Khi các tế bào thần kinh của não muốn “giao tiếp” với nhau, chúng cần các “sứ giả”, những “sứ giả” này được gọi là chất dẫn truyền thần kinh. Chất dẫn truyền thần kinh mang thông tin và được giải phóng từ các đầu sợi trục của tế bào thần kinh trước khớp thần kinh. Sau đó, tế bào thần kinh tiếp theo nhận các chất dẫn truyền thần kinh này và “giải phóng” chúng.
Chất dẫn truyền thần kinh có thể là một axit amin, chẳng hạn như axit glutamic, axit γ-aminobutyric hoặc có thể là một chất mono-amine, chẳng hạn như dopamine, hoặc có thể là một loại chất khác, chẳng hạn như acetylcholine (ACh, Acetylcholine).
Tổng hợp, giải phóng và phục hồi acetylcholine
Dưới tác dụng của acetylcholine acetyltransferase (ChAT, choline acetyltransferase), nhóm acetyl trên acetyl-CoA được chuyển đến choline để tạo ra acetylcholine. Quá trình này được hoàn thành trong các tế bào thần kinh.
Sau khi được sản xuất, dưới tác dụng của chất vận chuyển acetylcholine dạng hột (VAChT), acetylcholine sẽ được vận chuyển vào trong túi.
Khi một tế bào thần kinh kích hoạt một điện thế để hoạt động, acetylcholin trong túi được giải phóng vào khe tiếp hợp, lan đến màng sau synap của tế bào thần kinh tiếp theo, rồi liên kết với thụ thể acetylcholine trên màng sau synap để kích hoạt phản ứng của tế bào thần kinh tiếp theo. Trong khe hở synap, acetylcholine bị Acetylcholinesterase (AChE) nằm trên màng sau synap phân giải để trở thành choline và axit acetic, đồng thời chấm dứt tác dụng của acetylcholine.
Dưới tác động của chất vận chuyển choline (ChT) nằm trên màng tế bào, choline được tái cấu trúc ở màng trước synap và trở lại chu trình của acetylcholine.
Các protein chính trong chu kỳ sống của acetylcholine, chẳng hạn như ChAT, VAChT, AChE,… thường được sử dụng làm dấu hiệu để nhận biết của các tế bào thần kinh acetylcholine.
Ngoài cách truyền qua synap, acetylcholin còn có một phương thức truyền khác gọi là truyền thể tích.
Trong cách truyền này, không có cấu trúc tiếp hợp 1-1. Acetylcholine được giải phóng từ sợi trục ra bên ngoài tế bào, sau đó khuếch tán tự do trong các khoảng trống giữa các noron, và cuối cùng hoạt động trên tất cả các thụ thể acetylcholine nằm trong phạm vi khuếch tán. Hai phương thức dẫn truyền này tồn tại đồng thời với nhau.
Những tế bào thần kinh có thể tổng hợp và tiết ra acetylcholine được gọi là tế bào thần kinh acetylcholine. Những tế bào thần kinh này tập trung trong não, những điểm tập trung này là nguồn cung cấp acetylcholine cho não.
Sự phân bố của các thụ thể acetylcholine trong não cực kỳ rộng rãi, và chúng nhận điều hòa tín hiệu từ acetylcholine. Đối với động vật linh trưởng, acetylcholine được giải phóng vào não chủ yếu bắt nguồn từ các tế bào thần kinh acetylcholine nằm ở ba vị trí.
1. Thân não
Các tế bào thần kinh acetylcholine trong thân não chủ yếu chiếu đến đồi thị và hạch đáy. Những tế bào thần kinh acetylcholine này đóng một vai trò quan trọng trong giấc ngủ, sự tỉnh táo và khống chế sự tự chủ.
2. Não trước
Não trước (basal forebrain) nằm phía trước và thấp hơn thể vân. Tất cả acetylcholine trong tân vỏ não đều bắt nguồn từ não trước. Ngoài ra, các tế bào thần kinh acetylcholine ở não trước cũng chiếu đến đồi hải mã, khứu giác, hạch hạnh nhân và các cấu trúc não khác.
Các tế bào thần kinh acetylcholine cơ sở của não trước chiếu đến các vùng não khác nhau và đóng các vai trò khác nhau. Ví dụ, ở thùy trước trán bên, sự chiếu acetylcholin chủ yếu tham gia vào trí nhớ làm việc trong không gian. Trong vỏ não khứu giác, sự chiếu acetylcholine là cần thiết để nhận biết và ghi nhớ. Trong hồi hải mã, acetylcholine giúp mã hóa thông tin bên ngoài dễ dàng hơn. Trong vỏ não thị giác sơ cấp, acetylcholine có liên quan mật thiết đến sự chú ý có chọn lọc.
Nói chung, các tế bào thần kinh acetylcholine ở não trước đóng một vai trò quan trọng trong nhiều chức năng nhận thức nâng cao, đặc biệt là về sự chú ý và trí nhớ, nơi acetylcholine là rất cần thiết. Trong não của những người cao tuổi bị suy giảm trí nhớ và bệnh nhân Alzheimer, lượng acetylcholine sẽ giảm đi rất nhiều.
3. Thể vân
Thể vân là một thành phần quan trọng của não trước và hạch nền, và đóng một vai trò quan trọng trong các hoạt động thần kinh liên quan đến tập thể dục và khen thưởng.
Có một số lượng nhỏ tế bào thần kinh acetylcholin nằm rải rác trong thể vân, và những tế bào thần kinh hệ cholinergic này chỉ chiếm 1% đến 2% tổng số tế bào thần kinh thể vân. (Hệ phản ứng với acetylcholin, gồm các hạch giao cảm, phó giao cảm; hậu hạch phó giao cảm; bản vận động cơ vân; một số vùng trên thần kinh trung ương)
Các tế bào thần kinh acetylcholine trong thể vân đóng một vai trò quan trọng trong việc khen thưởng, động lực, thể dục và các hành vi liên quan khác.
Acetylcholine không chỉ tồn tại trong hệ thần kinh trung ương, mà còn tồn tại trong hệ thần kinh ngoại vi. Ví dụ, acetylcholine là chất dẫn truyền chung của các điểm nối thần kinh. Ngoài ra, acetylcholine không phải là chất duy nhất do hệ thần kinh tổng hợp, một số cơ quan khác như thận, gan, mắt, da,… cũng có thể tổng hợp acetylcholine, thậm chí tế bào T của tế bào miễn dịch cũng có thể tổng hợp được acetylcholine.
Acetylcholine có các chức năng khác nhau trong các tế bào, các mô và các cơ quan khác nhau. Nó giống như một viên gạch, tuy đơn giản nhưng rất quan trọng của các sinh vật sống.
Chất dẫn truyền thần kinh có thể là một axit amin, chẳng hạn như axit glutamic, axit γ-aminobutyric hoặc có thể là một chất mono-amine, chẳng hạn như dopamine, hoặc có thể là một loại chất khác, chẳng hạn như acetylcholine (ACh, Acetylcholine).
Dưới tác dụng của acetylcholine acetyltransferase (ChAT, choline acetyltransferase), nhóm acetyl trên acetyl-CoA được chuyển đến choline để tạo ra acetylcholine. Quá trình này được hoàn thành trong các tế bào thần kinh.
Sau khi được sản xuất, dưới tác dụng của chất vận chuyển acetylcholine dạng hột (VAChT), acetylcholine sẽ được vận chuyển vào trong túi.
Khi một tế bào thần kinh kích hoạt một điện thế để hoạt động, acetylcholin trong túi được giải phóng vào khe tiếp hợp, lan đến màng sau synap của tế bào thần kinh tiếp theo, rồi liên kết với thụ thể acetylcholine trên màng sau synap để kích hoạt phản ứng của tế bào thần kinh tiếp theo. Trong khe hở synap, acetylcholine bị Acetylcholinesterase (AChE) nằm trên màng sau synap phân giải để trở thành choline và axit acetic, đồng thời chấm dứt tác dụng của acetylcholine
Ngoài cách truyền qua synap, acetylcholin còn có một phương thức truyền khác gọi là truyền thể tích.
Trong cách truyền này, không có cấu trúc tiếp hợp 1-1. Acetylcholine được giải phóng từ sợi trục ra bên ngoài tế bào, sau đó khuếch tán tự do trong các khoảng trống giữa các noron, và cuối cùng hoạt động trên tất cả các thụ thể acetylcholine nằm trong phạm vi khuếch tán.
Thân não (phần tô màu)
Não trước
Màu tím là đường chiếu acetylcholin đáy não trước, màu xanh lục là đường chiếu acetylcholin thân não.
Thể vân.
Có một số lượng nhỏ tế bào thần kinh acetylcholin nằm rải rác trong thể vân, và những tế bào thần kinh hệ cholinergic này chỉ chiếm 1% đến 2% tổng số tế bào thần kinh thể vân