Во время передачи зрительной информации от сетчатки к головному мозгу, она подвергается нескольким раундам преобразований. Наиболее впечатляет то, что информация фильтруется, что умножить различия в контрасте или между двумя точками в пространстве или двумя точками во времени. Инициальная ступень в этой амплификации выполняется горизонтальными клетками, чьей задачей является не только восприятие сигнала от группы соседних фоторецепторных клеток (палочек или колбочек), но и также посылать ингибирующий сигнал обратной связи назад фоторецепторам, подавляя тем самым наиболее слабые сигналы и позволяя проходить только самым сильным сигналам.

Это стало известно в последнюю декаду, но клеточные физиологические детали механизма обратной связи противоречивы. Частью пазла стала парадоксальная потребность как в очень быстрой обратной связи, необходимой для усиления пространственных отличий, так и в более медленной обратной связи, необходимой для обработки временных отличий. В данном номере PLOS Biology, Rozan Vroman, Maarten Kamermans с коллегами разрешили этот кажущийся парадокс: они показали, что горизонтальные клетки в сетчатке золотых рыбок используют оба механизма обратной связи одновременно, более медленная из них базируется на вновь описанном механизме, создания внеклеточного буфера путем секреции и гидролиза АТФ.

Горизонтальные клетки влияют на активность клеток колбочек, изменяя скорость тока позитивно заряженных ионов кальция из внеклеточного пространства через кальциевые каналы в клетки колбочки. Авт. измеряли такой ток в индивидуальных синапсах между колбочками и горизонтальными клетками и установили, что кривая, отражающая изменения тока лучше всего описывается как сумма двух экспоненциальных функций, одна представляющая инициальное быстрое увеличение и др. более медленное увеличение.

Быстрый компонент и впрямь был очень быстрым, противоречащим неизбежной задержке, возникающей, когда клетки разделены синаптической щелью. Вместо этого авт. установили, что участвуют коннексиновые полуканалы на плазматической мембране горизонтальных клеток. Эти каналы делают возможным втекание тока в горизонтальные клетки, увеличение негативного заряда в межклеточном пространстве и усиление тока кальция в клетки колбочки, деполяризуя их локально. Это прямое ("ephaptic") соединение делает синапсы самыми быстрыми из всех известных ингибирующих синапсов.

Но был обнаружен компонент, который внес множество неожиданностей. Авт. отметили, что вызываемая светом реакция обратной связи горизонтальных клеток может быть полностью блокирована с помощью carbenoxolone, который противодействует не только коннексиновым, но и также др. каналу, наз. pannexin 1 (Panx1). Panx1 присутствует также в синапсах и, как известно, обеспечивает высвобождение АТФ. Авт. показали, что деполяризованные горизонтальные клетки высвобождают АТФ, эффект, который может быть блокирован добавлением специфического антагониста Panx1, probenecid.

Будучи гидролизованным, АТФ продуцирует фосфаты и H⁺ ионы (протоны), должны подкислять межклеточное пространство, а также обеспечивать буфером против изменений pH. Авт. использовали иммуномечение, чтобы показать, что гидролаза АТФ присутствует на внешней поверхности горизонтальных клеток и что блокирование этого энзима снижает медленный компонент реакции обратной связи. Искусственное ощелачивание синаптического пространства оказывает тот же самый эффект. АТФ, высвобождаемый посредством Panx1, т.о., гидролизуется и приводит к легкому подкислению синаптической щели, это ингибирует пресинаптические каналы кальция и ингибирует высвобождение нейротрансмиттера фоторецепторами.

Комбинация компонентов двух обратных связей с разными скоростями позволяет системе горизонтальные клетки-колбочки реагировать как на пространственные, так и временные вариации, полагают авторы. Пространственная роль горизонтальных клеток в сущности, заключается в экстракции среднего уровня активности из продукции каждой из многих соседних колбочек, позволяя проходить наиболее значимым сигналам. Извлечение (subtraction) д. происходить очень быстро для движущегося сигнала, чтобы подвергнуться правильному процессингу - ephaptic компонент является столь же быстрым как и его прибытие. По времени горизонтальные клетки д. извлекать длительно длящуюся стимуляцию из импульсов колбочек, которая по определению необходима медленному механизму, предоставляемому системой Panx1-ATPase.

Хотя эти эксперименты были проделаны на рыбах, мыши также экспрессируют Panx1 на своих синапсах горизонтальных клеток, подтверждая, что механизм, скорее всего, работает и у млекопитающих также. Авт. полагают, что вариации в относительной активности быстрого и медленного механизмов могут вносить вклад в межвидовые различия в чувствительности к пространственным по сравнению с временными стимулами. Они также подчеркивают, что Panx1 широко распределен в головном мозге, подтверждая, что АТФ pH эффект может вносить вклад в системы обратной связи и в др. типах нейронов также.

Vroman R, Klaassen LJ, Howlett MHC, Cenedese V, Klooster J, et al. (2014) Extracellular ATP Hydrolysis Inhibits Synaptic Transmission by Increasing pH Buffering in the Synaptic Cleft. doi:10.1371/journal.pbio.1001864