2.3.2.Экзоцитоз ацетилхолина

Ацетилхолин образуется в цитоплазме пресинаптического окончания и только после этого поступает в синаптические пузырьки (или синаптосомы; рис.2.15). Одновременно в окончании обычно присутствует несколько сотен пузырьков.

К онечная концентрация медиатора в пузырьках весьма высока (-0,5 М), так что его «упаковка», очевидно, требует энергии. Непосредственным источником последней является градиент водородных ионов, создаваемый протонными насосами. Насосы локализуются в мембране пузырьков и за счет АТФ поддерживают внутри высокую концентрацию протонов. Накачка же ацетилхолина в пузырьки, видимо, происходит путем антипорта с этими ионами, которые выходят в гиалоплазму по градиенту своей концентрации. Соответствующую транспортную систему можно обозначить как независимый ацетилхолиновый насос.

Теперь рассмотрим собственно экзоцитоз. Ключевую роль в данном процессе (а возможно, в экзоцитозе и других медиаторов в прочих синапсах) играют ионы Са²⁺. С этим напрямую связана природа целой группы белков пресинаптической мембраны и синаптических пузырьков.

Так, в пресинаптической мембране содержатся Са²⁺-каналы. Они образуют скопления в т. н. активных зонах мембраны — участках, с которыми будут впоследствии сливаться синаптические пузырьки. Каналы закрыты в состоянии покоя и открываются при снижении трансмембранного потенциала. Благодаря этому, при возбуждении в цитоплазме пресинаптического окончания повышается концентрация ионов Са²⁺ — за счет поступления из внешней среды.

С другой стороны, в мембране синаптических пузырьков имеются АТФ-зависимые Са²⁺-насосы (Са²⁺-АТФаза), которые, постоянно функционируя, создают в пузырьках высокую концентрацию Са²⁺. Таким образом, для экзоцитоза медиатора необходимо, чтобы концентрация этих ионов оказалась высокой с обеих сторон мембраны пузырька.

Спектр белков, на которые влияют ионы Са²⁺ в пресинаптическом окончании, весьма широк.

Один из ключевых белков является синапсин. Он состоит из двух субъединиц (общей массой 166 кДа) и связан с внешней поверхностью мембраны синаптосомы. При низкой концентрации ионов Са²⁺ в цитоплазме он находится в дефосфорилированном состоянии и соединяет пузырек с актиновыми микрофиламентами цитоскелета — пузырек пребывает в фиксированном положении.

При возбуждении пресинаптической мембраны, когда в цитоплазму поступают ионы Са²⁺, последние стимулируют специфическую киназу (Са²⁺-кальмодулинзависимую киназу). Этот фермент фосфорилирует синапсин, отчего ослабевает связь с актином — пузырек перемещается вдоль микротрубочек к одной из активных зон пресинаптической мембраны.

Следующие события — контакт и слияние пузырька с этой мембраной. Они тоже обеспечиваются Са²⁺-зависимыми белками мембраны пузырька.

Среди них, в частности, белок синаптогамин. Взаимодействуя в присутствии Са²⁺ с группой других мембранных белков, он приводит в конце концов к активации синаптопорина. Последний формирует первичную пору, которая пронизывает обе мембраны и, видимо, инициирует слияние липидных бислоев. Через эту пору начинается излияние медиатора в синаптическую щель.

Предполагают также, что в мембране пузырька имеются и актомиозинподобные белки, вызывающие сокращение его стенки и облегчающие тем самым выброс медиатора.

В результате встраивания мембран пузырьков в пресинаптическую мембрану поверхность последней увеличивается.

Затем начинается процесс рециклизации — от пресинаптической мембраны отпочковываются мембранные структуры, которые вначале сливаются в цистерны. И лишь потом от последних отшнуровываются новые синаптические пузырьки, вновь заполняемые медиатором.