نقش سیناپس در انتقال پیام‌های عصبی

نقش سیناپس در انتقال پیام‌های عصبی

ترجمه: رکسانا جعفری و محمد امین مخفی

مغز مسئول هر فکر، احساس و عملی است. اما چگونه میلیاردها سلول ساکن مغز این عملکردها را مدیریت می کنند؟

آن‌ها این کار را از طریق فرایندی به نام انتقال پیام‌های عصبی انجام می‌دهند. به بیان ساده، انتقال پیام‌های عصبی راهی برای برقراری ارتباط بین سلول‌های مغزی است و بیشتر این ارتباطات در محلی به نام سیناپس رخ می دهد. دانشمندان علوم مغز و اعصاب اکنون می‌دانند که سیناپس نقشی اساسی در انواع فرآیندهای شناختی به ویژه فرآیندهای یادگیری و حافظه دارد.

سیناپس چیست؟

کلمه synapse از کلمات یونانی syn (با هم) و haptein (بستن) می‌آید. در سیستم عصبی، سیناپس ساختاری است که به یک نورون اجازه می‌دهد که سیگنال الکتریکی یا شیمیایی را به یک نورون دیگر منتقل کند. نورون‌ها برای انتقال سیگنال‌ها به سلول‌های هدف تخصص یافته‌اند و سیناپس مکانی است که این کار (انتقال سیگنال) در آن‌جا انجام می‌گیرد. در یک سیناپس، غشای پلاسماییِ نورون عبوردهندهٔ سیگنال (نورون پیش‌سیناپسی) با غشای سلولِ هدف (پس‌سیناپسی) در نزدیکی هم قرار می‌گیرند. هر دو محل‌های پیش‌سیناپسی و پس‌سیناپسی شامل آرایه‌ها و نظم وسیعی از اجزای عمل کننده‌ٔ مولکولی هستند که دو غشا را به یکدیگر متصل کرده و فرایند سیگنال‌دهی را انجام می دهند. در بسیاری از سیناپس‌ها، قسمت پیش‌سیناپسی بر روی آکسون و قسمت پس‌سیناپسی روی دندریت یا سوما (جسم سلولی) قرار دارد.

دو نوع سیناپس بر اساس مکانیسم انتقال پیام عصبی قابل تشخیص است: سیناپس‌های الکتریکی و سیناپس‌های شیمیایی. در سیناپس‌های الکتریکی، دو نورون از طریق کانال‌هایی بر روی غشا‌ی خود که دقیقا هم راستای هم هستند با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. از طرف دیگر، در سیناپس‌های شیمیایی، اطلاعات از طریق انتشار سیگنال‌های شیمیایی به نام ناقل‌های عصبی از نورون پیش‌سیناپسی منتقل می‌شود. قبل از آزادسازی، مولکول‌های ناقل عصبی در اندامک‌های کروی و محدود به غشایی به نام وزیکول سیناپسی ذخیره می‌شوند. ویژگی اصلی سیناپس‌های شیمیایی که فراوان‌ترین نوع سیناپس در سیستم عصبی است، تجمع وزیکول‌های سیناپسی در نزدیکی غشای پیش‌سیناپسیِ پایانهٔ آکسون‌ها است.

در سیستم عصبی، سیناپس ساختاری است که به یک نورون اجازه می‌دهد که سیگنال الکتریکی یا شیمیایی را به یک نورون دیگر منتقل کند.

توالیِ اتفاقاتِ درگیر در انتقال پیام عصبی در یک سیناپسِ شیمیایی به این صورت است: اول، یک تکانهٔ عصبی به صورت تخلیهٔ الکتریکیِ مختصر، به نام پتانسیل عمل (action potential)، به پایانه‌ٔ آکسونِ نورونِ پیش‌سیناپسی وارد شده و  موجب اختلال در توزیع ذرات دارای بار مثبت و منفی در سراسر غشای پیش‌سیناپسی می‌شود. دپلاریزاسیونِ غشا منجر به باز شدن کانال های +Ca2 حساس به ولتاژ می‌شود و این به نوبه خود غلظتِ کلسیمِ نورونِ پیش‌سیناپسی را توسط +Ca2 خارج سلولی، افزایش می‌دهد. این اتفاق باعث می‌شود که وزیکول‌های سیناپسی با غشای پیش‌سیناپسی ادغام شوند، این فرایندی به نام برون‌رانی یا Exocytosis است که منجر به آزاد شدن محتوای ناقل عصبی آن‌ها در شکاف سیناپسی می‌شود. سپس مولکول‌های ناقل عصبی در شکاف سیناپسی پخش می‌شوند و به گیرنده‌های خاص غشای پس‌سیناپسی متصل می‌شوند. گیرنده‌های پس‌سیناپسی دو نوع هستند و با توجه به ساختار و مکانیسم اتصال ناقل عصبی، پاسخ نورون پس‌سیناپسی را تعیین می‌کنند. یک نوع از گیرنده‌ها یونوتروپیک هستند که یک کانال یونی را تشکیل می‌دهند. نوع دوم گیرنده‌ها متابوتروپیک هستند که خودشان کانال‌های یونی ندارند؛ اما ناقل عصبی با اتصال به این گیرنده‌ها، مولکول‌های میانی موسوم به پروتئین G را فعال می‌کند که مستقیماً با کانال‌های یونی و یا با سایر پروتئین‌های مؤثر در تنظیم کانال‌های یونی در تعامل هستند. فعال‌سازی هر یک از این گیرنده‌ها به صورت مستقیم (در صورت وجود گیرنده‌های یونوتروپیک) یا غیرمستقیم (در صورت وجود گیرنده‌های متابوتروپیک) منجر به تغییر ناگهانی در نفوذپذیری غشای پس‌سیناپسی نسبت به یون های خاص می‌شود، که در این صورت توالی بعدی این اتفاقات را در نورون پس‌سیناپسی تحریک می‌کند.

سیناپس چقدر بزرگ است؟

سیناپس‌ها آن‌قدر کوچک هستند که نمی توان آن‌ها را با چشم غیر مسلح دید. دانشمندان با استفاده از ابزارهای پیشرفتهٔ اندازه‌گیری می‌توانند ببینند که اندازهٔ یک شکاف كوچك (سیناپسی) بین سلول‌ها تقریباً 20-40 نانومتر عرض دارد. اگر در نظر بگیرید که ضخامت یک ورق کاغذ تقریباً 100000 نانومتر است، می توانید بفهمید که این نقاطِ تماسِ عملکردی بین سلولهای عصبی واقعاً چقدر کوچک هستند. جالب است بدانید بیش از 3000 سیناپس فقط در آن فضا جا می گیرد!

منابع:

Pereda, A.E. (2014). Electrical synapses and their functional interactions with chemical synapses. Nature Reviews Neuroscience 15, 250-263.

Purves, D. (2012). Neuroscience, Fifth edn (Sinauer Associates, Inc.).

Südhof, T.C. (2004). The synaptic vesicle cycle. Annual review of neuroscience 27, 509-547.