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膜片钳首先揭示了快频神经传导背后的机制

阿拉巴马大学伯明翰分校的研究人员有史以来第一次对钳制钳位的哺乳动物有髓神经的难以捉摸的部分称为兰维耶结节进行了研究。在结节处,他们发现了意想不到的钾通道,使髓鞘神经能够以很高的频率和沿神经的高传导速度传播神经冲动。这两种素质对于在哺乳动物中快速传递感觉和快速控制肌肉都是必不可少的-这是动物在食肉动物与猎物世界中生存的关键。

膜片钳首先揭示了快频神经传导背后的机制

自1939年以来,法国科学家路易斯·安托万·兰维尔(Louis-Antoine Ranvier)便发现了这些微小的节点,它们的作用就像是沿着有髓神经的位置相距约1毫米的中继站,以每秒50至200米的速度传导哺乳动物的神经冲动。在每个裸结之间,神经被髓鞘的绝缘鞘包裹。当神经发火时,电脉冲从一个节点跳到下一个节点,其运动速度比无髓神经的神经脉冲快100倍。神经科学家早就知道,神经细胞膜上离子的释放和摄取是电神经冲动的机制。但是在Ranvier的节点中是否存在钾离子通道-如果存在,

在Cell Press杂志Neuron上发表的一项研究中,顾建国博士,他的博士后研究员广田宽大博士和UAB的其他同事报告说,两个离子通道称为TREK-1和TRAAK是主要的大鼠有髓神经Ranvier结中的钾通道。更重要的是,他们表明,Ranvier节点处的这两个通道是沿着有髓神经传入神经进行高速和高频咸化或“跳跃”传导所必需的。通道的敲低使神经传导速度降低了50%,而行为实验表明,神经的敲低会降低大鼠对胡须甩动的厌恶反应。

在因神经冲动机制而获得1963年诺贝尔奖的经典实验中,神经利用电压门控的钾离子通道(电压的变化使其激发)来释放无髓鱿鱼巨神经中的钾离子。Gu和他的同事最初期望在Ranvier的节点上找到这样的频道。

但是,他们最早的实验混淆了这一期望,以至于他们放弃了这项研究一年。当他们添加已知的电压门控钾离子通道抑制剂时,他们发现Ranvier节点处的电尖峰并没有明显减少。这一发现对教条提出了挑战,这意味着在每个节点上,其他一些钾通道尚未确定。

Gu,Edward A. Ernst博士,医学博士和教授说,可能的候选物包括15个蛋白质家族中的三个成员,这些蛋白质被称为“泄漏”钾离子通道,其组成性开放而不是电压门控,并且已知具有大电导。 UAB麻醉学和围手术医学系分子与转化生物医学部疼痛研究主任。顾的实验室发现,TREK-1和TRAAK这两个是Ranvier节点中的活动通道。他们的测试证明了这一点,包括研究人员为淋巴结开发的压力膜片钳记录技术,以及免疫组化,遗传和药理学方法。

此外,UAB小组发现,TREK-1和TRAAK是热敏感和机械敏感的两孔域钾通道,它们高度聚集在大鼠三叉神经A-β神经的结节处,电流密度为3,000 -比细胞体高

泄漏的钾通道和电压门控的钾通道在神经冲动后起作用,使神经膜重新极化,这被称为动作电位。Ranvier结中的TREK-1和TRAAK的作用与在大鼠神经细胞体或体细胞中发现的电压门控钾通道完全不同。在以每秒50次的速度刺激人体时,使用电压门控钾通道的动作电位通常会失败。但是Gu和同事发现,在具有“泄漏”通道的Ranvier节点上的动作电位在每秒高达200次的刺激频率下没有显示出明显的故障。

换句话说,两个泄漏的钾通道允许在Ranvier结极迅速复极化,并且对有髓的大鼠神经产生高频和快速电导。有趣的是,TREK-1和TRAAK两孔结构域钾通道似乎在Ranvier结中形成异二聚体。

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点击次数:更新时间2019-12-01【打印此页】??【关闭
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