 21 (7): 724–732. doi:10.1002 / hipo.20790. PMID  20865724. S2CID  205912075.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  15. ^ a b Tran, T.T., Srivareerat, M., Alhaider, I.A., Alkadhi, K.A. (2011). "Kronik psikososyal stres, Alzheimer hastalığının bir eşik altı amiloid-beta sıçan modelinde uzun vadeli depresyonu artırır". J. Neurochem. 119 (2): 408–416. doi:10.1111 / j.1471-4159.2011.07437.x. PMID  21854392. S2CID  757274.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  16. ^ Blakey, Richard; Baker Roger (1980). "Alkol bağımlılığına maruz kalma yaklaşımı". Davranış Araştırması ve Terapisi. 18 (4): 319–325. doi:10.1016 / 0005-7967 (80) 90090-x. ISSN  0005-7967. PMID  7436979.
  17. ^ Poulos, Konstantin X .; Hinson, Riley E .; Siegel, Shepard (1981). "İlaç toleransı ve bağımlılığında Pavlovian süreçlerinin rolü: Tedavi için çıkarımlar". Bağımlılık Yapan Davranışlar. 6 (3): 205–211. doi:10.1016/0306-4603(81)90018-6. ISSN  0306-4603. PMID  7293843.
  18. ^ Abbas, A. (2015). "LTP'nin iki zamansal faza sahip olduğu ve geç fazın protein sentezine bağlı olduğu hipotezinin yeniden değerlendirilmesi". Alıntı dergisi gerektirir | günlük = (Yardım)
  19. ^ Stanton, P.K. ve Sarvey, J.M. (1984). "Sıçan hipokampal CA1 bölgesinde protein sentezi inhibitörleri tarafından uzun vadeli potansiyasyonun blokajı". J. Neurosci. 4 (12): 3080–3088. doi:10.1523 / JNEUROSCI.04-12-03080.1984. PMID  6502226.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  20. ^ Villers, A., Godaux, E. ve Ris, L. (2012). "Uzun ömürlü LTP, ne indüksiyonu için tekrarlanan diziler, ne de gelişimi için protein sentezi gerektirmez". PLOS ONE. 7 (7): e40823. Bibcode:2012PLoSO ... 740823V. doi:10.1371 / journal.pone.0040823. PMC  3394721. PMID  22792408.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)