Wie kommuniziert eine hemmende Synapse mit dem Zellkörper eines Neurons?

Eine hemmende Synapse funktioniert genauso wie eine erregende!

Wenn ein präsynaptisches Neuron feuert, setzt es einen Neurotransmitter an seinem/seinen Terminal(s) frei. Dieser Neurotransmitter kann anregend oder hemmend sein, wobei der hauptsächlich anregende im Zentralnervensystem Glutamat und der hauptsächlich hemmende GABA ist . ^*

GABA und Glu sind bei weitem nicht die einzigen Neurotransmitter im Gehirn, sie sind nur ein klassisches Beispiel, also bleiben wir bei ihnen. Wenn der Neurotransmitter freigesetzt wird, bindet er an Rezeptoren auf dem postsynaptischen Neuron (vorausgesetzt natürlich, dass das postsynaptische Neuron diese Rezeptoren exprimiert).

Es gibt verschiedene GABA- und Glu-Rezeptoren, sowohl ionotrope (dh Kanalrezeptoren, die Ionen nach Bindung des Liganden durch die Membran fließen lassen) als auch metabotrope (dh Rezeptoren, die einen intrazellulären Weg aktivieren, der nicht per se den Ionenfluss startet, sondern diesen kann sie herbeiführen oder indirekt verhindern). Der Einfachheit halber bleiben wir bei ionotropen Rezeptoren.

Glu bindet an drei Arten von ionotropen Rezeptoren: AMPA- , NMDA- und Kainat -Rezeptoren. Diese haben unterschiedliche Kinetik/Eigenschaften, aber unterm Strich lassen sie Kationen (positiv geladene Ionen, wie Na+ und Ca++) in die Zelle. Wenn dies geschieht, kommt es zu einer postsynaptischen Depolarisation, die als EPSP (excitatory post-synaptic potential) bezeichnet wird.
Wenn also das Ruhemembranpotential beispielsweise -57 mV betrug, wird es beispielsweise -52 mV. Dies bedeutet, dass, wenn das Schwellenpotential zum Auslösen eines Aktionspotentials -43 mV wäre, die Zelle, die zuerst eine 14-mV-Depolarisation zum Auslösen benötigte, jetzt eine 9-mV-Depolarisation benötigt. Wenn sich nachfolgende EPSP summieren, können sie die Zelle ausreichend depolarisieren, um die Schwelle zu erreichen und die Zelle feuern zu lassen.

Dieses Bild aus Wikipedia ist ziemlich selbsterklärend: In diesem Fall erzeugten 3 synaptische Ereignisse 3 EPSPs, die sich summierten und die Zelle so weit depolarisierten, dass sie das Schwellenpotential erreichte, und ein Aktionspotential erzeugten, das sich dann zum Zellkörper ausbreitete.

GABA hingegen bindet an den GABA-A- Rezeptor, der ein Chloridkanal ist. In den meisten Fällen lässt GABA-A nach der Bindung von GABA Cl- in die Zelle, wodurch es effektiv hypopolarisiert und ein IPSP (inhibitorisches postsynaptisches Potential) erzeugt wird. Die Situation ist die gleiche (aber umgekehrt) wie bei Glu, diesmal wird das Potential jedoch negativer.

EPSP und IPSP können gleichzeitig auftreten und tun dies auch: Da sie in Frequenz und Intensität je nach Feuerungsfrequenz und Feuerungsmuster des präsynaptischen Neurons variieren können, kann im postsynaptischen Neuron ein ziemlich kontinuierlicher Spannungsbereich erreicht werden.

Andere Kontrollen dieses Prozesses stammen von metabotropen Rezeptoren, die beispielsweise Ionenkanäle [de]phosphorylieren (eine Phosphatgruppe hinzufügen oder entfernen) können, wodurch ihre Permeabilität für Ionen moduliert wird, oder von der unterschiedlichen Kinetik der verschiedenen Kanäle (beispielsweise bleiben bestimmte Kanäle offen für länger oder verzögert öffnen usw.), was eine Feinabstimmung des Systems ermöglicht.

^* Ich mache hier eine grobe Verallgemeinerung. Ein Neurotransmitter ist nicht per se erregend oder hemmend , es kommt auf den Kontext an. Beispielsweise existieren erregende GABA-Synapsen.

Von Ihrem Kommentar zu Nicos guter Antwort scheint sich Ihre Frage wirklich darauf zu beziehen, wie sich synaptische Potenziale durch Dendriten ausbreiten.

Kanonisch wandern synaptische Potentiale passiv entlang von Membranen und werden durch die Kabeltheorie beschrieben . Die Kabelgleichung beschreibt, wie sich die Spannung über Zeit und Raum entlang eines Kabels ändert. Die Theorie wurde ursprünglich für den Signalabfall in transatlantischen Telegrafenkabeln entwickelt, aber das Prinzip gilt für eine spannungsunabhängige Membranlänge wie einen Dendriten.

Ein wichtiger Punkt ist, dass die vom Zellkörper "gesehene" Potentialänderung sich von der Potentialänderung unterscheidet, die lokal an der Stelle der Synapse selbst gesehen wird. Tatsächlich nimmt die Spannung mit zunehmender Entfernung von der Synapse exponentiell ab. Das Ausmaß des Signalabfalls wird durch den axialen Widerstand (beeinflusst durch dendritischen Durchmesser), den Membranwiderstand und die Membrankapazität und das Verzweigungsmuster bestimmt. Eine gängige Neuronenmodellierungsumgebung namens NEURON ist im Grunde ein ausgefallener Löser für die Kabelgleichung.

Sie werden feststellen, dass eine Folge dieses Signalabfalls ist, dass die synaptische Position sehr wichtig ist. Bei identischem synaptischem Potential wird eine sehr distale Synapse viel weniger Einfluss auf das Soma haben als ein proximalerer Dendriten. Manchmal werden die synaptischen Stärken skaliert, um dieses Standortproblem zu kompensieren (eine distale Synapse hat eine viel größere lokale Potentialänderung). Viele hemmende Synapsen nutzen diese Standortabhängigkeit und befinden sich in der Nähe des Somas, um als Shunts für alle Signale zu fungieren, die vom dendritischen Baum kommen. Bei Aktivierung verringert eine hemmende Synapse den lokalen Membranwiderstand, wodurch die Zellerregbarkeit verringert wird.

Abschließend möchte ich anmerken, dass Dendriten zwar oft als passive Leiter bezeichnet werden, Dendriten jedoch tatsächlich ziemlich aktiv sind und viele spannungsabhängige Kanäle haben. Die spannungsabhängigen Phänomene im Dendriten erschweren die Verwendung der reinen Kabeltheorie zum Verständnis der Dynamik synaptischer Potentiale. Die Kabeltheorie ist jedoch immer noch die wesentliche Grundlage, auf der unser wachsendes Verständnis des aktiven Dendriten aufbaut.