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Lo studio mostra come i nervi mammiferi myelinated propagano gli impulsi nervosi alle alte frequenze

L'università di Alabama ai ricercatori di Birmingham, per la prima volta mai, ha raggiunto gli studi del toppa-morsetto su una parte evasiva dei nervi myelinated mammiferi chiamati i vertici di Ranvier.

Ai vertici, hanno trovato i canali inattesi del potassio che danno al nervo myelinated la capacità di propagare gli impulsi nervosi ai very high frequency e con velocità alti della conduzione lungo il nervo.

Entrambe le qualità sono necessarie per la conduzione veloce delle sensazioni e del controllo di muscolo rapido in mammiferi -- tasti alla sopravvivenza di un animale in un mondo della predatore-preda.

Scoperto dallo scienziato francese Louis-Antoine Ranvier nel 1878, questi vertici minuscoli sono stati conosciuti dal 1939 per agire come le stazioni di relè collocate circa 1 millimetro a parte lungo il nervo myelinated per condurre gli impulsi nervosi mammiferi alle tariffe di 50 - 200 metri al secondo. Fra ogni vertice nudo, il nervo è avvolto con le guaine isolanti di mielina.

Quando gli incendi del nervo, l'impulso elettrico salta da un vertice al seguente, muovendo 100 volte più velocemente dell'impulso nervoso di un nervo unmyelinated.

I neuroscenziati lungamente hanno saputo che la versione e l'assorbimento degli ioni alla membrana di cellule nervose è il meccanismo degli impulsi nervosi elettrici. Ma se dei canali ionici del potassio erano presenti nei vertici di Ranvier -- ed in caso affermativo, che tipo -- è stato un aspetto del dibattito per le decadi perché nessuno aveva potuto applicare con successo i morsetti di toppa ai 1 - 2 vertici micron di ampiezza dei nervi intatti in mammiferi.

In uno studio ha pubblicato nel neurone del giornale della stampa delle cellule, Jianguo Gu, il Ph.D., il suo collega postdottorale Hirosato Kanda, Ph.D. ed altri colleghi a UAB riferiscono che due canali ionici hanno chiamato TREK-1 e TRAAK fungono da canali principali del potassio nei vertici di Ranvier di un nervo myelinated del ratto.

Più d'importanza, hanno indicato che quei due canali ai vertici di Ranvier sono stati richiesti per saltatory ad alta velocità ed ad alta frequenza, o “saltando,„ la conduzione lungo i nervi afferenti myelinated. Il colpo dei canali ha diminuito la velocità della conduzione del nervo da 50 per cento e gli esperimenti comportamentistici hanno indicato che il colpo nel nervo ha ridotto la reazione che ha avversione di un ratto ad un colpo di frusta delle sue basette.

Negli esperimenti che classici quello piombo ad un premio Nobel nel 1963 per il meccanismo dell'impulso nervoso, nervi ha utilizzato un canale tensione-gated del potassio (significare un cambiamento nella tensione gli rende l'incendio) per rilasciare gli ioni del potassio da un nervo unmyelinated del gigante del calamaro. Gu ed i suoi colleghi inizialmente preveduti di trovare tali canali ai vertici di Ranvier.

Tuttavia, i loro esperimenti più iniziali hanno confuso quell'aspettativa -- così tanto in modo che cadano lo studio per un anno. Quando hanno aggiunto gli inibitori conosciuti dei canali tensione-gated del potassio, non hanno veduto diminuzione significativa nelle punte elettriche al vertice di Ranvier. Che trovare lo ha sfidato il dogma ed ha significato che alcuni altri canale o canali non identificati del potassio invece stavano servendo da cavalli di lavoro ad ogni vertice.

I candidati possibili hanno compreso tre membri di una famiglia di 15 proteine conosciute come i canali del potassio “della perdita„, che sono essenzialmente aperti piuttosto di quanto tensione-gated e sono stati conosciuti per avere grande conduttanza, dice Gu, l'Edward A. Ernst, M.D., professore dotato e Direttore per la ricerca di dolore nel dipartimento di UAB di divisione della medicina Perioperative e di anestesiologia della biomedicina molecolare e di traduzione. Il laboratorio di Gu ha trovato che due di loro, TREK-1 e TRAAK, sono i canali attivi nei vertici di Ranvier.

Le loro prove per mostrare questo incluso la tecnica che della registrazione del pressione-toppa-morsetto i ricercatori si sono sviluppati per i vertici, con gli approcci immunohistochemical, genetici e farmacologici.

Ancora, il gruppo di UAB ha trovato che TREK-1 e TRAAK -- quale sono canali termosensibili e mechanosensitive del potassio del due-poro-dominio -- altamente sono ragruppati ai vertici nervo del trigeminale del ratto di Un-beta, con una densità di corrente che è volta 3.000 più superiore a quella del corpo cellulare.

Coli i canali del potassio ed i canali tensione-gated del potassio agiscono per ripolarizzare la membrana del nervo dopo un impulso nervoso, conosciuto come un potenziale d'azione. TREK-1 e TRAAK nei vertici di Ranvier hanno agito abbastanza diversamente dai canali tensione-gated del potassio che sono trovati nel corpo cellulare, o dal soma, del nervo del ratto.

Durante lo stimolo del soma a 50 volte al secondo, i potenziali d'azione che usano i canali tensione-gated del potassio sono venuto a mancare tipicamente. Ma Gu ed i colleghi hanno trovato che i potenziali d'azione ai vertici di Ranvier con i canali “della perdita„ hanno mostrato a nessun errori significativi alle frequenze di stimolo fino a 200 volte al secondo.

Cioè i due canali del potassio della perdita hanno permesso la ripolarizzazione molto rapida ai vertici di Ranvier e la conduttanza ad alta frequenza come pure rapida dei nervi myelinated del ratto. Interessante, i canali del potassio del due-poro-dominio di TRAAK e di TREK-1 sono sembrato formare i heterodimers nei vertici di Ranvier.

Gu dice che questi nuovi risultati fondamentali hanno implicazioni nelle malattie neurologiche o nelle circostanze dove le disfunzioni nodali pregiudicano la conduzione di potenziale d'azione. Questi comprendono la sindrome del tunnel carpale, la sindrome di Guillain-Barré, la sclerosi a placche, le lesioni del midollo spinale e la sclerosi laterale amiotrofica.

Source:
Journal reference:

Kanda, H. et al. (2019) TREK-1 and TRAAK Are Principal K+ Channels at the Nodes of Ranvier for Rapid Action Potential Conduction on Mammalian Myelinated Afferent Nerves. Neuron. doi.org/10.1016/j.neuron.2019.08.042.