이소 플루 란이라는 일반적으로 사용되는 전신 마취제는 시냅스라는 접합부에서 신경 세포 사이의 전기 신호의 전송을 약화하는 방법을 밝혔다.
“중요 한 것은,우리는 이소 플루 란 모든 전기 신호의 전송을 동등 하 게 차단 하지 않았다 발견;마 취 인지 또는 운동 등 기능에 필요한 높은 주파수 임펄스에 가장 강한 영향을 했다. “이것은 이소 플루 란이 우선적으로 고주파 신호를 차단하여 마취를 일으킬 수있는 방법을 설명합니다.”
시냅스에서 신호는 시냅스 전 뉴런에 의해 전송되고 시냅스 후 뉴런에 의해 수신됩니다. 대부분의 시냅스에서 의사 소통은 화학 메신저 또는 신경 전달 물질을 통해 발생합니다.
전기 신경 자극,또는 활동 잠재력,시냅스 전 뉴런의 끝에 도착하면,이 시냅스 소포 원인-신경 전달 물질을 포함하는 작은 막’패킷’-말단 막과 융합,뉴런 사이의 간격에 신경 전달 물질을 방출. 충분한 신경 전달 물질이 시냅스 후 뉴런에 의해 감지 될 때,이것은 시냅스 후 뉴런에서 새로운 활동 잠재력을 유발합니다.
쥐의 뇌 조각을 이용해 쥐의 꽃받침이라고 불리는 거대한 시냅스를 연구했다. 과학자들은 서로 다른 주파수에서 전기 신호를 유도 한 다음 시냅스 후 뉴런에서 생성 된 활동 전위를 감지했습니다. 그들은 전기 신호의 주파수를 증가 시킴에 따라 이소 플루 란이 전송을 차단하는 데 더 강한 영향을 미친다는 것을 발견했습니다.
그의 부대의 연구 결과를 확증하기 위해 타카하시는 살아있는 생쥐의 뇌에서 피질-피질 시냅스라는 시냅스에 대한 실험을 수행 한 나고야 대학의 연구원 인 야마시타 타카유키 박사에게 손을 뻗었다.
야마시타는 마취가 개최의 꽃받침과 유사한 방식으로 피질-피질 시냅스에 영향을 미치는 것을 발견했다. 마우스가 이소 플루 란을 사용하여 마취되었을 때,고주파 전송은 강하게 감소 된 반면 저주파 전송에 대한 영향은 적었다.
“이 실험은 모두 이소 플루 란이 전신 마취제로서 어떻게 작용 하는지를 확인했다”고 다카하시는 말했다. “그러나 우리는이 주파수 의존적 인 방식으로 시냅스를 약화시키는 이소 플루 란의 기본 메커니즘이 무엇인지 이해하고 싶었습니다.”
표적을 추적
추가 연구를 통해 연구자들은 이소 플루 란이 방출되는 소포의 확률을 낮추고 한 번에 방출 될 수있는 소포의 최대 수를 줄임으로써 방출되는 신경 전달 물질의 양을 감소 시켰음을 발견했습니다.
따라서 과학자들은 이소 플루 란이 소포 방출 과정에서 핵심적인 칼슘 이온 채널에 영향을 미치는지 여부를 조사했습니다. 활동 전위가 시냅스 전 말단에 도착하면 막의 칼슘 이온 채널이 열리 며 칼슘 이온이 범람 할 수 있습니다. 시냅스 소포는 칼슘의 상승을 감지,그들은 막과 융합. 연구진은 이소 플루 란 차례로 소포 방출의 가능성을 감소 칼슘 이온 채널을 차단하여 칼슘 유입을 감소 것을 발견했다.
“그러나이 메커니즘만으로는 이소 플루 란이 방출 가능한 소포의 수 또는 이소 플루 란 효과의 주파수 의존적 특성을 어떻게 감소 시키는지 설명 할 수 없다”고 다카하시는 말했다.
과학자들은 이소 플루 란이 외 세포증에 의한 소포 방출 과정을 직접 차단하거나 간접적으로 소포 재생을 차단함으로써 방출 가능한 소포의 수를 줄일 수 있다고 가설을 세웠다.
엑소 사이토 시스에 의해 증가하고 엔도 사이토 시스에 의해 감소되는 시냅스 전 말단 막의 표면적 변화를 전기적으로 측정함으로써,과학자들은 이소 플루 란이 엑소 사이토 시스에 의한 소포 방출에만 영향을 미쳤다고 결론 지었다.
“결정적으로,우리는이 블록이 고주파 신호에만 큰 영향을 미쳤다는 것을 발견했으며,외래성 기계에이 블록이 이소 플루 란의 마취 효과의 핵심임을 시사한다”고 다카하시는 말했다.
과학자들은 고주파 활동 전위가 이소 플루 란이 칼슘 농도를 효과적으로 감소시킬 수없는 시냅스 전 말단에 칼슘이 대량으로 유입되는 것을 유발한다고 제안했다. 시 냅 스 강도 따라서 소포 릴리스의 감소 확률 보다는 외 세포 기계의 직접 블록에 의해 주로 약화 됩니다.
한편,저주파 임펄스는 엑소 사이토 시스를 덜 유발하므로 엑소 세포 기계에 대한 이소 플루 란의 블록은 거의 영향을 미치지 않습니다. 이소 플루 란은 시냅스 전 말단에 칼슘의 유입을 효과적으로 감소 시키지만,소포 방출의 확률을 낮추는 것은 그 자체로 개최 된 꽃받침에서 시냅스 후 활동 잠재력을 차단할만큼 강력하지 않으며 피질-피질 시냅스에서만 사소한 영향을 미칩니다. 따라서 낮은 주파수 전송이 유지됩니다.
전반적으로,일련의 실험은 이소 플루 란이 마취를 유도하기 위해 시냅스를 약화시키는 방법에 대한 강력한 증거를 제공합니다.
“이제 우리는 시냅스 전 메커니즘을 조작하고 해독하는 기술을 확립 했으므로 신경 퇴행성 질환의 증상을 기본으로하는 시냅스 전 메커니즘과 같은 어려운 질문에 이러한 기술을 적용 할 준비가되었습니다.” “그것은 우리의 다음 도전이 될 것입니다.”