SINH LÝ HỌC TẾ BÀO THẦN KINH

Phùng Trung Hùng – Đào Nguyễn Phương Linh – Nguyễn Phước Long

Mục tiêu

–       Trình bày cấu tạo của một neuron và chức năng của chúng.

–       Trình bày các loại khác nhau của TB đệm (TB gian TK) và chức năng của chúng.

–       Mô tả tính chất hóa học của myelin, tóm tắt những cách thức khác biệt mà các neuron có myelin  hay không có myelin dẫn truyền xung động.

–       Định nghĩa sự vận chuyển thuộc trục thuận chiều hay ngược chiều (orthograde and retrogade axonal transport), và các vận động phân tử liên quan đến mỗi hình thức đó.

–       Mô tả sự thay đổi của các kênh ion trong điện thế trương điện, điện thế động, và sự tái cực.

–       Liệt kê các loại sợi thần kinh được tìm thấy ở hệ TK của ĐV có vú.

–       Mô tả các chức năng của neurotrophins.

Các thành phần trong TB TK trung ương

Giới thiệu

Hình 26.1: Các bào quan trong neuron

Hệ thần kinh trung ương của con người (CNS) chứa khoảng 1011 (100.000.000.000) neuron (TBTK). Các TBTK đệm gấp 10-50 lần số lượng này. CNS là một cơ quan phức tạp; người ta tính toán được rằng trong sự hình thành của nó, có ít nhất 40% các gene của con người tham gia. Các neuron, là các khối xây dựng cơ bản của hệ thần kinh, đã tiến hóa từ các neuron hạch (cơ) nguyên thủy, phản ứng với các kích thích khác nhau bằng cách co lại. Trong các loài động vật phức tạp hơn, sự co lại đã trở thành chức năng chuyên biệt của các tế bào cơ, trong khi điều phối và truyền xung thần kinh đã trở thành các chức năng chuyên biệt của neuron. Chương này mô tả các thành phần tế bào của CNS và khả năng kích thích của các neuron, liên quan đến nguồn gốc của các tín hiệu điện cho phép neuron điều phối và truyền xung động (điện thế động, điện thế thụ thể, và điện thế xi-náp).

Các yếu tố trong TB TK trung ương

TB đệm(TB gian TK)

Sau rất nhiều năm nghiên cứu, các TBTK đệm (gliacyte) được xem như là mô liên kết thần kinh trung ương. Thật ra, “glia” trong tiếng Hy Lạp là keo. Tuy nhiên, ngày nay các tế bào này đã được công nhận vai trò thông tin liên lạc của chúng trong CNS khi hợp tác với các neuron. Không giống như các neuron, các TBTK đệm tiếp tục trải qua phân chia tế bào ở tuổi trưởng thành và khả năng sinh sản nhanh, đặc biệt đáng chú ý sau khi chấn thương não (ví dụ như một cơn đột quỵ).

Có hai loại tế bào thần kinh đệm chính trong hệ thống thần kinh động vật có xương sống: microglia và macroglia. Microglia là những tế bào tiêu hóa tương tự như các đại thực bào, loại bỏ các mảnh vỡ do chấn thương, nhiễm trùng, và bệnh tật (ví dụ như đa xơ cứng, mất trí nhớ liên quan đến AIDS, bệnh Parkinson và bệnh Alzheimer). Microglia phát sinh từ các đại thực bào nằm ở  ngoài hệ thần kinh; theo sinh lý học và mô phôi thì không liên quan đến các loại tế bào thần kinh khác.

Có ba loại macroglia: tế bào ít nhánh (oligodendrocyte), các tế bào Schwann, và astrocyte. Tế bào ít nhánh và các tế bào Schwann tham gia vào việc hình thành myelin quanh sợi trục thần kinh trung ương và ngoại biên tương ứng. Astrocyte, được tìm thấy trong não, có hai phân nhóm. Astrocyte xơ, chứa nhiều sợi trung gian, được tìm thấy chủ yếu trong chất trắng. Astrocyte nguyên sinh được tìm thấy trong chất xám và có tế bào chất dạng hạt. Cả hai loại này đều có nhánh đến các mạch máu tạo ra các mao mạch để tạo các mối nối chặt chẽ tạo thành vòng tuần hoàn mạch máu não. Chúng cũng có các nhánh đến vỏ synapsesevà bề mặt của neuron. Astrocyte nguyên sinh có một điện thế màng thay đổi theo nồng độ K­+ bên ngoài nhưng không tạo ra điện thế lan truyền. Chúng sản xuất các chất cung cấp cho neuron, và giúp duy trì nồng độ thích hợp của các ion, các chất dẫn truyền thần kinh bằng cách tăng K+ và các dẫn truyền thần kinh như glutamate và aminobutyrate (GABA).

Hình 26.2: Các loại TBTK đệm chủ yếu trong hệ thần kinh.

A) Các tế bào ít nhánh nhỏ với số lượng nhánh tương đối ít. Các TB này trong chất trắng cung cấp myelin, và  trong chất xám thì nâng đỡ các neuron. B) Các tế bào Schwann cung cấp myelin cho hệ thần kinh ngoại biên. Mỗi tế bào hình thành một phân đoạn của vỏ myelin dài khoảng 1 mm; vỏ đảm đương hình dạng của nó như cái lưỡi bên trong của tế bào Schwann bao xung quanh trục vài lần, gói trong các lớp đồng tâm. Khoảng cách giữa các phân đoạn của myelin là các eo Ranvier. C) Astrocyte là những TBTK đệm phổ biến nhất trong thần kinh trung ương và đặc trưng bởi hình dạng ngôi sao. Chúng liên lạc với cả mao mạch và neuron, được cho là có chức năng dinh dưỡng. Chúng cũng tham gia vào việc hình thành vòng tuần hoàn mạch máu não.

Bao myelin

Hình 26.3: Bao myelin ở hệ thần kinh ngoại biên có chứa tế bào Schawann. Không phải tất cả sợi thần kinh đều được myelin hóa nhưng hầu hết sợi chủ ý đều được myelin hóa.

Myelin ở hệ thần kinh trung ương và hệ thần kinh ngoại biên đều có các thành phần cấu tạo là proteinlipid; nhưng myelin hệ thần kinh ngoại biên có nhiều sphingomyelin và các glycoprotein hơn. Có 3 loại protein quan trọng là MBP (myelin basic protein), PLP (proteolipid protein) và MPZ (myelin protein zero).

MBP là protein bào tương gắn vào màng tế bào, có cả ở hai hệ thần kinh. PLP là tetraspanin protein chỉ có ở hệ thần kinh trung ương, có vai trò trong sự hình thành neuron và là thành phần cấu tạo myelin. Đột biến gene PLP và yếu tố phiên mã của nó (protein DM20) gây ra bệnh Pelizaeus-Mebacher di truyền liên kết giới tính X thoái hóa myelin, bệnh nhân nam bị thiếu chất trắng và tế bào ít nhánh. Biểu hiện chính của bệnh là bệnh nhân hay chớp mắt và chậm phát triển vận động thần kinh.

Protein chính của myelin ở hệ thần kinh ngoại biên là MPZ, có vai trò giống PLP ở hệ thần kinh trung ương. Vùng ngoại bào của 2 MPZ tương tác với 2 MPZ ở màng phía đối diện. Cấu trúc đồng tetramer tạo sự kết dính chặt chẽ các màng, làm đặc myelin. Vùng nội bào của MPZ có vai trò tạo tín hiệu điều hòa sự tạo myelin. Ở hệ thần kinh trung ương, các PLP màng tế bào tương tác với nhau giúp ổn định cấu trúc.

Điều cầu hết sức lưu ý là các protein tạo myelin là kháng nguyên quan trọng ở các bệnh tự miễn như bệnh đa xơ hóa có thoái hóa myelin lan tỏa ở hệ thần kinh trung ương ở hội chứng Guillain-Barré có thoái hóa myelin ở hệ thần kinh ngoại biên.

Vai trò của bao myelin:

–       Nó tạo nên một vùng cách điện để ngăn chặn việc phát các xung thần kinh ngắn giữa các sợi thần kinh.

–       Nhờ có bao myelin mà sự dẫn truyền xung động thần kinh được nhanh hơn.

–       Bao myelin giúp tái tạo các sợi thần kinh ngoại biên. Tế bào Schwann giúp duy trì môi trường của sợi trục và các kênh của nó, do vậy cho phép tái liên kết với một thụ thể hay một chất tác hiệu. Sợi thần kinh trung ương không có khả năng này.

Synapse

Synapse là một khớp nối đặc biệt (specialized junctions), qua đó tín hiệu từ tế bào thần kinh sẽ truyền qua một tế bào thần kinh khác cũng như qua một loại tế bào không phải là tế bào thần kinh (như tế bào cơ hoặc tế bào tuyến).

Synapse được phân loại theo vị trí tiếp xúc với neuron hậu synapse:

–       Synapse trục – gai, nút tiền synapse sợi trục tiếp xúc với gai sợi nhánh.

–       Synapse trục – nhánh, nút tiền synapse sợi trục tiếp xúc với sợi nhánh.

–       Synapse trục – thân, nút tiền synapse tiếp xúc với thân neuron.

–       Synapse trục – trục, nút tiền synapse sợi trục tiếp xúc với synapse sợi trục neuron hậu synapse.

Neurotransmitter được tải vào túi synapse (synaptic vesicles) bởi H+– linked antiport proteins

Có rất nhiều các phân tử nhỏ hoạt động như là một neurotransmitter tại các synapse khác nhau, ngoại lệ là acetylcholine, một loại neurotransmitter có bản chất là một dẫn xuất của amino acid. Các nucleotide, như ATP chẳng hạn và những nucleoside tương ứng (không gắn gốc phosphate) cũng đóng vai trò là neurotransmitter. Mỗi neuron có khả năng sản xuất chỉ một loại neurotransmitter mà thôi.

Tất cả các neurotransmitter cổ điển (classic neurotransmitter) đều được tổng hợp trong tế bào chất và được vận chuyển ra các túi synapse bám màng tại đầu tận của sợi trục và được dự trữ ở đó. Những túi synapse này có đường kính khoảng 40-50 nm, và có tính acid, được tổng hợp bởi sự hoạt động của nhóm V bơm H+ (V-class proton pump) tại màng tế bào của túi.

Ví dụ, acetylcholine được tổng hợp từ acetyl coenzyme A (chất trung gian trong quá trình thoái hóa glucose và acid béo) và choline với sự xúc tác của choline acetyltransferase:

Hình26.4: Phản ứng tạo thành acetylcholine

Túi synapse thu giữ acetylcholine từ bào tương thông qua quá trình vận chuyển ngược với radient nồng độ bằng cách sử dụng H+/acetylcholine antiporter tại màng tế bào. Có điều lạ là gene mã hóa cho cái antiporter này có vị trí tại vùng intron đầu tiên của gene mã hóa cho choline acetyltransferase, cách sắp đặt này là nguyên nhân bảo tồn được cơ chế điều hòa tương tác rất chặt chẽ biểu hiện của cả hai protein này. Ngoài ra còn có những protein H+/neurotransmitter antiport khác được sử dụng để đưa các loại neurotransmitter khác vào trong túi synapse.

Dòng Ca2+ nhập bào thông qua kênh cổng điện thế  Ca2+ (Voltage-gated Ca2+ channels) kích thích tiết neurotransmitter

Neurotransmitter được giải phóng qua quá trình xuất bào. Quá trình này có sự hỗ trợ của các tải nội bào chế tiết và các protein xuyên màng. Có 2 điều làm cho sự xuất bào ở  synapse khác với những tế bào chế tiết khác:

–          Sự tiết liên quan chặt chẽ đến hoạt động điện thế màng tại đầu tận của sợi trục.

–          Túi synapse được tái cấu trúc tại khu vực hoạt động của nó, ngoại trừ acetylcholine.

Sự khử cực của màng tế bào không thể tự gây ra sự hòa màng của các túi synapse. Để có sự hòa màng xảy ra, một hoạt động điện nhất thiết phải được biến đổi thành một tín hiệu hóa học – sự gia tăng nồng độ Ca2+ trong tế bào chất. Kênh cổng điện thế Ca2+ sẽ mở ra để dòng Ca2+ nhập bào khi sự khử cực xảy ra. Dòng Ca2+ nhập bào này làm gia tăng nồng độ Ca2+ trong tế bào chất của các túi synapse kế cận từ <0.1μM ở điện thế nghỉ lên đến từ 1-100μM. Ion Ca2+ sẽ bám vào protein nối kết với túi synapse và màng tế bào, đưa neurotransmitter xuất bào. Bơm Ca2+ sau đó sẽ nhanh chóng đưa Ca2+ xuất bào thông qua quá trình vận chuyển tiêu tốn ATP, đưa điện thế nội bào về lại trạng thái nghỉ (resting state), giúp cho đầu tận sợi trục sẵn sàng đáp ứng với các kích thích điện thế khác.

Có một thí nghiệm đã chứng tỏ được tầm quan trọng của kênh cổng điện thế Ca2+ trong quá trình giải phóng neurotransmitter. Bằng cách khóa kênh này bằng tetrodotoxin (thuốc ức chế kênh cổng điện thế Na+) để ngăn chặn sự thay đổi điện thế hoạt động của tế bào, người ta thấy rằng không có sự chế tiết neurotransmitter. Nếu màng tế bào của sợi trục sau đó được khử cực bằng cách sử dụng 100mM KCl, neurotransmitter lại tiếp tục được giải phóng bởi vì dòng Ca2+ lại vào được tế bào thông qua kênh cổng điện thế Ca2+, tương tự như quá trình khử cực bằng kênh cổng điện thế Na+.

Luồng tín hiệu tại synapse thường kết thúc bởi sự thoái giáng hoặc tái hấp thu neurotransmitter

Hình 26.5: Minh họa quá trình tiết neurotransmitter, sự tái tạo synapse vesicle và sự tái hấp thu neurotransmitter.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 7.4/10 (23 votes cast)
VN:F [1.9.22_1171]
Rating: +6 (from 8 votes)
SINH LÝ HỌC TẾ BÀO THẦN KINH, 7.4 out of 10 based on 23 ratings


Chào mừng các bạn đến với website Y Sinh học. Tôi là Nguyễn Phước Long, admin của trang. Hi vọng các bạn sẽ có những trải nghiệm thú vị khi đến với cộng đồng học thuật này. Xin cảm ơn! Prolife của tác giả có thể tìm thấy tại đây: http://nguyenphuoclong.com

Share This Post

Related Articles

Leave a Reply

© 2017 Đọc Sách Y Sinh – MicroWorld – MacroMind. All rights reserved.
Powered by Sike ·
You might also likeclose