Глутаминовая кислота и мозг: AMPA – рецепторы

В предыдущей статье говорилось о том, что глутамат выполняет важные функции в центральной нервной системе, в том числе является возбуждающим нейромедиатором, т.е. ускоряет проведение сигнала от одной нервной клетки к другой.

В окончаниях нейронов имеются специальные места связывания глутамата с разным механизмом действия. Сейчас речь пойдет об AMPA – рецепторах.

           AMPA – рецепторы

AMPA – рецепторы относятся к семейству ионотропных, т.е. глутамат, связываясь с ними запускает движение ионов – заряженных частиц как внутрь клетки, так и вовне. Название было получено по веществу, которое избирательно запускает их работу (избирательного агониста) с зубодробительным названием α-Амино-3-гидрокси-5-Метил-4-изоксазолПропионовая Кислота.

Рецептор можно уподобить двери, которая открывается в клетку, и которая, как любая дверь, заперта на замок. В двери имеются замки – сайты связывания медиатора. Медиатор подходит к замку, как ключ, открывая дверь для прохождения заряженных частиц.

По структуре AMPA – рецепторы похожи на NMDA, они также состоят из четырех различных белков – субъединиц, именуемых GluR1, GluR2, GluR3, и GluR4. Чаще они состоят не из четырех разных белков, а из сочетания двух белков одного типа, и двух – другого.

Рецепторы, содержащие в своем составе субъединицу GluR1,  находятся в клетках гиппокампа – структуры мозга, отвечающей за память.

Белок GluR2 входит в состав AMPA – рецепторов, не пропускающих ионы кальция.

AMPA – рецепторы работают по той же схеме, что и NMDA, но для их открывания  не нужен глицин, также внутри канала нет иона Магния – стопора. Медиатор глутамат или аспартат присоединяется к внеклеточному участку рецепторного белка и открывает дверь в клетку: ионы калия выходят в межклеточное пространство, а внутрь заходят ионы натрия и кальция, коль скоро в составе рецептора нет блокирующего ток кальция белка GluR2. Входящий внутрь клетки кальций, усиливает действие AMPA – рецептора, и даже отдает команду организму на постройку новых. Он же заставляет передающий сигнал нейрон снова выбросить в синаптическую щель глутамат.

AMPA – рецепторы отвечают за «быстрый» ответ нейронов на воздействие из внешней среды, а также наряду с NMDA играют роль в механизме запоминания. Они приводят к т.н. долговременной потенциации нейрона (LTP), т.е. если стимул повторяется вновь и вновь, нейрон, принимающий сигнал, сильнее вырабатывает электрический ток и удерживает его дольше, т.е. дольше находится в возбужденном состоянии. Механизм долговременной потенциации связывают с увеличением плотности (апрегуляции) AMPA – рецепторов на нервном окончании принимающего нейрона.

Количество рецепторов в синапсе не является одинаковым на протяжении жизни, оно может как уменьшаться вследствие воздействия ядовитых веществ, так и увеличиваться, коль скоро в том есть необходимость для организма. На нервном окончании находятся рецепторы разных групп, клетка интегрирует сигналы от всех них разом.

AMPA – рецепторы находятся вперемешку с NMDA. Глутамат в первую очередь возбуждает AMPA – рецепторы, так как NMDA закрыты ионом Магния. Ионы Натрия заходят внутрь клетки, ионы Калия – уходят в межклеточное вещество, возникает деполяризация клеточной мембраны, которая выталкивает Магний из канала NMDA-рецепторов. Дверь оказывается открытой для ионов Кальция, а Кальций внутри  клетки запускает цепь реакций, конечным итогом которых оказывается построение на мембране дополнительных AMPA – рецепторов, т.е. их плотность увеличивается.  Дополнительно Кальций заставляет работать белок фермент-киназу CaMKII, который навешивает фосфорные хвостики к регуляторным участкам белков уже существующих AMPA – рецепторов, открывая пошире двери для ионов, увеличивая их проводимость. NMDA-рецепторы способны работать только если рядом есть AMPA, который отодвигает стопор Магний, иначе синапс будет не способен проводить сигнал по нейроне, что приводит к феномену «молчащих синапсов».

Активация AMPA – рецепторов увеличивает выработку нейроном особого белка – BDNF или нейротрофического фактора мозга. Этот белок защищает нейроны от саморазрушения, продлевает их жизнь и даже отдает приказ на строительство новых. Считается, что долгосрочная память – это создание новых связей между нейронами через построение новых белковых структур, т.е. рецепторов. Белок BDNF способствует сохранению хорошей памяти и интеллекта.

Приказ на выработку этого белка отдает ион Кальция, концентрация которого в клетке увеличивается при активации AMPA – рецептора глутаматом.

Выработку белка BDNF можно увеличить: его количество возрастает после физических тренировок, причем не только в мозжечке, отвечающем за координацию движения, но и в гиппокапме, который регулирует память и интеллект.

Не все виды упражнений стимулируют выработку нейротрофического фактора, защищающего клетки мозга: силовые нагрузки и растяжки в этом плане неэффективны. Зато занятия аэробикой, в том числе быстрая ходьба, беговая дорожка, велотренажер помогут не только убрать лишний жир, но и повысить долговременную память и интеллект.

Физическая активность, стимулирующая выработку нейротрофического фактора, не должна быть стрессовая, ибо стресс-гормоны глушат BDNF-белок.

Сильный, долговременный поток ионов, который обеспечивает работа AMPA – рецепторов позволяет быстро и качественно запоминать информацию, но при долговременном возбуждении нервных клеток могут появиться такие феномены, как навязчивые мысли, длительные внутренние диалоги, от которых человек не может избавиться, навязчивые ритмы и песни, которые засоряют мозг и не дают сосредоточиться на действительно важной информации.

При сбоях в работе AMPA – рецепторов, так же как и каинатных, возникает судорожный синдром, вплоть до эпилепсии. Длительный мощный поток ионов держит нейроны в напряженном состоянии, заставляя их вырабатывать ток, посылая сигнал за сигналом на двигательную мускулатуру, в результате чего мышечное волокно сокращается, а сигнала на расслабление не приходит, что и приводит к судорогам.