Functies
Muscarine acetylcholine receptor M2: Deze menselijke M2 muscarine acetylcholine receptor is gebonden aan een antagonist (ACh).
Acetylcholine heeft functies zowel in het perifere zenuwstelsel (PNS) als in het centrale zenuwstelsel (CNS) als een neuromodulator. In het perifere zenuwstelsel activeert acetylcholine de spieren en is het een belangrijke neurotransmitter in het autonome zenuwstelsel. In het centrale zenuwstelsel vormen acetylcholine en de daarmee verbonden neuronen het cholinerge systeem.
Wanneer acetylcholine bindt aan acetylcholinereceptoren op skeletspiervezels, opent het ligand-gated natriumkanalen in het celmembraan. Natriumionen dringen dan de spiercel binnen en zetten een reeks stappen in gang die uiteindelijk tot spiercontractie leiden. Hoewel acetylcholine de samentrekking van skeletspieren induceert, werkt het via een ander type receptor om de samentrekking van hartspiervezels te remmen.
In het autonome zenuwstelsel komt acetylcholine vrij op de volgende plaatsen: alle pre- en post-ganglionische parasympathische neuronen, alle pre-ganglionische sympathische neuronen, sommige post-ganglionische sympathische vezels, en in de pseudomotorische neuronen naar zweetklieren.
In het centrale zenuwstelsel heeft ACh een verscheidenheid van effecten als een neuromodulator voor plasticiteit, arousal, en beloning. ACh speelt een belangrijke rol bij de verbetering van zintuiglijke waarnemingen bij het ontwaken en bij het vasthouden van de aandacht.
Aantoonbare schade aan het cholinerge (acetylcholine producerende) systeem in de hersenen wordt in verband gebracht met de geheugenstoornissen die gepaard gaan met de ziekte van Alzheimer. Van ACh is ook aangetoond dat het de REM-slaap bevordert.
In de hersenschors remt tonische ACh neuronen van laag 4, de belangrijkste doelwitten van thalamocorticale inputs, terwijl het piramidale cellen in lagen 2/3 en 5 opwindt. Dit filtert zwakke zintuiglijke inputs in laag 4 uit en versterkt inputs die de excitatoire microcircuits van laag 2/3 en laag 5 bereiken.
Als gevolg hiervan zouden deze laag-specifieke effecten van ACh kunnen functioneren om de signaal-ruis verhouding van corticale verwerking te verbeteren. Tegelijkertijd werkt acetylcholine via nicotinereceptoren om bepaalde groepen remmende interneuronen in de cortex te prikkelen die de corticale activiteit verder temperen.
Nicotinische acetylcholinereceptoren: Deze schema’s beschrijven de heteromerische en homomerische aard van nAChR’s. De heteromerische receptoren die in het centrale zenuwstelsel worden aangetroffen, bestaan uit 2 α- en 3 β-subeenheden met de bindingsplaats op het grensvlak van α en de aangrenzende subeenheid. Homomere receptoren bevatten 5 identieke subeenheden en hebben 5 bindingsplaatsen gelegen op de raakvlakken tussen aangrenzende subeenheden.
Een goed ondersteunde functie van ACh in de cortex is een verhoogde responsiviteit op zintuiglijke prikkels, een vorm van aandacht. Fasische verhogingen van ACh tijdens visuele, auditieve, en somatosensorische stimulus presentaties zijn gevonden om de vuursnelheid van neuronen in de overeenkomstige primaire sensorische cortex te verhogen.
Wanneer cholinerge neuronen in de basale voorhersenen worden gelesioneerd, was het vermogen van dieren om visuele signalen te detecteren robuust en aanhoudend aangetast. In dezelfde studie werd het vermogen van de dieren om niet-doel trials correct te verwerpen niet aangetast, wat de interpretatie dat fasische ACh de responsiviteit op stimuli vergemakkelijkt verder ondersteunt.
ACh is betrokken bij het rapporteren van verwachte onzekerheid in de omgeving, gebaseerd op zowel de hierboven gesuggereerde functies als de resultaten opgenomen terwijl proefpersonen een gedragsmatige cuing taak uitvoeren. Bij primaten met farmacologisch en chirurgisch veranderde ACh niveaus bleek het verschil in reactietijd tussen correct en incorrect gecuede trials, de cue validiteit genoemd, omgekeerd evenredig te zijn met de ACh niveaus. Het resultaat werd ook gevonden bij patiënten met de ziekte van Alzheimer en rokers na nicotine (een ACh agonist) consumptie.