Langdurige potentiatie

Langetermijnpotentiëring, of LTP, is een van de manieren waarop synaptische plasticiteit – veranderingen in de sterkte van chemische synapsen – in de hersenen kan optreden. LTP is het proces van synaptische versterking dat optreedt in de tijd tussen pre- en postsynaptische neuronale verbindingen. De synaptische versterking van LTP heeft een tegenovergestelde werking ten opzichte van de synaptische verzwakking van langdurige depressie (LTD) en vormen samen de belangrijkste mechanismen die ten grondslag liggen aan leren en geheugen.

Hebbian LTP

LTP kan optreden wanneer presynaptische neuronen herhaaldelijk vuren en het postsynaptische neuron stimuleren. Dit wordt Hebbian LTP genoemd omdat het volgt uit het postulaat van Donald Hebb uit 1949 dat "neuronen die samen vuren met elkaar verbonden zijn". De herhaalde stimulatie door presynaptische neuronen veroorzaakt veranderingen in het type en aantal ionkanalen in het postsynaptische membraan.

Bij LTP zijn twee soorten postsynaptische receptoren van de exciterende neurotransmitter glutamaat betrokken: 1) N-methyl-D-aspartate of NMDA-receptoren en 2) a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionzuur- of AMPA-receptoren. Hoewel NMDA-receptoren openen na glutamaatbinding, wordt hun porie meestal geblokkeerd door magnesiumionen die voorkomen dat andere positief geladen ionen het neuron binnendringen. Glutamaat dat vrijkomt uit presynaptische neuronen kan echter binden aan postsynaptische AMPA-receptoren, waardoor een instroom van natriumionen wordt veroorzaakt die resulteert in membraandepolarisatie. Wanneer het postsynaptische membraan wordt gedepolariseerd door meerdere frequente presynaptische inputs, wordt het magnesiumion dat de porie van de NMDA-receptor blokkeert, verplaatst, waardoor natrium- en calciumionen het neuron binnen kunnen stromen.

De verhoogde instroom van calciumionen initieert vervolgens een signaalcascade die ervoor zorgt dat meer AMPA-receptoren in het plasmamembraan worden ingebracht.De signaalcascade kan ook glutamaatreceptoren fosforyleren, waardoor ze langer open kunnen blijven en de geleiding van positief geladen ionen naar de cel verbeterd. Hierdoor zal dezelfde presynaptische stimulatie nu een sterkere postsynaptische respons oproepen, omdat meer glutamaatreceptoren geactiveerd zullen worden en meer positief geladen ionen het postsynaptische neuron zullen binnendringen. De versterking die optreedt, staat bekend als synaptische versterking of potentiëring.

Het adagium "oefening baart kunst" kan gedeeltelijk verklaard worden door LTP. Wanneer een nieuwe taak wordt geleerd, worden nieuwe neurale circuits versterkt met behulp van LTP. Na elke herhaling van de oefening wordt de synaptische kracht in de neurale circuits sterker, en al snel kan de taak correct en efficiënt worden uitgevoerd. De nieuwe, versterkte verbindingen kunnen minuten tot weken of zelfs langer duren, zolang de presynaptische stimulatie aanhoudt, wat betekent dat elke volgende keer dat de taak wordt uitgevoerd, de LTP wordt gehandhaafd.

LTP en ziekte

Als LTP normaal functioneert, kunnen we gemakkelijk herinneringen leren en vormen. Afwijkingen in LTP komen echter voor bij veel neurologische en cognitieve stoornissen zoals de ziekte van Alzheimer, autisme, verslaving, schizofrenie en multiple sclerose. Een beter begrip van de mechanismen die LTP veroorzaken zou uiteindelijk tot betere therapieën kunnen leiden.