Neurotransmitter

Physiologie

Neurotransmitter sind Substanzen, die der chemischen Übertragung elektrischer Erregungen (Aktionspotentiale) über den synaptischen Spalt dienen.

An den meisten Synapsen im Körper werden die präsynaptisch ankommenden elektrischen Aktionspotentiale in chemische Signale "übersetzt" und so zur subsynaptischen Membran der nächsten Zelle weitergeleitet.
- Nur einige wenige Synapsen übertragen ihre Aktionspotentiale direkt elektrisch. Man bezeichnet diese dann dementsprechend als "elektrische Synapsen", im Gegensatz zu den normalen "chemischen Synapsen".
Dort binden die freigesetzten Substanzen an spezielle Rezeptoren und lösen darüber eine Reaktion der Zelle aus. Diese kann bei der einfachen Signalweiterleitung darin bestehen, dass nun erneut ein elektrisches Aktionspotential ausgelöst wird.
Die für die chemische Übertragung verwendeten Substanzen bezeichnet man als Neurotransmitter.

Voraussetzungen für eine solche Art der Signalübertragung sind:
- Synthese des Neurotransmitters in der übertragenden Zelle.
- Speicherung des entsprechenden Transmitters in der präsynaptischen Nervenendigung.
- Freisetzung einer definierten Menge des Neurotransmitters auf jedes eintreffende Aktionspotential.
- Interaktion mit subsynaptische Rezeptoren, die den freigesetzten Neurotransmitter erkennen und dieses Signal ins Zellinnere weiterleiten.
- Rasche Beendigung der Wirkung des freigesetzten Neurotransmitters, um Dauererregungen zu vermeiden.
An vielen Synapsen wird auf einen Reiz hin nicht nur ein Neurotransmitter freigesetzt, sondern zwei oder mehr. Diesen Vorgang bezeichnet man als Cotransmission.

Neurotransmitter werden mit Ausnahme der neurotransmittorischen Neuropeptide aus entsprechenden Vorstufen in den Nervenendigungen selbst synthetisiert.
- Bei den Neuropeptiden erfolgt die Synthese dagegen im Soma der Nervenzelle:
  - Durch Transkription der entsprechenden DNA in mRNA und anschließende Translation an den Ribosomen wird zunächst ein Prä-Pro-Peptid gebildet.
  - Dieses wird im Golgi-Apparat post-translational zum Pro-Peptid prozessiert und anschließend - bereits in Vesikeln gespeichert - axonal zu den Nervenendigungen transportiert.
  - Während dieses Transports wird das Pro-Peptid ins eigentliche Neuropeptid umgewandelt.

Nahezu alle Neurotransmitter werden in den präsynaptischen Nervenendigungen in Vesikeln gespeichert.
- Die Vesikel der nicht-peptidischen Substanzen sind kleine, elektronenoptisch transparente Vesikel mit einem Durchmesser von 40 - 50 nm.
- Neuropeptide findet man in großen, elektronenoptisch dichten Vesikeln mit einem Durchmesser von ca. 90 nm.
Durch die vesikuläre Speicherung steht bei Bedarf sofort eine ausreichende Neurotransmittermenge zur Verfügung. Außerdem schützen die Vesikel die Neurotransmitter vor dem Abbau durch sie inaktivierende Enzyme.
Während die Neuropeptide bereits vesikulär gespeichert in die Nervenendigungen gelangen (s.o.), müssen die anderen Neurotransmitter aktiv aus dem Axoplasma in die Vesikel aufgenommen werden.

Erreicht ein Aktionspotential die Nervenendigung, kommt es durch Öffnung von N-Typ-Ca²⁺-Kanälen zu einem Einstrom von Ca²⁺ aus dem Interstitium ins Axoplasma und damit zu einer kurzfristigen Erhöhung der intraaxonalen Ca²⁺-Konzentration.
Dieser Ca²⁺-Anstieg führt zur Neurotransmitterfreisetzung durch Exozytose (elektro-sekretorische Kopplung):
- Dabei kommt es zunächst - Ca²⁺-vermittelt - zu einer Phosphorylierung von Synapsin. was die Bindung der Speichervesikel an Strukturen des Zytoskeletts aufhebt.
- Unter Beteiligung der Proteine Synaptobrevin, Synaptophysin und Synaptotamin auf Seiten des Vesikels und der Proteine Neurexin, Synaptoporin und Syntaxin auf Seiten der Zellmembran, kommt es nun zum Andocken des Speichervesikels an die präsynaptische Membran.
- Durch Interaktion der genannten Proteine kommt es nun zur Verschmelzung des Vesikels mit der Zellmembran, wobei der Inhalt des Vesikels in den synaptischen Spalt freigesetzt wird.
Nach Entleerung des Vesikelinhalts wird die Vesikelmembran wieder von der Axoplasmamembran abgetrennt, und der Vesikel steht damit für eine erneute Speicherung des Neurotransmitters zur Verfügung.

Die Wechselwirkung des freigesetzten Neurotransmitters mit seinen subsynaptischen Rezeptoren sowie die Rezeptor-Effektor-Kopplung sind abhängig von der Art der beteiligten Rezeptoren. Aufgrund der Vielzahl möglicher weiterer Signalübertragungswege sei hier für nähere Informationen auf die einzelnen Rezeptoren verwiesen.

Um eine Dauererregung der subsynaptischen Rezeptoren zu vermeiden, muss der freigesetzte Neurotransmitter aus dem synaptischen Spalt entfernt werden.
Dies kann über verschiedene Mechanismen erfolgen:
- Inaktivierung des Transmitters, z.B. durch:
  - Enzymatischen Abbau
    - z.B. Hydrolyse von Acetylcholin durch die Acetylcholinesterase
- Elimination des Transmitters, z.B. durch:
  - Wiederaufnahme in das Axon
    - z.B. bei Noradrenalin oder Serotonin
  - Postsynaptische Aufnahme
  - Abdiffusion (Abtransport, Spillover)
  - Extraneuronale Aufnahme und Biotransformation.