נוירוטרנסמיטורים נושא 151 12 : משתחרר בתגובה לגירוי ומשפיע על תא פוסט סי

‫נושא ‪ :12‬נוירוטרנסמיטורים‬
‫‪151‬‬
‫נושא ‪ :12‬נוירוטרנסמיטורים‬
‫נוירוטרנסמיטור הוא חומר הנמצא באלמנט פרה‪-‬סינפטי‪ ,‬משתחרר בתגובה לגירוי ומשפיע על תא פוסט‪-‬‬
‫סינפטי‪ .‬קיימות מספר משפחות של נוירוטרנסמיטורים‪:‬‬
‫•‬
‫משפחת חומצות האמינו – גלוטמאט‪ ,‬גליצין ו‪GABA (γ--‬‬
‫)‪ aminobutyric acid‬אשר מיוצר מסובסטרט גלוטמאט על‬
‫ידי האנזים )‪.Glutamic acid decarboxylase (GAD‬‬
‫גלוטמאט הוא לרוב טרנסמיטור מעורר )אקסיטטור( וגליצין‬
‫ובעיקר‬
‫‪GABA‬‬
‫הינם‬
‫טרנסמיטורים‬
‫מעכבים‬
‫)אינהיביטורים(‪ .‬מספיק קיומו של ‪ GAD‬בלבד כדי להפוך‬
‫תא מאקסיטטורי לאינהיביטורי‪ .‬האנזים ‪ GAD‬מהווה סמן‬
‫לזיהוי תאים אינהיביטורים‪ ,‬המכונים גם‬
‫‪GABAergic‬‬
‫‪.neurons‬‬
‫•‬
‫משפחת האמינים – ניתן לחלק את הקבוצה למספר תתי‪-‬‬
‫קבוצות‪ ;ACh :‬קטכולינים )כמו דופמין‪ ,‬נוירואפינפרין‪,‬‬
‫אפינפרין – כולם נגזרים של טירוזין; כמו כן נכלל הסרוטונין‪,‬‬
‫ששונה בכך שמקורו מטריפטופן(‪ .‬בהתאם לאנזימים המצויים‬
‫בתא ייקבע אילו טרנסמיטורים הוא מפריש )וניתן לזהות‬
‫אותם על ידי צביעה לאנזימים כמו ‪;(TH‬‬
‫•‬
‫משפחת פפטידים – חלקם נוירוטרנסמיטורים בלבד ואחרים‬
‫בעלי השפעות ארוכות טווח והיקף‪ .‬באורך ‪ 8-9‬חומצות אמינו‬
‫על פי רוב‪.‬‬
‫בדרך כלל‪ ,‬חומצות אמינו ואמינים נמצאים בוזיקולות קטנות בעוד שהפפטידים נמצאים בוזיקולות גדולות –‬
‫פי ‪ 3-6‬מקוטר הוזיקולות הקטנות )‪ 50 nm‬לעומת ‪ .(200-300 nm‬הבדל מהותי נוסף הוא שבוזיקולות‬
‫הגדולות יש איזור דחוס במרכזן‪ ,‬ולכן הן מכונות ‪ .large dense-core vesicles‬הדחיסות נובעת‬
‫מהחלבונים והפפטידים הנמצאים בוזיקולה‪.‬‬
‫סיום הסיגנל – דגרדציה‬
‫תאי עצב שמייצרים ‪) ACh‬תאים כולינרגים( מכילים את ה‪,Cholin-Acyl Transferase (ChAT)-‬‬
‫מכיוון שהם קולטים את הכולין שמפורק מה‪ ACh-‬על ידי )‪ AChE (Esterase‬ועושים לו אצילציה‬
‫לצורך ייצור ‪.ACh‬‬
‫נוירוטרנסמיטורים אחרים אינם מפורקים כמו ‪ ACh‬אלא עוברים ‪ uptake‬על ידי תאים שכנים – דוגמת‬
‫האסטרוציטים המעורבים בסינפסה‪ ,‬התאים הפרה‪-‬סינפטיים וכדומה‪ .‬הטרנספורטרים לרוב נמצאים על‬
‫גבי וזיקולות ממברנליות בתוך התא ועוברים איחוי לממברנה על מנת שיוכלו לבצע פעילות ולקלוט את‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מבוא לנוירוביולוגיה‬
‫‪152‬‬
‫הנוירוטרנסמיטור‪ .‬גם לקתכולאמינים יש טרנספורטרים לצורך ‪ .uptake‬חומרים תרופתיים שונים‬
‫עובדים על הטרנספורטרים האלה על מנת להשפיע על תופעות פסיכולוגיות ומחלות נוירולוגיות‪.‬‬
‫מנגנון הטענת הוזיקולות‬
‫מכיוון שהתא צריך להיות מסוגל לשחרר וזיקולות גם בירי תדיר‪ ,‬הרי שמנגנון ייצור הוזיקולות צריך‬
‫להיות בקירבת הסינפסה‪.‬‬
‫מנגנון הייצור של חומצות האמינו והטענתן‬
‫לוזיקולות‬
‫)נוירוטרנסמיטורים‬
‫כמו‬
‫‪,GABA‬‬
‫גלוטמאט או אצטילכולין( נמצא בטרמינל; לעומת‬
‫זאת וזיקולות המכילות פפטידים צריכות לעבור‬
‫דרך מסלול ה‪ ER-‬והגולג'י לייצורן ולכן צריכות‬
‫להיות מוסעות לאורך כל האקסון עד לטרמינל‪.‬‬
‫מכיוון שתהליך חידוש ויזוקולות הפפטידים ממושך‬
‫יותר‪ ,‬ברור שצריך להיות הבדל בסיגנל הגורם לשחרור וזיקולה מסוג זה או אחר; ברור גם שהסיגנל‬
‫קשור לסידן ול‪ :AP-‬באיזור של ה‪ Active Zone-‬נמצאות רוב תעלות הסידן ויש צימוד טוב בין התעלות‬
‫לוזיקולות הקטנות‪ .‬לעומת זאת הוזיקולות הגדולות של הפפטידים נמצאות במרחק מה‪.Active Zone-‬‬
‫ירי של ‪ AP‬בודד או בתדירות נמוכה יעלה את‬
‫ריכוז הסידן באיזור ה‪ Active Zone-‬בלבד;‬
‫כתוצאה יישתחררו הוזיקולות הקטנות אולם לא‬
‫הוזיקולות המרוחקות‪ .‬לעומת זאת‪ ,‬ירי תדיר יוביל‬
‫לעלייה בריכוז הסידן בכל רחבי הטרמינל ויוביל‬
‫לאיחוי של וזיקולות גדולות וקטנות כאחד‪.‬‬
‫וזיקולות ‪ LDS‬משתחררות כתוצאה מירי‬
‫בתדירות גבוהה‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫נושא ‪ :12‬נוירוטרנסמיטורים‬
‫‪153‬‬
‫מדידת נוירוטרנסמיטורים‬
‫לאחר יצירה של נוירוטרנסמיטור‪ ,‬מתחיל תהליך הקליטה שלו‪ .‬בסיום הטעינה מתרחשים תהליכי‬
‫טרנסלוקציה – הסעה של הוזיקולה לממברנה – ועיגון‪ .‬הוזיקולה עוברת הבשלה לקראת איחוי כאשר‬
‫היא מגיע לאיזור ה‪ ,Active Zone-‬ועם‬
‫קבלת סיגנל הסידן מתרחש איחוי‪ .‬לאחר‬
‫האיחוי מתרחש מיחזור על מנת להמשיך‬
‫את התהליך‪ .‬המיחזור מתרחש בתהליך‬
‫של אנדוציטוזה )ועשוי לעבור דרך‬
‫אנדוזום(‪.‬‬
‫שימו לב‪:‬התהליך הפיך לחלוטין – כל‬
‫שלב מהטעינה יכול לחזור אחורה‪.‬‬
‫למעט שלב האיחוי עם סיגנל הסידן‪,‬‬
‫כל המערכת מתקיימת על בסיס שיווי‬
‫משקל בסינפסה‪.‬‬
‫האם אותה פיסת ממברנה עוברת מיחזור? התשובות חלוקות; רזולוציות מיקרוסקופיה לא מאפשרות לקבוע‬
‫תשובה חד משמעית‪ .‬ככל הנראה לעיתים זה כך ולעיתים אחרת; גם בנוגע לשאלה האם החלבונים‬
‫הממברנלים שהיו נעוצים בוזיקולה ממוחזרים איתה התשובות דומות‪.‬‬
‫מדידת שחרור וזיקולות נעשתה‪ ,‬עד כה‪ ,‬בצורה עקיפה לפי הגירוי שהתקבל בתא הפוסט‪-‬סינפטי‪ .‬לצורך‬
‫מדידה ישירה של שחרור הוזיקולות משתמשים בניסוי אלקטרופיזיולוגיה המודד את קיבול הממברנה‪:‬‬
‫כאשר וזיקולה עוברת איחוי שטח הפנים של הממברנה בטרמינל גדל ולכן הקיבול גדל‪ .‬פרמטר זה ניתן‬
‫לנטר וכך למדוד את איחוי הוזיקולות‪.‬‬
‫לניסוי זה מבצעים מעין פעולה דומה‪-‬אך‪-‬הפוכה‬
‫ל‪ :Patch Clamp-‬מחברים את האלקטרודה לתא‬
‫ועושים חור בממברנה‪ .‬בצורה זו מקשרים בחוזקה‬
‫בין החלל של התא לחלל האלקטרודה‪ .‬האלקטרודה‬
‫מחוברת למגבר ולכן מסוגלת למדוד את קיבול‬
‫הממברנה‪ .‬במתן גירוי‪ ,‬השלפוחיות יתחילו לעבור‬
‫איחוי וניתן יהיה לראות קפיצה בקיבול הממברנה;‬
‫ככל שממתינים יותר זמן כך יותר וזיקולות יתאחו‬
‫ויתקבלו יותר קפיצות בקיבול‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מבוא לנוירוביולוגיה‬
‫‪154‬‬
‫אם התהליך היה חד כיווני – ללא מיחזור – אכן הייתה מתקבלת רק עלייה בקיבול; אולם מכיוון ששלפוחיות‬
‫עוברות אנדוציטוזה לכאורה תתחיל גם ירידה בקיבול‪ .‬בפועל‪ ,‬על פי רוב איחוי מקדים את המיחזור – האיחוי‬
‫מהיר מאוד והאנדוציטוזה מעוכבת אחריו; אולם כן יש"זיהום" של הנתונים ברמה מסויימת עקב המיחזור‪.‬‬
‫ניסוי דומה נערך עם תאי ‪ ,MAST‬תאי דם לבנים האחראים‬
‫לשחרור גרנולות של היסטמינים‪ .‬יחד עם זאת יש לציין שאלו‬
‫שלפוחיות ענקיות – דומות בגודלן ל‪ LDC-‬ואף גדולות יותר‪.‬‬
‫כאשר מודדים שחרור וזיקולות בנוירונים מתייחסים לרוב ל‪-‬‬
‫‪ LDC‬או מבצעים כיול מסויים למול הוזיקולות הקטנות‪ .‬מכיוון‬
‫שהשינוי שהן גורמות כבודדות הוא מזערי‪.‬‬
‫היתרון המרכזי של השיטה הוא ישירותה – היא מודדת את‬
‫כמות השלפוחיות העוברות איחוי בכל גירוי ומספקת פרמטר‬
‫להשוואה בין כמות מאגר הוזיקולות הזמינות לשחרור )‪ (RRP‬בתנאים שונים‪ .‬היא גם מלמדת על‬
‫הקינטיקה של התהליך – ניתן לעקוב אחר קצב האיחוי של הוזיקולות‪ ,‬דבר שפחות ניתן לעשות בצד‬
‫הפוסט‪-‬סינפטי‪.‬‬
‫החסרונות של המערכת הוא שיש תמיד "זיהום" עקב אנדוציטוזה ואקסוציטוזה‪ .‬על פי רוב‪ ,‬תהליך‬
‫ההפרשה מלווה באנדוציטוזה; מכיוון שיש הפרדה בזמן בין התהליכים אפשר לעיתים למדוד אותם בנפרד‬
‫– אבל לא תמיד‪ .‬דבר נוסף‪ ,‬הוא שגודל הטרמינל בנוירונים קטן מאוד – מיקרון או שניים; זהו גם גודל‬
‫ראש הפיפטה‪ .‬לכן קשה מאוד לבצע את המדידה מטרמינלים קטנים‪.‬‬
‫איתור אלקטרוכימי של הפרשה מתאים בודדים‬
‫קטכולאמינים הינם בעלי שיירי הידרוקסילים‬
‫המסוגלים לעבור תהליכי חימצון‪-‬חיזור‪ ,‬בהם‬
‫המולקולה תפלוט שני פרוטונים ושני אלקטרונים‪.‬‬
‫משפחה זו הינה משפחה של נוירוטרנסמיטורים‬
‫דוגמת דופמין‪ ,‬נוירואפינפרין וכדומה‪ .‬קיימים‬
‫תאים המשחררים וזיקולות שלפוחיות דחוסות‪-‬‬
‫ליבה בלבד )‪ (LDC‬עם מנגנון איחוי וזיקולות‬
‫זהה לחלוטין לזה שקורה בנוירונים ולכן תאים‬
‫אלו משמשים ללמידה אודות מנגנון השחרור‪.‬‬
‫כל אחת ממולקולות הקטכולאמינים יכולה לעבור חימצון חיזור; ניתן לגרום‪ ,‬בצורה חשמלית‪ ,‬לכל‬
‫נוירוטרנסמיטור לפגוע במעין מקל חשמלי שייגרום להן לתרום שני אלקטרונים‪ .‬ה"מקל" הזה יהיה‬
‫אלקטרודת פחם‪ ,‬המחוברת למגבר מתח‪ .‬כאשר הנוירוטרנסמיטור פוגע באלקטרודה נמדד הזרם הנובע‬
‫מחימצון כל מולקולת נווירוטרנסמיטור שהשתחררה‪ .‬הזרם המתקבל פרופורציוני לכמות המולקולות‬
‫ששוחררו ופגעו באלקטרודה‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫נושא ‪ :12‬נוירוטרנסמיטורים‬
‫‪155‬‬
‫ברגע שהמולקולות פוגעות באלקטרודה‬
‫יש עלייה הדרגתית קלה‪ ,‬אז עלייה‬
‫מהירה‪ ,‬ולאחר מכן ירידה איטית‪ .‬השיא‬
‫)‪spike‬‬
‫‪(amperometric‬‬
‫מאפשר‬
‫למדוד את כמות הקטכולאמין בוזיקולה‪.‬‬
‫אולם ה‪ Foot-‬של העלייה מודדת עלייה‬
‫הדרגתית כלשהי; מעבודות רבות שעשו‬
‫בשילוב של אמפרומטריה עם קיבול‬
‫נמצא תהליך המכונה ‪:Kiss and Run‬‬
‫השלפוחית מתחילה לעבור איחוי ואז‬
‫נסגרת לפני שהיא משחררת את כל‬
‫הנוירוטרנסמיטור‪.‬‬
‫האיחוי החלקי יכול להימשך זמן לא‬
‫קצר‪ ,‬וכל הזמן הזה יש דליפה מתוך‬
‫השלפוחית‪ ,‬עד למצב בו השלפוחית‬
‫תעבור איחוי מלא וכל הנוירוטרנסמיטור יישפך החוצה וייצור את שיא הזרם‪ .‬מכאן שהתהליך נעשה‬
‫בשלבים‪ :‬בשלב הראשון נוצר ‪ ,Fusion Pore‬חור האיחוי שנוצר בין ממברנת הוזיקולה לממברנה‬
‫הפלזמטית ודרכו זולג נוירוטרנסמיטור; בשלב השני‪ ,‬ברוב המקרים‪ ,‬התהליך ממשיך לאחר מכן לאיחוי‬
‫מלא‪ .‬אם התהליך בלתי הפיך‪ ,‬בשלב הראשון של האיחוי יימדד זרם הזליגה ולאחר מכן ימדד זרם‬
‫מהאיחוי המלא; הדעיכה האיטית נובעת מכך שלוקח זמן לחומר לעבור דיפוזיה או להיות מסולק מהאיזור‪.‬‬
‫בחלק מהמקרים נוצר ‪ ,Fusion Pore‬משתחררת כמות נוירוטרנסמיטור מסויימת ואז החור נסגר‪ .‬אין איחוי‬
‫מלא ולכן אין שחרור של כל כמות הנוירוטרנסמיטור מתוך השלפוחית‪ .‬תהליך זה הוא המכונה ‪Kiss‬‬
‫‪ ,and Run‬בו לא קיים איחוי מלא‪.‬‬
‫בשביל שהוזיקולה תעבור איחוי צריכים להתקיים מספר תהליכים‪ :‬התאמה בין חלבונים בממברנה‬
‫לוזיקולה; עיגון; הסעה; איחוי‪ .‬אם החלבונים שהיו על הממברנות עוברים דיפוזיה על גבי הממברנה‬
‫ונעלמים‪ ,‬תהליך האיחוי נתקע ולכן נוצר ה‪ .Kiss and Run-‬מעבר לכך‪ ,‬יכול להיות שהתהליך מיועד‬
‫לחסוך בתהליך המיחזור – הוזיקולה מתרוקנת יחסית ואז פשוט נסגרת מחדש וחוזרת למעגל כוזיקולה‬
‫מרוקנת‪.‬‬
‫אולם‪ ,‬עובדה זו מעלה תהיות בנוגע לתכולה הקוונטלית‪ :‬שהרי יכול להיות שהוזיקולה כלל לא עוברת‬
‫איחוי מלא אז כיצד ניתן לקבוע את התכולה הקוונטלית‪ ,‬שאמורה להיות קבועה? רוב מדידות ה‪Fusion -‬‬
‫‪ Pore‬נעשו על שחרור של וזיקולות ‪ .LDC‬ההנחה היא שכאשר הדבר קורה בויזקולות הגדולות‪ ,‬יש‬
‫שחרור קטן של התכולה בלבד; אם התהליך מתרחש בוזיקולה קטנה‪ ,‬לפי חישובים שעשו‪ ,‬מספיקה‬
‫מילישנייה בה ה‪ Fusion Pore-‬פתוח על מנת לשחרר את כל הנוירוטרנסמיטור‪ .‬יכול להיות שבטרמינל‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מבוא לנוירוביולוגיה‬
‫‪156‬‬
‫יש תהליך ‪ Kiss and Run‬לזמן קצר בלבד‪ ,‬ואז הוזיקולות חוזרות ריקות למסלול וצריכות לעבור מחדש‬
‫מילוי בלבד )הן כבר מעוגנות לממברנה(‪.‬‬
‫יחד עם זאת‪ ,‬הדעות חלוקות בתחום זה וקשה מאוד למדוד את הדברים‪.‬‬
‫בשילוב השיטות למדידת הקיבול והאמפרומטריה ניתן לזהות איחוי מלא או חלקי‪ :‬אם האיחוי היה מלא‪,‬‬
‫תהיה עלייה בקיבול והזרם האמפרומטרי ייצור שיא; שני התהליכים יהיו קורלטיבים‪ .‬אם התהליך היה‬
‫‪ Kiss and Run‬תתקבל עלייה בקיבול הממברנה‬
‫אולם לא ייתקבל שיא בעלייה של הזרם‪ .‬התהליכים‬
‫של העלייה בקיבול יכולים לחזור על עצמם עם כל‬
‫"‪ "Kiss‬אקראית‪ ,‬וחזרות יופיעו עד שיהיה איחוי‬
‫מלא‪.‬‬
‫מדידה באמצעים פלורסנטים‬
‫לוזיקולה יש מסלול חיים מוגדר; אם מבקשים להשתמש בסימון פלורנסטי של המערכת‪ ,‬ניתן לסמן אותה‬
‫במהלך האנדוציטוזה – אז יש ערבוב של המדיום החיצוני עם המדיום שנכנס לתוך הוזיקולות‪ .‬אם‬
‫המדיום החיצוני יכיל חומר פלורסנטי‬
‫ניתן יהיה להכניסו לתוך הוזיקולה‪.‬‬
‫בצורה‬
‫זו‬
‫ניתן‬
‫ליצור‬
‫וזיקולה‬
‫פלורסנטית‪.‬‬
‫בוזיקולות‬
‫משתמשת‬
‫השיטה‬
‫פלורנסטיות בעזרת ‪.FM Dyes‬‬
‫הצבע במדיום נצמד לממברנה; במתן‬
‫גירוי‪ ,‬וזיקולות מתאחות עם הממברנה‬
‫ואז עוברות אנדוציטוזה‪ .‬במהלך האנדוציטוזה הן שואבות את‬
‫הצבע ועוברות סימון‪ .‬לאחר מכן שוטפים את הצבע‪ ,‬כך שהצבע‬
‫שנותר הוא רק בוזיקולות‪ .‬כעת‪ ,‬כאשר ייתנו גירוי נוסף‪,‬‬
‫הוזיקולות יעברו איחוי וייפלטו החוצה את הצבע‪.‬‬
‫בניסוי בו הדגירו תאים עם הצבע הפלורסנטי‪ ,‬נתנו להם גירוי ואז‬
‫שטפו את הצבע מהמדיום – ניתן היה לראות סימון של הסינפסות‪,‬‬
‫המכילות עתה וזיקולות צבועות‪ .‬המשטח‪ ,‬אשר מכיל כמאה גופי‬
‫תאים‪ ,‬מכיל עשרות אלפי ומיליוני סינפסות‪.‬‬
‫קבוצת ‪ FM Dyes‬כוללת מספר צבעים בעלי שרשרת‬
‫הידרופובית מאוד ארוכה וראש פולארי; השרשרת ההידרופובית‬
‫נתקעת בממברנה והראש הפולארי פונה החוצה‪ .‬בצורה זו הצבע‬
‫נדבק לממברנות כשהוא במדיום‪ ,‬בעוד שהראש הפולארי מונע‬
‫חמוטל בן דב‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫נושא ‪ :12‬נוירוטרנסמיטורים‬
‫‪157‬‬
‫חדירה מוחלטת לתוך התא‪ .‬הצבעים פותחו‬
‫לראשונה בתור צבעים רגישים למתח – שניתן יהיה‬
‫לשים על התא ולבדוק את שינוי המתח )דה‪/‬היפר‬
‫פולריזציה(‪ .‬ואולם הצבע פלורסנטי יותר כשהוא‬
‫בממברנה מאשר במדיום – ולכן קל יותר לראותו‬
‫בממברנה מאשר כשהוא מופרש למדיום‪.‬‬
‫ככל‬
‫במתן‬
‫שמתקדמים‬
‫הגירויים‬
‫מופיעות יותר וזיקולות המלאות בחומר‬
‫פלורסנטי‪,‬‬
‫עד‬
‫שמגיעים‬
‫לפלאטו‬
‫מסויים; בשלב הזה ניתן לבצע שטיפה‬
‫ולראות את תמונת שדה הפלורסנציה‬
‫לאורך האקסון‪ .‬הנקודות הפלורנסטיות‬
‫הן סינפסות המכילות כמה עשרות‬
‫וזיקולות‬
‫סגורות‪.‬‬
‫במתן‬
‫גירוי‪,‬‬
‫הפלורסנציה תרד עד תיעלם – בהתאם‬
‫לגודל הגירוי הניתן‪.‬‬
‫נניח סינפסה בה יש וזיקולות צבועות‪ .‬עולה השאלה האם ברגע‬
‫שישוחררו הוזיקולות שבאיזור ה‪ Active Zone-‬הן יפתחו ויסגרו‬
‫או שמה הן יעלמו ובמקומן יגיעו וזיקולות חדשות מעומק התא‪.‬‬
‫אם הוזיקולות ישוחררו‪ ,‬תהיה ירידה קלה בפלואורסנציה; בסיגנל‬
‫הבא‪ ,‬אם הוזיקולות מהמאגר יעברו ל‪ Active Zone-‬וישוחררו‪,‬‬
‫אזי עוד צבע ייפלט והפלורסנציה שוב תרד‪ .‬לעומת זאת אם‬
‫הוזיקולות מוחזרו – למשל על ידי ‪ – Kiss and Run‬מידת‬
‫הפלורסנציה תישאר דומה‪.‬‬
‫אך כיצד ניתן לדעת שאי‪-‬הירידה בפלורסנציה אינה נובעת מאי‪-‬‬
‫איחוי בגירוי השני? אם תשולב בזמן המדידה הפלורסנטית גם‬
‫מדידת תגובה בצד הפוסט‪-‬סינפטי‪ ,‬אפשר יהיה לוודא שבגירוי‬
‫השני אכן שוחרר נוירוטרנסמיטור‪.‬‬
‫התוצאות מראות שאכן יש גירוי בצד הפוסט‪-‬סינפטי; מכאן‬
‫שמעבר לכך שאי‪-‬הירידה בפלורסנציה הינה סממן לכך‬
‫שהוזיקולות ממוחזרות ולא מגיעות מהמאגר הרחוק יותר‪ ,‬הרי‬
‫שיש מילוי של הוזיקולות גם כשהן צמודות ל‪.Active Zone-‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מבוא לנוירוביולוגיה‬
‫‪158‬‬
‫סינפסות במערכת העצבים יכולות לבצע שימוש‪-‬מחדש של וזיקולות ה‪ RRP-‬הזמינות לשחרור‪.‬‬
‫בזמן קצר מאוד של שנייה או שתיים הוזיקולות עוברות אנדוציטוזה‪ ,‬מתמלאות בנוירוטרנסמיטור‬
‫ומוכנות לשחרור‪.‬‬
‫שילוב השיטות מוכיח את עצמו כמאפשר להבחין ממש מה קורה בסינפסה – השילוב בין הפלורסנציה‬
‫למדידת המתח הפוסט‪-‬סינפטי שנעשו בניסוי שלעיל מלמדים על כך שהוזיקולות מתמלאות ומתמחזרות‪.‬‬
‫בשלב הבא יש לבדוק מהו קבוע הזמן המינימלי שבין שני גירויים – על ידי מתן שני גירויים במרווחים‬
‫הולכים וקצרים למציאת המרווח המינימלי בין הגירויים‪ .‬הגרף המתקבל מראה שבתוך ‪ 1-2‬שניות‬
‫מגיעים ל‪60-70%-‬‬
‫וזיקולות‬
‫ממוחזרות ומוכנות‬
‫לשחרור‪.‬‬
‫שימו לב ש‪ 2-‬שניות נדרשות על מנת ש‪ 100%-‬וזיקולות‬
‫יחלימו; זהו זמן יחסית ממושך אולם הדבר תלוי בתדר –‬
‫אם ניתן תדר מהיר ניתן ליצור פסיטילציה על ידי הסידן‬
‫השיירי ואז לייעל את תהליך ההתאוששות‪.‬‬
‫בעזרת קבועי הזמן אפשר לבנות מודל עם קבועי זמן לכל‬
‫תהליכי המיחזור של הוזיקולות – אקסוציטוזה‪ ,‬מילוי‪,‬‬
‫אנדוציטוזה ושימוש מחדש‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫נושא ‪ :13‬חלבוני הסינפסה‬
‫‪159‬‬
‫נושא ‪ :13‬חלבוני הסינפסה‬
‫הסינפסה‪ ,‬הקטנה מאוד‪ ,‬מכילה עשרות ומאות וזיקולות; ההובלה שלהן נמצאת באחריות חלבונים שחלקם‬
‫מצויים על גבי ממברנת התא ואחרים על גבי השלפוחית או בציטופלזמה‪ .‬חלק מהחלבונים גם יכולים‬
‫לשנות מיקום בין אתרים אלו בהתאם למצב הפעילות של הסינפסה – למשל בשינוי סידן; ואכן ישנם‬
‫בסינפסה עשרות חלבונים רגישים לסידן המעורבים בתהליך מיחזור הוזיקולה‪.‬‬
‫נמצא שהחלבונים שנמצאים בסינפסה הומולוגים לחלבונים האחראים לטרנספורט בין אברונים בגוף התא‬
‫– גולג'י‪ ER ,‬וממברנה‪ .‬מערכות אלו עזרו ליצור מוטנטים או לשער מה חלבונים עושים דרך‬
‫ההומולוגיה‪ .‬שיטה נוספת הייתה שימוש במערכות ‪:in vivo‬‬
‫•‬
‫שמרים – מתרבים על ידי תהליך הנצה‪ .‬תהליך ההנצה דומה לתהליך יצירת וזיקולות ולכן יכול‬
‫להוות מודל לתהליך בו וזיקולות עוברות הנצה מתוך אברונים או עוברות איחוי לממברנה של‬
‫הסינפסה‪.‬‬
‫•‬
‫תולעים‪ ,‬דרוזופילה ועכברים – מודלים שנחקרו רבות ומוכרים בהם מוטנטים רבים; זבובים שלא‬
‫עפים או תולעים שלא זוחלות נמצאו פגועים במנגנונים של הנצת וזיקולות במערכת הנוירונלית‪.‬‬
‫הגנים האלו נמצאו גם בעכבר‪.‬‬
‫סקירה מהירה של חלבוני הסינפסה‬
‫•‬
‫‪ – Synaptobrevin, Syntaxin & SNAP-25‬הראשון על גבי הוזיקולה והשניים האחרים על‬
‫הממברנה התאית‪ ,‬שלושת החלבונים יוצרים את קומפלקס ‪ snare complex‬שהוא קומפלקס חזק‬
‫מאוד ומביא את הוזיקולה למצב בו היא צמודה מאוד לממברנה‪ .‬זהו כנראה חלק מתהליך ההכנה של‬
‫הוזיקולה לאיחוי ויש לו תפקיד חשוב מאוד בתהליך‪.‬‬
‫•‬
‫תעלות סידן ממברנליות – מצויות בקירבת מקום העיגון של החלבונים‪ .‬לחלבוני ה‪ SNARE-‬יש‬
‫אינטראקציה ישירה עם תעלות הסידן – וכך נוצר זיווג מרחבי בין הוזיקולה לתעלה‪ ,‬דבר שמקטין‬
‫את המרחקים ביניהן ומייעל את השחרור‪.‬‬
‫•‬
‫‪ – Synaptotagmin‬חלבון רגיש לסידן‪ ,‬נמצא על גבי ממברנת הוזיקולה‪ .‬יחד עם קומפלקס‬
‫‪ SNARE‬הוא מאפשר את שחרור הוזיקולה ואיחויה עם הממברנה‪.‬‬
‫שקופית ‪6‬‬
‫קומפלקס ‪SNARE‬‬
‫שלושת חלבוני הקומפלקס תופסים את הוזיקולה ומביאים את הממברנה שלה למגע כמעט מלא עם‬
‫הממברנה התאית‪ .‬אחד התהליכים המשוערים הוא יצירת צורת רוכסן – הקומפלקס הולך ונסגר כרוכסן‬
‫וכך מקרב את הוזיקולה לממברנה‪ ,‬אולי אפילו עד לערבוב קל בין הליפידים שלה לליפידים של הממברנה‬
‫התאית כך שהיא מוכנה יותר לקראת השחרור‪.‬‬
‫שקופית ‪9‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מבוא לנוירוביולוגיה‬
‫‪160‬‬
‫וזיוקלות מבודדות מסוגלות לעבור איחוי יעיל למדיי על ידי השמתן עם קומפלקס ‪ .SNARE‬משום כך‬
‫זהו המבנה המינימלי הדרוש לאיחוי‪ .‬המבנה שלו גם דומה מאוד לחלבונים האחראים לאיחוי וזיקולות‬
‫באנדוזום‪.‬‬
‫בעבודות רבות נמצא שישנם טוקסינים המסוגלים לחתוך באופן ספציפי את חלבוני הקומפלקס‪ ,‬דוגמת‬
‫הבוטולין והטטנוס‪ .‬פעולתם מנטרלת את פעילות הקומפלקס‪ ,‬וכך מונעת את האיחוי‪ .‬בפגיעה מטננוס‬
‫מתחוללות התכווצויות טטניות; הרעלת בוטוליניום לעומת זאת גורמת להרפיה של השריר‪ .‬מכאן שיש‬
‫שתי תופעות הפוכות עקב טוקסינים שפוגעים באותם חלבונים‪.‬‬
‫בוטוליניום עובד ישירות על ה‪ PNS-‬כך שהוא מעכב שחרור של וזיקולות מסינפסות ‪ .NMJ‬כתוצאה אין‬
‫שחרור מעצב לשריר והשריר יורפה‪ .‬לעומת זאת הטטנוס פועל על ה‪ CNS-‬בנוירונים אינהיביטורים‪ ,‬וכך‬
‫מונע את עיכוב ההתכווצות של השריר‪ .‬הטטנוס נכנס לסינפסה ומולך רטרוגריידית לגוף התא‪ ,‬מגיע‬
‫לסינפסה עם התא האינהיביטורי שנמצאת בעמוד השדרה‪ ,‬חוצה אותה רטרוגריידית ונכנס לסינפסה‬
‫האינהיביטורית – שם הוא מעכב את השחרור של נוירוטרנסמיטורים אינהיביטורים‪ .‬עיכוב ההשפעה‬
‫שלהם גורם לירי מוגבר בסינפסה ‪ NMJ‬וגורם לגירוי טטני‪.‬‬
‫מחקר שנעשה בתחום זה גילה שיש טוקסין בוטוליניום שחותך בצורה עדינה יותר ויכול להשפיע חלקית‬
‫בלבד על האיחוי‪ ,‬דבר שהוביל ללידת זריקות הבוטוקס הקוסמטיות‪.‬‬
‫מסלול הסידן וחלבוני הסידן‬
‫למעט השפעתו על תהליך השחרור‪ ,‬סידן אחראי גם על קצב המיחזור והחזרת הוזיקולות לממברנה‪.‬‬
‫תהליכים אלו נעשים על ידי חלבונים הרגישים לסידן‪ .‬אחד מהם הוא הסינפטוטגמין‪ ,‬היושב על הוזיקולה‬
‫עצמה ומסוגל לקשור סידן לצורך הפעלה‪ .‬לחלבון יש שני דומיינים לקישור סידן המכונים ‪ .C2‬אתרים‬
‫אלו מאפשרים ליצור מבנה לקישור ארבע מולקולות סידן בעזרת חומצות אמינו אספרטאט‪.‬‬
‫עובדה זו מסבירה את התלות של השחרור בסידן‪ :‬התלות נמצאה כפרופורציונית לריכוז הסידן בחזקת ‪.3-4‬‬
‫שקופית ‪17‬‬
‫ההנחה היא שהסינפטוטגמין‪ ,‬עם שני אתרי ‪ C2‬שלו‪ ,‬קושר סידן ואז נכנס לתוך הממברנה התאית‪ ,‬מכווץ‬
‫ומושך את כל הוזיקולה כלפי מטה וכך מאפשר את האיחוי‪ .‬קצות החלבונים משוערים כגורמים‬
‫לעקמומיות בממברנה עקב הפרעה מרחבית ולכן מזרזים את האיחוי‪ .‬אולם קשה למדוד את התהליכים‬
‫האלו קינטית והמסקנות האלו נובעות מניסויים קינטים רבים )שלא יפורטו(‪ .‬כן נמצא שהחלבון קושר‪,‬‬
‫נוסף לסידן‪ ,‬גם חלבוני ה‪ SNARE-‬וליפידים‪ .‬מכאן שיש לו כל התכונות לחלבון קושר‪-‬סידן שייקשר‬
‫ל‪ SNARE-‬במקום הנכון ולהביא לאיחוי‪.‬‬
‫תרשים בשקופית ‪18‬‬
‫בניסוי בו יצרו עכברי ‪ KO‬לסינפטוטגמין‪ ,‬נמצא שלא מתקבלים ‪ EPP‬בחיה המוטנטית )‪ (B‬לעומת‬
‫העכבר הרגיל )‪ (A‬ומה שכן מתקבל הוא מעין ‪ mEPP‬באיזור זמן הגירוי‪ ,‬ללא שחרור מסונכרן‪.‬‬
‫שקופית ‪19‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫נושא ‪ :13‬חלבוני הסינפסה‬
‫‪161‬‬
‫ניתן גם ליצור סינפסות עם חלבוני סינפטוטגמין מוטנטים בחומצות האמינו אספרטאט הקושרות את‬
‫הסידן; בניסויים אלו ניתן להראות שינוי של התלות בין שחרור הוזיקולות לסידן ואת הקשר של‬
‫סינפטוטגמין לתלות זו‪.‬‬
‫קבוצה שניסתה לבצע הערכה לכמות החלבונים המעורבים בוזיקולה‪ ,‬בידדה וזיקולות ומהן את החלבונים‬
‫שלהן; הם קיבלו מבנה וזיקולרי עמוס חלבונים – רבים ונוספים מעבר לכפי שתואר לעיל‪ .‬אם זה המצב‪,‬‬
‫עולה השאלה כיצד זה כלל עובר איחוי ממברנה לממברנה – כיוון שכמעט ואין ממברנה חשופה; קיימות‬
‫עדיין שאלות בלתי פתורות בתחום‪.‬‬
‫שקופית ‪21‬‬
‫הדגמת האנדוציטוזה‬
‫התרשים מציג את תהליך האנדוציטוזה על ידי ‪ .Clatrin‬הקלאטרין יוצר"כלוב" סביב הממברנה שגורם‬
‫להנצת הוזיקולה עד לניתוקה ושחרורה מהממברנה‪ ,‬אז היא מתפשטת ממעטפת הקלאטרין‪ .‬בתהליך מעורבים‬
‫חלבונים רבים נוספים – ביניהם דינאמין ואנדופילין‪.I-‬‬
‫שקופית ‪23‬‬
‫כאשר ביצעו מוטציות בשני החלבונים הנ"ל‪ ,‬ניתן היה למצוא שקיעות ממברנליות מסויימות; ממצא זה‬
‫מראה שהמוטציה תוקעת את תהליך יצירת ה"כלוב" )‪ .(Endoiphilin-I‬לעומת זאת אם נמצאים וזיקולות‬
‫המחוברות בחוד סיכה ניתן להבין שהחלבון המוטנט אחראי לתהליך ה‪ pinching-‬שמנתק סופית בין‬
‫הוזיקולה לממברנה )‪.(Dynamin‬‬
‫שקופית ‪25‬‬
‫בשלב הבא נתנו גירויים בתדר גבוה ל‪ NMJ-‬עם מוטנטים לכל אחד מהחלבונים הנ"ל‪ ,‬ובדקו את התגובה‬
‫הפיזיולוגית – ולא המורפולוגית‪ .‬גירוי בתדר גבוה אמור לגרום לדיפרסיה סינפטית לאורך ציר הזמן;‬
‫כעת בודקים מה תהיה התגובה מבחינת יכולת השחרור בסינפסות עם המוטנטים‪.‬‬
‫כאשר המוטציה הייתה באנדופילין התקבלה דיפרסיה מהירה יותר שנתקעה בערך קבוע – לא ניתן לגרום ל‪-‬‬
‫‪ Depletion‬מלא של התגובה‪ .‬לעומת זאת בניסוי עם מוטנט דינאמין הריקון היה אומנם מעט יותר איטי‬
‫מאשר עם אנדופילין‪ ,‬אולם הגיעו ל‪ depletion-‬מלא‪.‬‬
‫שקופית ‪26‬‬
‫בסינפסה הבאה סומנו וזיקולות המאגר הכללי )צהוב( והוזיקולות המוכנות לשחרור )ירוק(‪ .‬במוטנט‬
‫לאנדופילין‪ ,‬נמצא שמספרן אינו משתנה; מכאן שכנראה הן עוברות מעין ‪ – Kiss and Run‬תהליך‬
‫המאפשר להן לעבור ריקון ומילוי מחדש‪ .‬מכאן שלמיחזור לצורך ‪ Kiss and Run‬אין צורך באנדופילין‪.‬‬
‫לעומת זאת הדינאמין חיוני לתהליך של ‪ ,KnR‬ומשום כך ניתן היה להגיע ל‪ depletion-‬מלא‪ .‬לא ניתן‬
‫למלא וזיקולה שלא יכולה להיסגר לחלוטין‪ .‬יחד עם זאת‪ ,‬וזיקולות שלא עברו ‪ KnR‬אלא איחוי מלא אינן‬
‫יכולות לעבור מיחזור ללא אנדופילין‪.‬‬
‫שקופית ‪27‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מבוא לנוירוביולוגיה‬
‫‪162‬‬
‫נושא ‪ :14‬פלסטיסיות סינפטית‬
‫תא נוירון מבצע אינטגרציה של מידע ממספר‬
‫סינפסות על מנת לקבוע האם יעביר סיגנל הלאה או‬
‫לא; תכונה זו מכונה ‪,Neuronal Computation‬‬
‫והיא למעשה טרנספורמציה של מספר קלטים‬
‫סינפטיים לפלט נוירונלי אחד‪.‬‬
‫תא עצב כלשהו מקבל קלטים ממספר מאוד גדול של‬
‫סוגי סינפסות‪ :‬על נוירון אחד יכולות להיות ‪1,000-‬‬
‫‪10,000‬‬
‫סינפסות‬
‫מגוונות‬
‫–‬
‫אקסיטטוריות‪,‬‬
‫אינהיביטוריות או מודולטוריות‪ .‬השאלה האם התא יגיב לקלטים או לא תיקבע בהתאם לרצפטורים שלו‪,‬‬
‫ומכאן ניתן להבין שהתא מסוגל לייצר מגוון מאוד רחב של רצפטורים בהתאם לסינפסות הנקשרות אליו‪.‬‬
‫יחד עם זאת‪ ,‬על פי רוב‪ ,‬נוירון בודד משחרר סוג נוירוטרנסמיטור יחיד‪.‬‬
‫יחד עם זאת תועדו בספרות מקרים בהם תא אקסיטטורי הפך לאינהיביטורי‪ ,‬למשל‪ ,‬מכאן שהוא שינה את‬
‫סוג הנוירוטרנסמיטור שהוא משחרר‪.‬‬
‫הגדרות של סינפסות אינהיביטוריות ואקסיטטוריות‬
‫סינפסה אקסיטטורית‬
‫סינפסה אינהיביטורית‬
‫גורמת לעירור של המערכת‪.‬‬
‫גורמת לעיכוב של התאים‪.‬‬
‫משנה את פוטנציאל הממברנה לכיוון הסף הדרוש על פי רוב‪ ,‬משנה את פוטנציאל הממברנה הפוך‬
‫מהסף ליצירת ‪ .AP‬אין זה אומר שבהכרח היא‬
‫ליצירת ‪ .AP‬פעולתה גורמת ליצירת ‪.AP‬‬
‫גורמת להיפר‪-‬פולריזציה‪.‬‬
‫יונים מעורבים‪ :‬אשלגן וכלור‪.‬‬
‫יונים מעורבים‪ :‬נתרן‪ ,‬אולי סידן‪.‬‬
‫נמצאות לרוב בקישור של אקסון‪-‬דנדריט )‪ (a‬ומעט נמצאות בעיקר על הטרמינל של אקסון אקסיטטורי‬
‫)‪) (c‬למרות שיכולות להיות גם על גוף התא(‪.‬‬
‫על גוף התא )‪.(b‬‬
‫בצורה זו מתקבלת אינהיביציה של אתר שחרור‬
‫הנוירוטרנסמיטורים האקסיטטורים‪.‬‬
‫יש לציין שמספר תעלות הנתרן בעץ הדנדריטי מאוד‬
‫קטן; מכאן ששינוי המתח שנוצר בעץ הדנדריטי צריך‬
‫להיות מועבר לאיזור ה‪ Hillock-‬של הנוירון על מנת‬
‫שיופעלו תעלות נתרן תלויות מתח ויווצר ‪.AP‬‬
‫סינפסות אקסיטטוריות לרוב ממוקמות על גבי‬
‫‪ – synaptic spines‬בליטות באיזור הדנדריט אליהן‬
‫מתחבר הטרמינל של האקסון האקסיטטורי‪ .‬המבנה‬
‫אינו מאורגן כמו בתמונה – יש הבדלים במיקום‪,‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫נושא ‪ :14‬פלסטיסיות סינפטית‬
‫‪163‬‬
‫בעובי הבליטה‪ ,‬ובעובי הצוואר של השלוחה‪.‬‬
‫תכונות אלו משנות את התגובה לסינפסה‪ :‬בצוואר‬
‫עבה של השלוחה סיגנל הנתרן‪ ,‬המועבר לגוף התא‬
‫באופן פאסיבי‪ ,‬יידעך פחות מאשר סיגנל העובר‬
‫בצוואר צר‪.‬‬
‫• בהפעלת סינפסה אקסיטטורית ומדידת‬
‫השינוי בתא הפוסט‪-‬סינפטי‪ ,‬נמדדת דה‪-‬‬
‫פולריזציה‪ .‬שינוי מתח זה מכונה‪ ,‬בסינפסה‬
‫של ה‪EPSP (excitatory post- ,CNS-‬‬
‫)‪.synaptic potential‬‬
‫• בהפעלת סינפסה אינהיביטורית תימדד‬
‫היפר‪-‬פולריזציה בתא הפוסט סינפטי‪,‬‬
‫המכונה ‪IPSP (inhibitory post-synaptic‬‬
‫)‪.potential‬‬
‫ריכוזי הכלור מחוץ ובתוך התא דומים לאלו של‬
‫אשלגן אולם הפוכים )בעיקר נמצא בחוץ‪ ,‬ולא בפנים(; אולם‪ ,‬מכיוון שיש לו מטען הפוך לזה של אשלגן‪,‬‬
‫פוטנציאל ההיפוך שלהם דומה‪ .‬מכיוון שיש מפל ריכוזים חזק מאוד‪ ,‬פתיחת תעלות כלור גורמות לכניסה‬
‫לתוך התא )שפוטנציאל הממברנה שלו הוא ‪ (-60‬עד לפוטנציאל ההיפוך )שהוא בערך ‪.(-70‬‬
‫ריכוז הכלור מחוץ לתא קשה לשינוי‪ ,‬מכיוון שיש שם כמויות נוזלים גדולות מאוד; אולם הריכוז התוך‬
‫תאי יכול להשתנות בצורה קיצונית – בין ‪ .10-30 mM‬במהלך ההתפתחות למשל‪ ,‬הריכוז הוא ‪;30mM‬‬
‫גם בפעילויות קיצוניות של המוח – כמו בהתקף אפילפטי – הריכוז משתנה‪ .‬העלייה בריכוז הכלור בתוך‬
‫התא גורמת לעלייה בפוטנציאל ההיפוך – מ‪ (-70)-‬ל‪ .(-50)-‬במצב כזה‪ ,‬פתיחת תעלה אינהיביטורית‬
‫דווקא גורמת ליציאה של כלור מהתא – כך שהסינפסה האינהיביטורית תהפוך לאקסיטטורית‪ .‬חומרים‬
‫כמו ואליום ואתנול נקשרים באתרי קישור של הרצפטור ה‪ ,GABAergic-‬וגורמים לפעילות תדירה‬
‫יותר של פתיחת התעלה‪ .‬ברגע שיש יותר אינהיביציה‪ ,‬בעיקר במסלולים הקשורים לכאב ועקה‪ ,‬יש‬
‫רגיעה של המערכת‪.‬‬
‫בסינפסה אקסיטטורית נפתחים רצפטורים )למשל לגלוטמאט( המוליכים פנימה נתרן; אולם יש להבחין‬
‫בין הזרם הסינפטי לבין שינוי המתח הסינפטי )שהוא ה‪ .(EPSP-‬שינוי המתח נגרם כתוצאה מ‪EPSC -‬‬
‫)‪ .(evoked post-synaptic current‬הזרם גרם לדה‪-‬פולריזציה‪ .‬הזרמים הרבה יותר קצרים משינוי‬
‫המתח שהם מעוררים – אשר עולה לאט ודועך לאט‪ .‬באופן דומה ישנם זרמים ומתחים של סינפסה‬
‫אינהיביטורית )המזרימה יונים דוגמת אשלגן היוצא החוצה או כלור הנכנס פנימה(‪.‬‬
‫שקופית ‪11‬‬
‫סינפסות ‪ NMJ‬הינן בעלות יעילות גבוהה – כל ‪ AP‬גורם לכיווץ של השריר‪ .‬לעומת זאת‪ ,‬סינפסות ה‪-‬‬
‫‪ CNS‬אינן כה "יעילות" – נדרש ירי סימולטני על ידי ‪ 50-100‬נוירונים על מנת ליצור ‪ AP‬בנוירון‬
‫פוסט‪-‬סינפטי‪ .‬היעילות הינה פונקציה של כמות רצפטורים‪ ,‬סוגי סינפסות‪ ,‬מבנה ה‪ spines-‬וכדומה‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מבוא לנוירוביולוגיה‬
‫‪164‬‬
‫הפוטנציאל הסינפטי דועך לאורך הדנדריט; מכאן נובעת היעילות הנמוכה – לאורך הדנדריט יש מעט‬
‫תעלות נתרן‪ ,‬בגוף התא מעט יותר וקביעת היווצרות ה‪ AP-‬נעשית ב‪ ,Axon Hillock-‬שם נמצא ריכוז‬
‫גבוה של תעלות נתרן‪ .‬מכאן שאם שינוי המתח הנוצר על ידי הסינפסות שבדנדריט ובגוף התא יישרוד עד‬
‫ה‪ ,Axon Hillock-‬הוא יצליח לגרום ‪ ;AP‬על מנת שהוא יישרוד את המסע – נדרשים מספר גירויים על‬
‫ידי מספר נוירונים כאשר תרומתו של כל אחד נמוכה אך פעילותם המשותפת מספקת את הצורך ליצירת‬
‫ה‪.AP-‬‬
‫סומציה – סכימה של גירויים‬
‫ישנם שני סוגי סכימה‪:‬‬
‫•‬
‫סכימה טמפורלית – נקבעת לפי תדר הירי של נוירון פרה‪-‬סינפטי בודד‪ .‬בתדירויות ירי גבוהות‪,‬‬
‫הדה‪-‬פולריזציה החדשה מתחילה לפני שהקודמת דעכה ובצורה זו שינוי המתח נצבר וגדל‪ .‬סכימה‬
‫בזמן היא חיבור של ‪ EPSPs‬שנוצרו באותה הסינפסה‪ .‬תופעה זו יכולה להתרחש רק בתדירויות‬
‫ירי גבוהות‪ ,‬כשהזמן בין גירויים הוא ‪ 1-100‬מילישניות‪ .‬מכיוון שהדה‪-‬פולריזציה נגרמת עקב‬
‫הפעלת רצפטורים של גלוטמאט שמכניסים נתרן‪ ,‬הרי שגירויים ראשונים לא יהיו בעלי אותה תרומה‬
‫כמו גירויים אחרונים – ככל שהמתח עולה‪ ,‬הכוח המניע של הנתרן ק ֵטן והזרם נטו קטן‪.‬‬
‫•‬
‫סכימה ספטיאלית – נקבעת לפי מספר הגירויים שניתנים בו‪-‬זמנית על ידי מספר נוירונים פרה‪-‬‬
‫סינפטיים‪ .‬סכימה במרחב היא חיבור ‪ EPSPs‬שנוצרו סימולטנית במספר סינפסות‪ .‬גם כאן חשוב‬
‫שמרווחי הזמן בין ההפעלה של הסינפסות השונות יהיה קצר‪ ,‬כדי שהפוטנציאלים לא יידעכו‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫נושא ‪ :14‬פלסטיסיות סינפטית‬
‫‪165‬‬
‫מלבד משך הזמן בין הגירויים‪ ,‬החשוב לסומציה הטמפורלית‪ ,‬הסומציה תלויה בקבוע הזמן של הסינפסה‬
‫המשפיע על קצב הדעיכה של המתח‪ .‬ככל שקבוע הזמן ארוך יותר כך ניתן לאפשר פרקי זמן ארוכים יותר‬
‫בין הגירויים‪ .‬מנגד‪ ,‬קבוע זמן איטי יותר משמעו גם טעינה איטית יותר‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫קבוע הזמן קובע את יכולת הסכימה בזמן‪ .‬הדבר נכון‪ ,‬במידה מסויימת‪ ,‬גם לסכימה במרחב‪.‬‬
‫קבוע זמן גדול דורש זמן רב יותר לפריקת הממברנה ולכן יש הסתברות גבוהה יותר לסומציה‬
‫יעילה יותר‪.‬‬
‫הפעלה אקסיטטורית ואינהיביטורית סימולטנית‬
‫כאשר סינפסה אינהיביטורית גורמת לשינוי מתח‪ ,‬הסיגנל דועך לאורך הדנדריט עד שהוא מגיע לגוף‬
‫התא; אולם אם בו זמנית מופעלת גם סינפסה אינהיביטורית‪ ,‬הקרובה יותר לגוף התא‪ ,‬היא מעודדת‬
‫בריחה של היונים האקסיטטורים ולכן מקטינה את הסיגנל המגיע בסופו של דבר אל גוף התא‪.‬‬
‫סינפסות אינהיביטוריות מסוגלות לבצע ‪ – Active Inhibition‬היפר‪-‬פולריזציה של המערכת‪ .‬זהו מצב‬
‫של סינפסה המכניסה יוני כלור עד לפוטנציאל היפוך הנמוך ממתח המנוחה של הממברנה‪ .‬לעומת זאת‪,‬‬
‫במצב בו פוטנציאל ההיפוך של כלור שווה למתח המנוחה של הממברנה לא יהיה שינוי של מתח‬
‫הממברנה – אולם זו עדיין נחשבת אינהיביציה )‪Silence/ Shunting inhibition or Short-‬‬
‫‪ .(Circuiting‬הסינפסה הזו אינה גורמת לשינוי במתח הממברנה אולם היא שינתה את המוליכות של‬
‫הכלור‪ :‬כעת התא יותר ‪ Leaky‬ולכן אם מנסים ליצור בו סיגנל אקסיטטורי נגרמת דה‪-‬פולריזציה‬
‫המנוטרלת במהירות בהיפר‪-‬פולריזציה יעילה הנובעת מהחדירות הגבוהה של כלור‪ .‬האינהיביציה‬
‫השקטה מורגשת רק בעת אקסיטציה‪ ,‬שכן היא מעלה את כושר ההיפר‪-‬פולריזציה בתנאי דה‪-‬‬
‫פולריזציה אולם לא במתח מנוחה‪.‬‬
‫האינהיביציה יכולה להיות במיקומים שונים ובזמנים שונים – ודברים אלו משפיעים רבות על יכולת‬
‫האינהיביציה של הסינפסה האינהיביטורית‪ .‬במצב בו הסינפסה האינהיביטורית היא אקסו‪-‬סומטית )על גוף‬
‫הנוירון הפוסט‪-‬סינפטי(‪ ,‬ופועלת עם סינפסה אקסו‪-‬סומטית אקסיטטורית‪ ,‬התזמון יכול להשפיע באחת‬
‫משתי דרכים‪:‬‬
‫•‬
‫אם ההפעלה של שתי הסינפסות היא בו זמנית‪ ,‬הן יכולות לבטל אחת את השנייה )בהנחה שהן באותו‬
‫גודל‪ ,‬דבר שלרוב אינו קורה(;‬
‫•‬
‫אם ההפעלה האינהיביטורית מעוכבת אחר האקסיטטורית‪ ,‬הדבר יגביר את הירידה של הפוטנציאל‬
‫הסינפטי האקסיטטורי‪ .‬דבר זה משפיע על היכולת לסומציה – הסומציה תיקטן‪.‬‬
‫אם הסינפסה האינהיביטורית הינה סינפסת אקסו‪-‬אקסון‪ ,‬ההשפעה שלה תהיה שונה‪.‬‬
‫יש תפקיד חשוב מאוד למיקום‪ ,‬לתזמון ולחוזק ההפעלה של הסינפסה האינהיביטורית‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מבוא לנוירוביולוגיה‬
‫‪166‬‬
‫נושא ‪ :15‬מערכת הראייה‬
‫אפשר להסתכל על מערכת הראייה בצורה מופשטת כמצלמה – המכילה עדשה שמקרינה את תמונת‬
‫העצם על הרשתית כשם שעדשה המצלמה מקרינה את התמונה על הפילם‪ .‬יחד עם זאת כאן הדמיון נגמר‪:‬‬
‫מערכת הראייה עושה אינטגרציה והשלמות של תמונות וקווים על סמך ידע מוקדם‪ ,‬רישות שקיים במוח‪.‬‬
‫תחנות מערכת הראייה‬
‫מערכת הראייה כוללת שלוש תחנות מרכזיות‪:‬‬
‫העין‬
‫מהעין יוצא עצב הראייה‪ .‬מכילה את הפוטורצפטורים ברשתית‪ ,‬בחלק האחורי של העין‪ ,‬שם מתחיל‬
‫תהליך עיבוד המידע של האור הנכנס דרך האישון והעדשה‪.‬‬
‫מבנה הרשתית‬
‫הפוטורצפטורים נמצאים בשכבה התחתונה ביותר )מתוך שלוש( של תאי הרשתית‪ .‬מכאן שהאור צריך‬
‫לעבור את שתי שכבות התאים האחרות‪ .‬לאחר הפגיעה בפוטורצפטורים הם מתמירים את סיגנל האור‬
‫לסיגנל כימי ואז חשמלי ומעבירים את האות לתאים ביפולריים בשכבה השנייה של הרשתית; התאים‬
‫הביפולריים מעבירים את המידע לתאי הגנגליאון בשכבה הראשונה ומוציאים את האינפורמציה מהעין‬
‫לתלמוס‪ .‬מעבר לתאים אלו יש תאים מתווכים רבים המחברים הוריזונטלית בין התאים הביפולריים או‬
‫הגנגליאונים ויוצרים אפשרות לעיבוד אינפרמציה כבר ברמת הרשתית‪ ,‬יצירת שדות ראייה בגדלים‬
‫שונים ודטקציה של תנועתיות‪.‬‬
‫הפוטורצפטורים‬
‫ישנם שני סוגים של פוטורצפטורים‪) Rods & Cones :‬קנים ומדוכים(‪:‬‬
‫•‬
‫הקנים רגישים יותר לאור וקולטים אור ברמות נמוכות – מאפשר ראיית לילה טובה‪ .‬יש הרבה‬
‫יותר קנים ממדוכים‪.‬‬
‫•‬
‫מדוכים – פחות רגישים לאור אבל מאפשרים ראיית צבע וראיית יום‪ .‬הרגישות לצבע נובעת‬
‫מחלבוני אופסינים שונים – המסוגלים לקלוט קרינה בתדרים של אור ירוק‪ ,‬כחול או אדום‪.‬‬
‫אופסינים הם חומרים שקולטים אור באורכי גל שונים ומפעילים קסקדה של שליחים שניוניים‬
‫בתגובה‪.‬‬
‫חדות תמונה – ה‪Fovea-‬‬
‫איזור ה‪ fovea-‬של הרשתית הוא המכיל את ריכוז הפוטורצפטורים הגדול ביותר )הריכוז משתנה ברחבי‬
‫הרשתית(‪ ,‬המאפשר ראייה חדה‪ .‬באיזור זה יש צפיפות גדולה מאוד של מדוכים הצמודים אחד לשני‪ ,‬כך‬
‫חמוטל בן דב‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫נושא ‪ :15‬מערכת הראייה‬
‫‪167‬‬
‫שניתנת יכולת הפרדה במרחב של האור הנופל על ה‪ .Fovea-‬מכאן שיכולת ההבחנה בפרטים קיימת‬
‫עבור המרכז של התמונה בלבד‪.‬‬
‫הייחודיות של ה‪ Fovea-‬המקנה את חדות התמונה נובעת ממעין ִמפתח בשתי השכבות האחרות של‬
‫התאים‪ ,‬כך שהאור אינו נשבר על שכבות התאים הביפולריים והגנגליאונים‪ .‬בבחינת הפיזור של הקנים‬
‫והמדוכים‪ ,‬יש יותר מדוכים באיזור זה לעומת ריכוז גבוה יותר של קנים באיזור הפריפריה של הרשתית‪.‬‬
‫ריכוז המדוכים הגדול מאפשר רזולוציה טובה יותר של התמונה – כמו תכונת הפיקסלים שנקלטים על ידי‬
‫מצלמה דיגיטלית‪ .‬הריכוז הגבוה מאפשר קליטה של נקודות אור שונות בתאים שונים המתחברים כל‬
‫אחד לתא גנגליאוני אחד; לעומת זאת בפריפריה מספר פוטורצפטורים מקושרים לאותו תא גנגליאון‬
‫ולכן יש פחות הפרדה מרחבית‪.‬‬
‫יכולת ההפרדה המרחבית )‪ (spatial resolution‬באיזור מרכז הראייה גדול יותר מאשר בפריפריה‪.‬‬
‫שדה רצפטיבי‬
‫שדה רצפטיבי הוא שדה נקודות האור הנקלט על ידי תא גנגליאוני מסויים; לתא גנגליאוני שקשור למספר‬
‫פוטורצפטורים יש שדה רצפטיבי גדול יותר מאשר לתא גנגליאוני שקשור לפוטורצפטור יחיד‪ .‬השדה‬
‫הרצפטיבי גדל ביחס הפוך לרזולוציה‪ .‬ככל שהשדה הרצפטיבי גדול יותר יכולת ההפרדה בעקרון תהיה‬
‫נמוכה יותר‪.‬‬
‫השדות הרצפטיביים בעין הינם מעגליים‪ ,‬בשל מבנה של תא פוטורצפטור אקסיטטורי הנמצא בטבעת של‬
‫תאים אינהיביטורים – שתפקידם לעכב את הסיגנל המדיע לתא הגנגליאון‪ .‬השדות הרצפטיביים בנויים‬
‫מאיזור מרכזי אקסיטטורי ופריפריה אינהיביטורית‪ .‬תא הגנגליאון יורה בתדר נמוך באופן טבעי;‬
‫כאשר מפעילים אור במרכז בלבד‪ ,‬קצב הירי גדל שכן מופעלת אקסיטציה‪ .‬אם האור נופל על הפריפריה‬
‫בלבד‪ ,‬התדר ייקטן עד הפסקה‪ .‬אם התאורה נופלת בשני האיזורים תהיה אינטגרציה והתגובה תהיה‬
‫בהתאם– בתלות בשאלה איזה אות חזק יותר‪.‬‬
‫תכונה זו מאפשרת להבחין בקונטרסט – אור וחושך מופרדים בתוך השדה הרצפטיבי‪.‬‬
‫• תאי הרשתית מגיבים בצורה הטובה ביותר לנקודות אור‪.‬‬
‫• השדות הרצפטיביים מעגליים ומתוקף כך מאפשרים הפרדה יעילה של קונטרסט‪.‬‬
‫• התגובה של תא גנגליאוני‪ /‬ביפולרי תלויה ברמת האקסיטציה לעומת האינהיביציה שמגיעה‬
‫לתא‪ .‬האינהיביציה נעשית על ידי תאי האמקרין המתווכים בשכבה התאים הגנגליאונים‪.‬‬
‫נוירונים בעלי סלקציה כיוונית‬
‫במערכת זו יש שלוש שכבות של תאים – פוטורצפטורים‪ ,‬תאים ביפולריים ותאי גנגליאון שמעבירים את‬
‫הסיגנל למוח‪ .‬בנוסף נמצאים תאי אמקרין היוצרים אינהיביציה על סינפסות תאי הביפולר‪-‬גנגליאון‪.‬‬
‫סינפסות אקסיטטוריות מסומנות במשולש ואינהיביטוריות בעיגול; סינפסה פעילה צבועה וסינפסה לא‪-‬‬
‫פעילה לבנה‪.‬‬
‫כאשר העצם זז משמאל לימין‪ ,‬הסיגנל מועבר אל התא הגנגליאוני דרך סינפסה אקסיטטורית; העצם‬
‫ממשיך לנוע ימינה‪ ,‬נקלט על ידי פוטורצפטור נוסף‪ ,‬אשר מעביר הפעם את הסיגנל לתא אמקרין‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מבוא לנוירוביולוגיה‬
‫‪168‬‬
‫אינהיביטורי‪ ,‬שמעכב את הסינפסה של התא הביפולרי הראשון לגנגליאון‪ .‬יחד עם זאת‪ ,‬בשל התזמון‪,‬‬
‫האינהיביציה שהגיעה לא הספיקה לעכב את המידע‪.‬‬
‫לעומת זאת‪ ,‬אם העצם היה זז מימין לשמאל‪ ,‬הסיגנל היה מגיע לקודם לפוטורצפטור השני ולכן עיכוב‬
‫הסינפסה הבאה יתרחש לפני שהירי ממנה יתחיל‪ .‬בצורה זו‪ ,‬כאשר העצם ימשיך לנוע שמאלה‪ ,‬הוא יפעיל‬
‫פוטורצפטור אך הסיגנל יגיע לסינפסה שכבר עברה עיכוב ולכן המידע לא יעבור לתא הגנגליאוני‪.‬‬
‫העצב האופטי‬
‫באיזור ממנו יוצא עצב הראיה אין פוטורצפטורים; זהו איזור ה"שטח המת" של העין‪ .‬הנקודות נופלות‬
‫בשני איזורים שונים בכל עין‪ ,‬ולכן כאשר מסתכלים בשתי העיניים לא חסרות נקודות בתמונה – אולם‬
‫תופעה זו מתרחשת כאשר עוצמים אחת מהעיניים‪.‬‬
‫כאשר מסתכלים בשתי העיניים‪ ,‬איזור המיקוד הוא האיזור שנופל על שתי ה‪ foveas-‬כך שמתאפשרת‬
‫ראיה בינוקולרית טובה עם שתי העיניים‪ .‬לרוב‪ ,‬החלק השמאלי של הרשתית קולט את צד ימין של‬
‫התמונה ואיזור ימין קולט את התמונה השמאלית; התווך נקלט על ידי שתי העיניים‪ .‬השטח המת של עין‬
‫אחת ניתן לראייה על ידי העין השנייה בלבד‪ .‬באיזורים אלו יש ראייה מונוקולרית עם עין אחת בלבד‪.‬‬
‫השטח המת הזה נוצר בשל חסימת הראייה על ידי האף‪.‬‬
‫מכיוון ששדה הראייה הימני נופל על החלק השמאלי של הרשתית וההיפך‪ ,‬האינפורמציה שמגיעה מכל‬
‫אחד מחלקי הרשתית הלאטרלים מועברת להמיספרה המתאימה – כאשר מעין אחת הוא מועבר לאותה‬
‫המיספרה ומעין שנייה הוא הולך להמיספרה נגדית )ראו איור(‪ .‬ההתפצלות הזו היא הכיאזמה האופטית‬
‫המובילה את קצות העצבים האלו לתלמוס‪.‬‬
‫במחקרים לבדיקת השטחים המתים‪ ,‬הזריקו וראו שהאינפורמציה מהעין מגיעה לשכבה מסויימת בתלמוס‪.‬‬
‫האינפורמציה מהעין השנייה מגיעה לשכבה אחרת‪ .‬האינפורמציה ברמה של התלמוס עדיין מופרדת‬
‫בין שתי העיניים ואינה יוצרת ראייה מרחבית‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫אם‬
‫תאי הרשתית מגיבים לנקודות אור‪.‬‬
‫השדות הרצפטיביים הם מעגליים והשדות הרצפטיבים של ה‪ LGN-‬גם הם מעגליים‪.‬‬
‫השדות הרצפטיבים המגיעים אל הקורטקס הינם מעגליים‪.‬‬
‫כל השדות הרצפטיביים הם מעגליים‪ ,‬כיצד מזוהים קווים? במערכת הבא ישנם שלושה תאים‪ ,‬לכל‬
‫אחד מהם שדות רצפטיבים משלו הנמצאים אחד ליד השני‪ .‬אם ייפול קו על שלושת התאים‪ ,‬סביר להניח‬
‫ששלושתם יופעלו )כי הקו עובר במרכז השדה הרצפטיבי של כל תא(‪ .‬האינפורמציה מועברת ל‪LGN-‬‬
‫אל שלושה תאים נפרדים במערכת מעגלית‪ .‬ברגע שהמידע יגיע לקורטקס של התלמוס‪ ,‬שלושת תאי‬
‫התלמוס יעבירו את האינפורמציה לתא אחד בודד‪ ,‬המכונה ‪ ;simple cell‬תא זה יכול לבצע סכימה‬
‫מרחבית של התגובות‪ .‬האינפורמציה הנסכמת מזהה שמדובר בקו ולא בנקודת אור‪.‬‬
‫אולם מה אם הקו מוטה‪ ,‬כך שהוא לא נופל במישרין על שלושת התאים? כאשר הזווית משתנה הקו יושב‬
‫על רמות שונות של שדות אקסיטטורים ואינהיביטורים‪ .‬הזוויות השונות‪ ,‬כך הניחו‪ ,‬מורגשות על ידי‬
‫תאים שונים בקורטקס‪ .‬כאשר בדקו את התגובה של הקורטקס נמצא באמת שיש תאים שונים הרגישים‬
‫חמוטל בן דב‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫נושא ‪ :15‬מערכת הראייה‬
‫‪169‬‬
‫לקווים בזוויות שונות‪ .‬הארגון הזה לזוויות הקו‪ ,‬יחד עם הארגון לפי עין ימין ועין שמאל‪ ,‬יוצר מודול‬
‫קורטיקלי שתפקידו לעבד את אינפורמציית הזוויות והצבעים המתקבלים משתי העיניים‪.‬‬
‫ההבנה של העולם יכולה להיעשות על ידי הקווים בלבד – שכן המוח מזהה קווים‪ .‬כל האינפורמציה‬
‫קיימת בקווים פשוטים ומערכת הראיה עושה אינטרפרטציה של הקווים ליצירת התמונה‬
‫והקונטקסט‪.‬‬
‫בניסוי ‪ MRI‬שבו הראו לנבדקים את הסרט "הטוב‪ ,‬הרע והמכוער" הראה שבהתאם לסוג התמונה –‬
‫נופים‪ ,‬פרצופים וכדומה – מופעלים איזורים שונים בקורטקס הראייה‪ .‬אולם בנוסף לכך‪ ,‬הופעלו‬
‫קורטקסים נוספים – כמו קורטקס חוש המישוש‪ .‬כשבדקו איזה פריים בסרט הפעיל איזורים אלו נמצא‬
‫שהפעולה בסרט הייתה פעולת שימוש בידיים – כמו גלגול סיגריה או הטענת כדור‪ .‬מכאן שהצפייה‬
‫בפעולה‪ ,‬גם במצב פסיבי לחלוטין‪ ,‬גורמת להפעלה של הקורטקס הרלוונטי‪.‬‬
‫התלמוס‬
‫המכיל את הגרעין )‪.LGN (lateral genicluate nucleus‬‬
‫•‬
‫קורטקס הראייה הראשוני – הממשיך לקורטקסים גבוהים יותר לעיבוד תמונות‪ ,‬פרצופים‪ ,‬מרחבים‬
‫וכדומה‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2011-2012 ,‬‬
‫חמוטל בן דב‬