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뉴런의 칼슘 밀도 증가

뉴런의 칼슘 밀도 증가



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나는 뉴런의 스파이크가 발생함에 따라 전압 개폐 칼슘 채널이 열리기 때문에 칼슘 이온 농도가 증가한다는 것을 배웠습니다.

이러한 채널의 위치로 인해 칼슘 농도가 축삭 끝에서만 증가하는지 아니면 세포 전체에서 증가하는지 궁금합니다.


생물학의 칼슘

칼슘 이온(Ca 2+ )은 유기체 세포의 생리학과 생화학에 기여합니다. 그들은 신호 전달 경로, [1] [2] 뉴런에서 신경 전달 물질 방출, 모든 근육 세포 유형의 수축 및 수정에서 두 번째 메신저 역할을 하는 중요한 역할을 합니다. 많은 효소는 여러 응고 인자를 포함하여 보조 인자로 칼슘 이온을 필요로 합니다. 세포외 칼슘은 또한 적절한 뼈 형성뿐만 아니라 흥분성 세포막을 가로지르는 전위차를 유지하는 데 중요합니다.

포유류의 혈장 칼슘 수치는 뼈가 주요 광물 저장 장소로 작용하는 [1] [2] 엄격하게 조절됩니다. 칼슘 이온인 Ca 2+ 는 통제된 조건에서 뼈에서 혈류로 방출됩니다. 칼슘은 용해된 이온으로 혈류를 통해 운반되거나 혈청 알부민과 같은 단백질에 결합됩니다. 부갑상선에서 분비되는 부갑상선 호르몬은 뼈에서 Ca 2+의 재흡수, 신장에서 순환으로 재흡수를 조절하고, 비타민 D의 활성화를 증가시킵니다.3 칼시트리올에. 비타민 D의 활성 형태인 칼시트리올3, 장과 뼈에서 칼슘의 흡수를 촉진합니다. 갑상선의 parafollicular 세포에서 분비되는 칼시토닌은 또한 부갑상선 호르몬에 반대하여 칼슘 수치에 영향을 주지만 인간에서 생리학적 중요성은 모호합니다.

세포 내 칼슘은 특정 세포 사건에 반응하여 Ca 2+ 이온을 반복적으로 방출했다가 다시 축적하는 세포 소기관에 저장됩니다. 저장 부위에는 미토콘드리아와 소포체가 포함됩니다. [삼]

모델 유기체에서 칼슘의 특징적인 농도는 다음과 같습니다. 대장균 3mM(결합), 100nM(유리), 신진 효모 2mM(결합), 포유동물 세포 10-100nM(유리) 및 혈장 2mM. [4]


이온 수송: 칼슘 채널☆

Naomi Niisato, Yoshinori Marunaka, 의생명과학 참조 모듈, 2020

Voltage-Gated Ca 2 + 채널

원형질막의 Ca 2 + 채널은 일반적으로 전압 개폐식 Ca 2 + 채널로 특성화됩니다(표 2 및 그림 1)(Isom et al., 1994 Catterall et al., 2003 Belkacemi et al., 2005). . 이것은 전압 개폐식 Ca 2 + 채널이 막 탈분극에 의해 활성화됨을 의미합니다. 즉, Ca 2 + 채널의 개방 확률은 원형질막의 탈분극에 의해 증가됨을 의미합니다(Moczydlowski, 2003a). 전압 개폐형 Ca 2 + 채널은 채널을 통과하는 전류 프로파일에 따라 L, T, N P/Q 및 R 유형으로 분류됩니다( Catterall et al., 2003). 이러한 유형의 채널은 일반적으로 골격근, 심장 근육 및 뉴런에 있습니다. 전압 개폐형 Ca 2 + 채널은 Na + , K + 및 Ca 2 + 채널을 포함하는 전압 개폐형 양이온 채널의 슈퍼 패밀리에 속합니다. 전압 개폐 양이온 채널은 막을 가로질러 이온 투과를 위한 기공을 생성하기 위한 S4 세그먼트의 시퀀스를 가지며, 이를 α라고 합니다.1 소단위. Voltage-gated Ca 2 + 채널은 유사 올리고머 α1 소단위 및 세포외 α2 소단위, 세포질 β 소단위, 막에 걸쳐 있는 γ 및 δ 소단위. α1 소단위는 4개의 내부 상동 반복, 도메인 I, II, III 및 IV로 구성됩니다. 각 도메인은 S1에서 S6 막횡단 모티프를 포함합니다. 따라서 α1 소단위는 완전히 24개의 막횡단 도메인을 갖는다. 포유류 α1 L, T, N, P/Q 및 R형 Ca 2 + 채널의 소단위는 별개의 유전자 α에 의해 암호화됩니다.1S, α1C, α1D, 및 α1F L형 Ca 2 + 채널, α에 대한 유전자1G, α1시간, 및 α1나 T 형 Ca 2 + 채널, α에 대한 유전자1B N형 Ca 2 + 채널용 유전자, α1A P/Q형 Ca 2 + 채널에 대한 유전자, 및 α1E R 형 Ca 2 + 채널에 대한 유전자. 호흡기 조직에서 기도 평활근(Ge et al., 2013 Gui et al., 2011), 혈관 평활근(Wan et al., 2013 De Proost et al., 2007)에서 발현되는 L형 Ca 2 + 채널 , 상피 세포( De Proost et al., 2007 ) 및 신경 상피체( De Proost et al., 2007 ): 혈관 평활근( Wan et al., 2013 ) 및 기관지 평활근의 T형 Ca 2 + 채널 및 혈관 내피 세포(De Proost et al., 2007): 흡기 뉴런의 N- 및 P/Q-형 Ca 2 + 채널(Koch et al., 2013): 클라라 유사의 R-형 Ca 2 + 채널 세포(De Proost et al., 2007).

표 2 . 전압 개폐 Ca 2 + 채널의 속성 및 분류.

속성의 채널 유형동력학전압 활성화약리학위치기능유전자
장기간높은 임계값(&gt−30mV)DHP에 의해 차단됨심장, 골격근, 혈관평활근, 신경내분비막 탈분극을 세포질 Ca 2 + 신호에 연결αNS,
α,
αNS,
αNS
NS과도 현상낮은 임계값(&lt−30mV)DHP에 의해 덜 차단됨심장의 동방결절,
뇌 뉴런
활동전위의 반복적인 발사αNS,
α시간,
αNS
N중장기높은 임계값(&gt−30mV)DHP에 둔감하고,
ω-코노톡신 GVIA에 의해 차단됨
시냅스 전 말단, 수상 돌기,
뉴런의 세포체
세포외 신경전달물질 방출αNS
P/Q중장기높은 임계값(&gt−30mV)DHP에 둔감,
ω-아가톡신 IVA에 의해 차단됨
소뇌 Purkinje, 과립 세포 및 중추 뉴런의 세포체세포외 신경전달물질 방출αNS
NS중급높은 임계값(&gt-30mV)DHP에 둔감하고,
ω-아가톡신 IIIA에 의해 차단됨
소뇌과립세포, 뉴런세포외 신경전달물질 방출α이자형

그림 1. 전압 개폐식 Ca 2 + 채널의 멤브레인 폴딩 모델. 전압 개폐 양이온 채널은 막을 가로질러 이온 투과를 위한 기공을 생성하는 S4 세그먼트의 시퀀스를 가지며, 이를 α라고 합니다.1 소단위. 전압 개폐형 Ca 2 + 채널은 유사 올리고머 α1 소단위 및 세포외 α2 소단위, 세포질 β 소단위, 막에 걸쳐 있는 γ 및 δ 소단위. α1 소단위는 4개의 내부 상동 반복, 도메인 I, II, III 및 IV로 구성되며 이 α1 소단위는 이온 투과성 기공을 형성합니다. 각 도메인은 S1에서 S6 막횡단 모티프를 포함합니다. 따라서 α1 소단위는 완전히 24개의 막관통 도메인을 갖는다.

Isom LL, De Jongh KS, Catterall WA (1994)에서 수정됨 전압 개폐 이온 채널의 보조 소단위. 뉴런 12:1183–1194, 재사용 허가.

L형 칼슘 2 + 채널: L형 Ca 2 + 채널은 원형질막이 탈분극될 때 활성화됩니다(>-30 mV 높은 임계값)( Striessnig et al., 2004 Belkacemi et al., 2005). 또한 L형 Ca 2 + 채널이 활성화되면 채널은 오랜 시간 동안 활성을 유지합니다. L형 Ca 2 + 채널은 1,4-DHP가 채널에 결합하여 니트렌디핀과 같은 1,4-dihyropyridines(1,4-DHP)에 의해 차단되는 반면 Bay K 8644는 1,4- DHP는 열린 상태를 유지하기 위해 채널을 잠가 채널을 활성화합니다. L 형 Ca 2 + 채널은 심장 근육, 골격근, 평활근, 뉴런, 자궁 및 신경 내분비 세포에 있습니다. L 형 Ca 2 + 채널은 Ca로 분류됩니다.V1.1, CaV1.2, 칼슘V1.3, 그리고 칼슘V1.4. L형 Ca 2 + 채널은 열린 확률의 증가를 통해 단백질 키나아제 A에 의해 활성화되고 여기-수축 커플링에 역할을 합니다. L-형 Ca 2 + 채널은 또한 기도 평활근에서 기저 Ca 2 + 농도의 유지에 기여하고 ERK1/2는 β에서 Ser496을 인산화합니다2- 서브 유닛 또는 α의 Ser19281-subunit, 각각 열린 상태와 닫힌 상태 사이에서 L형 Ca 2 + 채널을 전환합니다.

T형 칼슘 2 + 채널: T형 Ca 2 + 채널은 원형질막이 탈분극될 때 활성화되고(<30 mV 낮은 임계값), 더 음의 전압 범위에서도 비활성화됩니다(Belkacemi et al., 2005). T형 Ca 2 + 채널이 활성화되면 채널은 짧은 시간(과도 시간) 동안 활성을 유지합니다. 이러한 T형 Ca 2 + 채널의 특성은 채널이 활동전위의 초기에 기능하여 반복적인 발화를 일으킨다는 것을 의미한다(Moczydlowski, 2003b). T형 Ca 2 + 채널은 심장 및 뇌 뉴런의 동방(SA) 노드에 있습니다. L-형 Ca 2 + 채널과 비교하여 T-형 Ca 2 + 채널은 mibefradil, efonidipine 및 Ni 2 + 에 의해 특이적으로 차단됩니다. T 형 Ca 2 + 채널은 Ca로 분류됩니다.V3.1, 칼슘V3.2 및 칼슘V3.3 아미노산 서열 기반.

N형 칼슘 2 + 채널: N형 Ca 2 + 채널은 L형 Ca 2 + 채널처럼 원형질막이 탈분극(>-30 mV 높은 임계값)할 때 활성화됩니다(Belkacemi et al., 2005). N형 Ca 2 + 채널이 활성화되면 채널은 비교적 긴 시간(중장기 지속시간) 동안 활성을 유지합니다. N형 Ca 2 + 채널은 1,4-dihyropyridines에 둔감하며 ω-conotoxin GVIA에 의해 차단됩니다. 이러한 유형의 Ca 2 + 채널은 세포외 신경전달물질 방출에 관여하는 시냅스 전 말단, 수상돌기 및 신경 세포에 위치합니다. N 형 Ca 2 + 채널은 Ca로 분류됩니다.V2.2.

P/Q형 Ca 2 + 채널: P/Q형 Ca 2 + 채널은 원형질막이 탈분극될 때 활성화됩니다(>-30mV 높은 임계값)(Belkacemi et al., 2005). P/Q형 Ca 2 + 채널이 활성화되면 채널은 비교적 긴 시간(중간-장기) 동안 활성을 유지합니다. P/Q형 Ca 2 + 채널은 1,4-dihyropyridines에 둔감하며 ω-agatoxin IVA에 의해 차단됩니다. 이 유형의 Ca 2 + 채널은 소뇌 Purkinje, 과립 세포 및 중추 뉴런의 세포체에 있습니다. P/Q형 Ca 2 + 채널은 세포외 신경전달물질 방출에 역할을 합니다. P/Q형 Ca 2 + 채널은 Ca로 분류됩니다.V2.1 아미노산 서열 기반.

R형 칼슘 2 + 채널: R 형 Ca 2 + 채널은 L 형 Ca 2 + 채널처럼 원형질막이 탈분극될 때 활성화됩니다(>-30 mV 높은 임계값)(Belkacemi et al., 2005). R형 Ca 2 + 채널이 활성화되면 채널은 상대적으로 긴 시간(중간 지속 시간) 동안 활성을 유지하지만 T, N 및 P/Q형 Ca 2 + 채널보다 짧은 시간입니다. N형 Ca 2 + 채널은 1,4-dihyropyridines에 둔감하며 ω-agatoxin IIIA에 의해 차단됩니다. 이러한 유형의 Ca 2 + 채널은 소뇌과립 세포 및 뉴런에 위치하며 N형 Ca 2 + 채널과 같이 세포외 신경전달물질 방출에 역할을 한다. R 형 Ca 2 + 채널은 Ca로 분류됩니다.V2.3 아미노산 서열 기반.


신경 칼슘 신호: 기능 및 기능 장애

칼슘(Ca(2+))은 모든 진핵 세포의 가장 중요한 활동을 조절하는 보편적인 2차 메신저입니다. 그것은 탈분극 신호의 전송에 참여하고 시냅스 활동에 기여하기 때문에 뉴런에 매우 중요합니다. 따라서 뉴런은 생화학 기계에 Ca(2+) 신호를 연결하기 위해 광범위하고 복잡한 Ca(2+) 신호 경로를 개발했습니다. 뉴런에 Ca(2+) 유입은 원형질막 수용체 및 전압 종속 이온 채널을 통해 발생합니다. 세포내 채널에 의해 소포체와 같은 세포내 저장소에서 Ca(2+)의 릴리스는 또한 세포질 Ca(2+)의 상승에 기여합니다. 세포 내부 Ca(2+)는 세포질 Ca(2+) 결합 단백질의 완충 작용과 미토콘드리아에 의한 흡수 및 방출에 의해 제어됩니다. 미토콘드리아 기질에서 Ca(2+)의 흡수는 구연산 순환을 자극하여 ATP 생산을 향상시키고 소포체와 원형질막의 ATP 구동 펌프에 의해 세포질에서 Ca(2+)를 제거합니다. 원형질막에 있는 Na(+)/Ca(2+) 교환기는 또한 연결 Ca(2+)의 제어에 참여합니다. 적절한 에너지 수준을 유지하기 위해 뉴런의 손상된 능력은 Ca(2+) 신호 전달에 영향을 미칠 수 있습니다. 이것은 노화 및 퇴행성 신경 질환 과정에서 발생합니다. 이 검토의 초점은 신경 Ca(2+) 신호 전달 및 시냅스 신호 전달 과정, 신경 에너지 대사 및 신경 전달에 관여하는 것입니다. 다음 가장 중요 한 신경 장애 신호 변경 Ca(2+)의 기여 고려 됩니다.


신경 전달 물질 방출에서 칼슘의 역할은 무엇입니까?

모양 칼슘 채널 단백질은 칼슘 이온이 채널을 통과합니다. 거기 칼슘 이온과 상호작용 신경전달물질 세포막과 융합되도록 하는 소포(막 결합 용기)를 포함하고, 풀어 주다 NS 신경전달물질 시냅스 틈으로.

마찬가지로, 칼슘은 활동 전위에서 무엇을 합니까? 활동전위 개방 전압에 민감한 칼슘 흥분성 세포의 채널, 칼슘 이온. 칼슘 이온은 무엇보다도 세포 흥분성, 신경 전달 물질 방출 또는 유전자 전사를 제어할 수 있습니다.

유사하게, 당신은 시냅스에서 칼슘의 역할이 무엇인지 물을 수 있습니다.

중요한 것 칼슘의 역할 화학 물질에서 이온 시냅스 에 있습니다. 전달 물질로 작용합니다. 전달 물질과 수용체 분자의 결합을 촉진한다.시냅스 막.

신경 전달 물질은 어떻게 방출됩니까?

분자 신경전달물질 소포라고 하는 작은 "패키지"에 저장됩니다(오른쪽 그림 참조). 신경전달물질 ~이다 출시 된 소포가 축삭 말단의 막과 "융합"될 때 축삭 말단에서 유출되어 신경전달물질 시냅스 틈으로.


Abrams TW, ER Kandel: 고전적 조건화에서 연속성 감지는 시스템입니까 아니면 세포 속성입니까? Neurosci 11(1988) 128–135의 동향

Åkerman Keo, DG Nicholls : 미토콘드리아 칼슘 수송의 생리학적 및 생물 에너지적 측면. Rev Physiol Biochem Pharmacol 95 (1983) 149–201

Alvarez-Leefmans FJ, TJ Rink, RY Tsien : 뉴런의 유리 칼슘 이온나선 아스페사 이온 선택성 미세 전극으로 측정합니다. J Physiol (Lond) 315 (1981) 531–548

Andrews SB, RD Leapman, DMD Landis, TS Reese : 소뇌 피질의 시냅스 전 신경 말단에서 칼슘과 칼륨 분포. Proc Natl Acad Sci USA 84 (1987) 1713–1717

Andrews SB, RD Leapman, DMD Landis, TS Reese : purkinje 세포 수지상 가시에서 칼슘의 활동 의존적 축적. Proc Natl Acad Sci USA 85 (1988) 1682–1685

Armstrong CM, DR Matteson: K 채널 폐쇄에서 칼슘 이온의 역할. J Gen Physiol 87 (1986) 817–832

Ascher P, L Nowak : 배양에서 마우스 중심 뉴런의 N-메틸-D-아스파테이트 반응에서 2가 양이온의 역할. J Physiol(런던) 399(1988) 247–266

Augustine GJ, MP Charlton, SJ Smith : 오징어의 전압 클램프 시냅스 전 말단으로의 칼슘 유입. J Physiol (론드) 367 (1985) 143–162

Augustine GJ, MP Charlton, SJ Smith : 시냅스 송신기 방출의 칼슘 작용. Annu Rev Neurosci 10(1987) 633–693

Baimbridge KG, JJ Miller, CO Parkes : 쥐 뇌의 칼슘 결합 단백질 분포. Brain Res 239 (1982) 519–525

Baker PF : 신경에서 칼슘이온의 이동과 대사. Prog Biophys Mol Biol 24 (1972) 177–223

Baker PF, R Dipolo : 축삭 칼슘 및 마그네슘 항상성. Curr Top Membr Transp 22 (1984) 195–247

Baker, PF, AL Hodgkin, EB Ridgway : 오징어 거대 축삭의 탈분극 및 칼슘 유입. J Physiol (런던) 218 ​​(1971) 709–755

Baker PF, JA Umbach : loligo의 axons 및 axoplasm에서 칼슘 완충. J Physiol (론드) 383 (1987) 369–394

Berridge MJ, RF Irvine : 세포 신호 전달의 새로운 두 번째 메신저인 Inositol trisphosphate. 네이처 312 (1984) 315–321

Blatz AL, KL Magleby : 칼슘 활성화 칼륨 채널. Neurosci 11 (1987) 463–467의 동향

Blaustein MP : 칼슘과 시냅스 기능. Handb Exp Pharmacol 83 (1988) 275–304

Bradbury M: 혈액-뇌 장벽의 개념. John Wiley & Sons, 치체스터 1979

Campbell AK : 세포내 칼슘. John Wiley & Sons, 치체스터 1983

Carbone E, HD Lux : 병아리와 쥐의 감각 뉴런에서 저전압 활성 칼슘 전류의 동역학 및 선택성. J Physiol (론드) 386 (1987) 547–570

Celio MR : 쥐 대뇌 피질의 대부분의 γ-aminobutyric acid 함유 뉴런의 Parvalbumin. 과학 231 (1986) 995–997

Choi DW : 글루타메이트 신경독성의 이온 의존성. J Neurosci 7 (1987) 369–379

Cohan CS, JA Connor, SB Kater : 뉴런 성장 원뿔에서 세포 내 칼슘의 전기적 및 화학적 매개 증가. J Neurosci 7 (1987) 3588–3599

Collingridge GL, TVP Bliss : NMDA 수용체 -장기 강화에서의 역할. Neurosci 10 (1987) 288–293의 동향

Coyle JT : kainic acid의 신경독성 작용. J Neurochem 41 (1983) 1–11

Douglas WW : 세포외 유출 및 세포외 유출-소포화 순서에 있어서 칼슘의 관련. Biochem Soc Symp 39 (1974) 1–28

Drrust DS, CE Creutz: 칼슘의 마이크로몰 수준에서 칼팍틴에 의한 크로마핀 과립의 응집. 네이처 331 (1988) 88–91

Farber JL: 세포 사멸에서 칼슘의 역할. 생명 과학 29 (1981) 1289–1295

Fox AP, MC Nowycky, RW Tsien : 병아리 감각 뉴런에서 세 가지 유형의 칼슘 전류를 구별하는 운동 및 약리학적 특성. J Physiol (론드) 394 (1987) 149–172

Frankenhaeuser B, AL Hodgkin : 오징어 축삭의 전기적 특성에 대한 칼슘의 작용. J Physiol (론드) 137 (1957) 218–244

Gilly WF, CM Armstrong: 세포외 아연에 의한 오징어 축삭의 나트륨 채널 개방 속도 저하. J Gen Physiol 79 (1982) 935–964

Gorman Alf, A Hermann, MV Thomas : 막 진동에 대한 이온 요구 사항과 연체 동물의 심장 박동기 뉴런에서 칼슘 농도에 대한 의존성. J Physiol (론드) 327 (1982) 185–217

Gorman Alf, S Levy, E Nasi, D Tillotson : 전압 클램프에서 칼슘에 민감한 미세 전극과 arsenazo III로 측정한 세포 내 칼슘무감각 뉴런. J Physiol (론드) 353 (1984) 127–142

Gustafsson B, H Wigström : 장기 강화의 기초가 되는 생리학적 메커니즘. Neurosci 11(1988) 156–162의 동향

Hamill OP, A Marty, E Neher, B Sakmann, FJ Sigworth: 세포 및 무세포 막 패치에서 고해상도 전류 기록을 위한 개선된 패치 클램프 기술. 플루거스 아치 391(1981) 85–100

Hansen AJ, T Zeuthen : 쥐의 뇌 피질에서 우울증과 허혈이 퍼지는 동안 세포외 이온 농도. Acta Physiol Scand 113 (1981) 437–445

Heizmann CW : 세포 내 칼슘 결합 단백질인 파르발부민: 포유동물 세포에서 분포, 특성 및 가능한 역할. 익스피리엔티아 40 (1984) 910–921

Heuser JE, TS Reese : 개구리 신경근 접합부에서 송신기 방출 후 구조적 변화. J 세포 Biol 88 (1981) 564–580

Hirning LD, AP Fox, EW McCleskey, BM Olivera, SA Thayer, RJ Miller, RW Tsien: 교감 신경에서 노르에피네프린 방출을 유발하는 N형 Ca 2+ 채널의 지배적인 역할. 과학 239 (1988) 57–61

Hodgkin AL: 신경 충동의 전도. 리버풀 대학 출판부, 리버풀 1964

Hofmann F, W Nastainczyk, A Röhrkasten, T Schneider, M Sieber : L형 칼슘 채널의 조절. Pharmacol Sci 8 (1987) 393–398의 동향

Jahnsen H, R Llinas : 기니피그 시상 뉴런의 전기 반응성 및 진동 특성에 대한 이온 기반시험관 내. J Physiol (론드) 349 (1984) 227–247

Kaczmarek LK : 이온 채널 및 신경 전달 물질 방출 조절에서 단백질 키나아제 C의 역할. Neurosci 10(1987) 30–34의 동향

Katz B : 신경 전달 물질의 방출. 리버풀 대학 출판부, 리버풀 1969

King MM, CY Huang, PB Chock, AC Nairn, HC Hemmings, K-FJ Chan, P Greengard: calcineurin에 대한 기질로서의 포유류 뇌 인단백질. J Biol Chem 259 (1984) 8080–8083

Knight DE, PF Baker: 강한 전기장에 노출된 후 소 부신 수질 세포에서 방출되는 카테콜아민의 칼슘 의존성. J Membr Biol 68 (1982) 107–140

Knight DE, NT Kesteven : 분리된 소 부신 수질 세포에서 일시적인 세포내 유리 Ca 2+ 변화 및 분비를 유발합니다. Proc R Soc Lond [Biol] 218 (1983) 177–199

Kretsinger RH : 세포질에서 칼슘의 정보 제공 역할. Adv Cyclic Nucleotide Res 11(1979) 1–26

Kretz R, E Shapiro, ER Kandel : 확인된 시냅스에서 파상풍 후 강화아플리시아 시냅스전 뉴런에서 Ca 2+ -활성화된 K + 전류와 상관관계가 있습니다: Ca 2+ 축적에 대한 증거. Proc Natl Acad Sci USA 79 (1982) 5430–5434

Kudo Y, K Ho, H Miyakawa, Y Izumi, A Ogura, H Kato : 천공 경로 자극 및 L-글루타메이트 상승에 의해 유도된 해마 과립 세포의 세포질 칼슘 상승. 브레인 레스 407 (1987) 168–172

Lauritzen M : 추정되는 편두통 메커니즘으로 피질 퍼짐 우울증. Neurosci 10 (1987) 8–12의 동향

Lehmann A : 미성숙 쥐 소뇌 조각에서 칼슘 이온 전달 물질 A 23187의 신경 독성. Neurosci Lett 79 (1987) 263–266

Llinas R, C Nicholson : 탈분극-분비 커플링에서의 칼슘 역할: 오징어 거대 시냅스의 에쿠오린 연구. Proc Natl Acad Sci USA 72 (1975) 187–190

Lynch G, M Baudry : 기억의 생화학: 새롭고 구체적인 가설. 과학 224 (1984) 1057–1063

McBurney RN, IR Neering: 신경 칼슘 항상성. Neurosci 10 (1987) 164–169의 동향

McCormack JG, RM Denton : 미토콘드리아 내에서 두 번째 메신저로서의 Ca 2+. Biochem Sci 11 (1986) 258–262의 동향

Manalon AS, CB Klee : Calmodulin. Adv 순환 뉴클레오티드 단백질 인산화 Res. 18 (1984) 227–278

Mayer ML, GL Westbrook : 마우스 배양 중추 뉴런에서 2가 양이온에 의한 N-메틸-D-아스파르트산 수용체 채널의 침투 및 차단. J Physiol (론드) 394 (1987) 501–527

Miledi R, I Parker, G Schalow : arsenazo III를 사용하여 측정한 개구리 말단 플레이트에서 시냅스 후 막을 가로질러 전달체 유도 칼슘 유입. J Physiol(런던) 300(1980) 197–212

Miller RJ: 뉴런에는 몇 가지 유형의 칼슘 채널이 있습니까? Neurosci 8(1985) 45–47의 동향

Montarsolo PG, ER Kandel, S Shacher : 장기 이종 시냅스 억제무감각. 네이처 333 (1988) 171–174

Murphy TH, AT Malrouf, A Sastre, RL Schnaar, JT Coyle : 신경 세포주에서 칼슘 의존성 글루타메이트 세포 독성. 브레인 레스 444 (1988) 325–332

Nestler EJ, P Greengard : 뇌의 단백질 인산화. 네이처 305 (1983) 583–588

Nohmi M, K Kuba, A Ogura, Y Kudo : fura-2 형광을 사용하여 황소 개구리 교감 신경절 세포에서 세포 내 Ca 2+ 측정. 브레인 레스 438 (1988) 175–181

Nordmann JJ, J Chevallier: 완충에서 미세소포의 역할 [Ca 2+ ]NS 신경하수체에서. 네이처 287 (1980) 54–58

Patridge LD, D Swandulla : 칼슘 활성화 비특이적 양이온 채널. Neurosci 11 (1988) 69–72의 동향

Perrin D, OK Langley, D Aunis : Anti-α-fodrin은 투과성 크로마핀 세포의 분비를 억제합니다. 네이처 326 (1987) 498–501

Pontremoli S, E Melloni : Extralysosomal 단백질 분해. Annu Rev Biochem 55 (1986) 455–481

Rasmussen H : synarchic 메신저로서의 칼슘과 cAMP. Wiley-Interscience, 뉴욕 1981

Reuter H : 신경 전달 물질, 효소 및 약물에 의한 칼슘 채널 조절. 네이처 301 (1983) 569–574

Ross WN, H Arechiga, JG Nicholls : 세포체의 충격과 배양에서 확인된 거머리 뉴런의 과정에 따른 칼슘 및 전압 과도 현상의 광학 기록. J Neurosci 7 (1987) 3877–3887

Schatzmann HJ : 적혈구 및 기타 동물 세포의 원형질막 칼슘 펌프. In: Carafoli E (ed): 칼슘의 막 수송. 아카데믹 프레스, 런던 1982

Storm JF: 쥐의 해마 피라미드 세포에서 활동 전위 재분극 및 빠른 과분극 후. J Physiol (런던) 385 (1987) 733–759

Tanabe T, H Takeshima, A Mikami, V Flockerzi, H Takahashi, K Kangawa, M Kojima, H Matsuo, T Hirose, S Numa : 골격근에서 칼슘 채널 차단제에 대한 수용체의 기본 구조. 네이처 328 (1987) 313–318

Teyler, TJ, P Discenna : 장기 강화. Annu Rev Neurosci 10(1987) 131–161

Tsien RW : 흥분성 세포막의 칼슘 채널. Annu Rev Physiol 45 (1983) 341–358


뇌의 신경 활동을 영상화하는 집중적 접근

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뉴런이 전기 충격을 가할 때 칼슘 이온의 급증도 경험합니다. 이러한 급증을 측정함으로써 연구자들은 뉴런 활동을 간접적으로 모니터링하여 다양한 뇌 기능에서 개별 뉴런의 역할을 연구하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

이 기술의 한 가지 단점은 인접 뉴런에서 확장되는 축색돌기와 수상돌기에 의해 생성된 누화로, 연구 중인 뉴런에서 독특한 신호를 얻기가 더 어렵습니다. MIT 엔지니어들은 이제 뉴런의 몸에만 축적되는 칼슘 지표 또는 센서를 만들어 이러한 문제를 극복하는 방법을 개발했습니다.

“사람들은 뇌의 많은 부분에서 신경 활동을 모니터링하기 위해 칼슘 지표를 사용하고 있습니다. "이제 그들은 더 나은 결과를 얻을 수 있어 혼선에 의해 덜 오염된 더 정확한 신경 기록을 얻을 수 있습니다."

이를 달성하기 위해 연구자들은 GCaMP라는 일반적으로 사용되는 칼슘 지시약을 세포체를 표적으로 하는 짧은 펩타이드에 융합했습니다. 연구자들이 SomaGCaMP라고 부르는 새로운 분자는 칼슘 이미징을 위한 기존 작업 흐름에 쉽게 통합될 수 있다고 연구자들은 말합니다.

Boyden은 이 연구의 수석 저자이며, 이는 오늘날 뉴런. 이 논문의 주 저자는 연구 과학자 Or Shemesh, 박사후 연구원 Changyang Linghu 및 전 박사후 과정 Kiryl Piatkevich입니다.

분자 초점

GCaMP 칼슘 지시약은 칼모듈린이라는 칼슘 결합 단백질에 부착된 형광 단백질과 M13 펩타이드라는 칼모듈린 결합 단백질로 구성됩니다. GCaMP는 뇌의 칼슘 이온과 결합할 때 형광을 발하여 연구자들이 간접적으로 뉴런 활동을 측정할 수 있도록 합니다.

"칼슘은 세포 내부의 매우 낮은 농도에서 뉴런이 활성화될 때 매우 높은 농도로 이동하기 때문에 이미지화하기 쉽습니다."라고 MIT McGovern Institute for Brain Research, Media Lab의 회원인 Boyden은 말합니다. 통합 암 연구를 위한 Koch 연구소.

이러한 형광 신호를 감지하는 가장 간단한 방법은 1광자 현미경이라고 하는 이미징 유형을 사용하는 것입니다. 이것은 큰 뇌 샘플을 고속으로 이미지화할 수 있는 비교적 저렴한 기술이지만 단점은 인접 뉴런 간의 누화를 포착한다는 것입니다. GCaMP는 뉴런의 모든 부분으로 들어가므로 한 뉴런의 축삭에서 오는 신호가 이웃의 세포체에서 오는 것처럼 나타나 신호의 정확도가 떨어질 수 있습니다.

2광자 현미경이라고 하는 더 비싼 기술은 빛을 개별 ​​뉴런에 매우 좁게 초점을 맞추는 방식으로 이를 부분적으로 극복할 수 있지만 이 접근 방식은 특수 장비가 필요하고 속도도 느립니다.

Boyden의 연구실은 이미징 장비가 아닌 표시기 자체를 수정하여 다른 접근 방식을 취하기로 결정했습니다.

“광학적으로 빛을 집중시키는 대신 지시약을 분자적으로 집중시키면 어떨까?”라고 생각했습니다. 그는 말한다. “많은 사람들이 2광자 현미경과 같은 하드웨어를 사용하여 이미징을 정리합니다. 우리는 다른 사람들이 하드웨어로 하는 일의 분자 버전을 구축하려고 노력하고 있습니다."

작년에 발표된 관련 논문에서 Boyden과 그의 동료들은 뉴런의 막 전압을 직접 이미지화하는 형광 프로브 간의 누화를 줄이기 위해 유사한 접근 방식을 사용했습니다. 동시에 그들은 훨씬 더 널리 사용되는 기술인 칼슘 이미징과 유사한 접근 방식을 시도하기로 결정했습니다.

GCaMP를 뉴런의 세포체에만 독점적으로 표적화하기 위해 연구자들은 GCaMP를 다양한 단백질에 융합하려고 시도했습니다. 그들은 논문의 저자이기도 한 MIT 생물학 교수인 Amy Keating과 협력하여 세포체에 축적되는 것으로 알려진 자연 발생 단백질과 인간이 디자인한 펩티드의 두 가지 유형의 후보를 탐구했습니다. 이러한 합성 단백질은 코일형 단백질로, 단백질의 여러 나선이 함께 감겨 있는 독특한 구조를 가지고 있습니다.

누화 감소

연구원들은 실험실 접시에서 자란 뉴런에서 약 30개의 후보를 선별한 다음 동물 실험을 위해 인공 코일 코일과 자연 발생 펩타이드 두 개를 선택했습니다. Janelia 연구 캠퍼스에서 제브라피쉬를 연구하는 Misha Ahrens와 협력하여 두 단백질 모두 GCaMP의 원래 버전에 비해 상당한 개선을 제공한다는 것을 발견했습니다. 신호 대 잡음비는 배경 활동과 비교하여 신호의 강도를 측정하는 것으로서 증가했고 인접한 뉴런 간의 활동은 감소된 상관 관계를 보였습니다.

보스턴 대학 Xue Han의 연구실에서 수행된 쥐 연구에서 연구원들은 새로운 지표가 인접 뉴런의 활동 사이의 상관 관계를 감소시키는 것으로 나타났습니다. Salk Institute for Biological Studies의 Kay Tye 연구실에서 수행된 소형 현미경(microendoscope라고 함)을 사용한 추가 연구에서 새로운 지표로 신호 대 잡음비가 크게 증가한 것으로 나타났습니다.

“우리의 새로운 표시기는 신호를 더 정확하게 만듭니다. 이것은 사람들이 일반 GCaMP로 측정하는 신호에 혼선이 포함될 수 있음을 시사합니다."라고 Boyden은 말합니다. "세포 사이에 인공적인 동기화 가능성이 있습니다."

모든 동물 연구에서 그들은 인공 코일 단백질이 그들이 테스트한 자연 발생 펩타이드보다 더 밝은 신호를 생성한다는 것을 발견했습니다. Boyden은 코일형 코일 단백질이 왜 그렇게 잘 작동하는지 불분명하지만 한 가지 가능성은 서로 결합하여 세포 내에서 매우 멀리 이동할 가능성을 낮추는 것이라고 말합니다.

Boyden은 새로운 분자를 사용하여 벌레와 물고기와 같은 작은 동물의 전체 뇌를 이미지화하기를 희망하고 있으며 그의 연구실에서는 이를 사용하고자 하는 모든 연구자에게 새로운 지표를 제공하고 있습니다.

Boyden은 "구현하기가 매우 쉬워야 하며 실제로 많은 그룹에서 이미 사용하고 있습니다."라고 말합니다. "그들은 이미 칼슘 이미징에 사용하고 있는 일반 현미경을 사용할 수 있지만 일반 GCaMP 분자를 사용하는 대신 우리의 새 버전을 대체할 수 있습니다."

이 연구는 주로 국립 정신 건강 연구소(National Institute of Mental Health)와 국립 약물 남용 연구소(National Institute of Drug Abuse), 그리고 국립 보건원(National Institutes of Health)의 Director's Pioneer Award와 HHMI-Simons 교수진 프로그램인 Lisa Yang, John Doerr의 지원을 받았습니다. 휴먼 프론티어 과학 프로그램.


칼슘 섭취와 건강

부유한 인구와 가난한 인구 사이에 칼슘 섭취의 현저한 불평등이 있습니다. Appropriate calcium intake has shown many health benefits, such as reduction of hypertensive disorders of pregnancy, lower blood pressure particularly among young people, prevention of osteoporosis and colorectal adenomas, lower cholesterol values, and lower blood pressure in the progeny of mothers taking sufficient calcium during pregnancy. Studies have refuted some calcium supplementation side effects like damage to the iron status, formation of renal stones and myocardial infarction in older people. Attention should be given to bone resorption in post-partum women after calcium supplementation withdrawal. Mechanisms linking low calcium intake and blood pressure are mediated by parathyroid hormone raise that increases intracellular calcium in vascular smooth muscle cells leading to vasoconstriction. At the population level, an increase of around 400-500 mg/day could reduce the differences in calcium intake between high- and middle-low-income countries. The fortification of food and water seems a possible strategy to reach this goal.

키워드: calcium calcium intake fortification health hypertensive disorders.


Neurobiology of Psychiatric Disorders

Jiang-Zhou Yu , Mark M. Rasenick , in Handbook of Clinical Neurology , 2012

Intracellular calcium channels

Intracellular calcium stores release calcium in response to specific receptors on their surface. These receptors function as channels to allow the release of calcium from those intracellular stores. The molecules responsible for this fall into two basic and similar groups: one is called the inosotol 1,4,5‐trisphosphate (IP3) receptors and the other is known as ryanodine receptors. IP3 receptors bind IP3 as well as ATP, and have the capability for regulation by phosphorylation. IP3 activates the IP3 receptor and allows calcium to be released from the intracellular stores into the cell.

Ryanodine receptors were first isolated in skeletal muscle, but appear to enjoy a wide tissue distribution as well, particularly within excitable cells. They allow for a rapid release of calcium from intracellular stores in response to cyclic adenosine diphosphate ribose and perhaps other intracellular messengers. Several subclasses of both IP3 receptors and ryanodine receptors are known to exist.

In addition to releasing calcium, the intracellular calcium stores must have the capability of rapidly concentrating calcium. This is important because, if calcium is a diffusible messenger which is going to deliver a really discrete message, then there must be the capability of rapidly taking calcium up. A variety of calcium ATPases are found on the plasma membrane, and these calcium ATPases are capable of exporting calcium from the cell into the extracellular milieu quite rapidly. These calcium ATPases are activated by calcium and calmodulin and, in the presence of these compounds, increase significantly their sensitivity to calcium and their ability to pump it out of the cell. The calcium ATPases located on the endoplasmic reticulum or the sarcoplasmic reticulum likewise are able to transport calcium rapidly back into these cellular storage sites for calcium. The primary difference between these calcium pumps and those found on the plasma membrane is that the regulation by calcium calmodulin is not known to occur in microsomal calcium ATPases. Figure 2.13 shows intraneuronal mechanisms for maintaining and modulating calcium concentration.

Fig. 2.13 . Calcium signaling in neuron. Mechanisms for calcium entry, regulation of cellular calcium concentration and intracellular calcium-responsive proteins are demonstrated. Several calcium-binding proteins are omitted for the sake of simplicity.