Anatomical Features and Physiological Properties of Central Serotonin Neurons

Abstract

The authors describe the anatomical features and physiological properties of central serotonergic neurons. The central serotonin neurons (part of which store peptides [substance P, TRF, enkephalins] in addition to 5HT) are highly collateralized reticular-type brain stem neurons receiving multimodal afferent information from ascending sensory and descending motor pathways. They are under control by noradrenergic, peptidergic and gaba-ergic projection neurons and interneurons. Furthermore, they establish variable synaptoid and synaptic contacts to neuronal, glial and secretory targets throughout the entire neuraxis and send terminal branches into the ventricular CSF space. Firing rate and transmission activity appear to be controlled in a complex and rather rigid manner by 5HT release-dependent dendrodendritic and dendrosomatic inhibition via autoreceptors (which also regulate release at the axon terminals) and via transsynaptic inhibitory feedback circuits which may involve gabaergic projection and interneurons. ³H-imipramine appears to bind to an "imipramine recognition site" in the vicinity of the 5HT carrier, and to a variety of other transport and (postsynaptic) receptor sites (NA uptake, H₁, 5HT₂- and α₁binding sites). Circumstantial evidence points to an as yet undetermined role of the postsynaptic 5HT-1-binding sites in neurotransmission. 5HT-2-binding sites fulfil the criteria for receptors: binding affinity of antagonists to these sites correlates significantly with their potency to inhibit behavioral excitation in rats elicited by 5-hydroxytryptophan or 5HT agonists. The main physiological role of 5HT neurons is a) arousal statedependent control of the excitability threshold of target neurons b) transmission of circadian rhythms from a central clock to endocrine control centers c) inhibitory control of locus coeruleus, noradrenergic, and mesolimbic dopaminergic neurons, and d) intra- and extrasynaptic control of peptide co-modulators or neurohormones.

Serotonin transmission appears to play an important role in modulating the latency, spacing and duration of REM episodes within the sleep cycle and in REM-dependent motorphenomena. Serotonin protects the organism against damage by dampening of sensory stimuli, by lowering the aggression potential, and by mood stabilization.

Zusammenfassung

Die Verfasser beschreiben die grundlegenden anatomischen Charakteristika und physiologischen Eigenschaften der zentralen serotonergischen Neuronen. Diese zentralen Serotoninneurone (von denen einige Peptide speichern - Substanz P, TRF, Enkephaline - zusätzlich zu 5HT) sind stark kollateralisierte Hirnstammneurone des Retikulartyps, denen von den aufsteigenden sensiblen und absteigenden motorischen Nervenbahnen multimodale Informationen zugeführt werden. Sie werden von noradrenergischen, peptidergischen und gabaergischen Projektionsneuronen und Interneuronen gesteuert.
Außerdem stellen sie variable synaptoide and synaptische Kontakte her zu neuronalen, glialen und sekretorischen Zielgebieten im gesamten Zentralnervensystem und entsenden Endzweige in den ventrikulären Liquorraum. Die Feuerungsrate und Überleitungsfunktionen erscheinen in komplexer und ziemlich starr festgelegter Weise gesteuert durch dendrodritische und dendrosomatische Inhibierung über Autorezeptoren, wobei diese Inhibierung ihrerseits von der 5HT-Ausschüttung abhängt und wobei die Autorezeptoren auch die Ausschüttung an den Endstrecken der Neuriten steuern, und mittels transsynaptischer inhibitorischer Feedbackschaltungen, welche gabaergische Projektions- und Interneurone mit einbeziehen können. Anscheinend erfolgt eine Bindung von ³H-lmipramin an einen ,,Imipraminerkennungsort" in der unmittelbaren Umgebung des 5HT-uptake und an eine Vielzahl anderer Transport- und (postsynaptischer) Rezeptorenorte (NA-Aufnahme, 5HT₂ - und α₁-Bindungsorte). Indizien deuten auf eine noch unbestimmte Rolle der postsynaptischen 5HT-1-Bindungsorte bei der Neurotransmission hin. Die 5HT₂- Bindungsorte erfüllen die Kriterien für Rezeptoren: Die Bindungsaffinität der Antagonisten für diese Orte korreliert in signifikanter Weise mit ihrer Fähigkeit, Verhaltensstimulation in Ratten zu hemmen, die durch 5-Hydroxytryptophan oder durch 5HT-Agonisten ausgelöst wird. Die hauptsächliche physiologische Rolle der 5HT-Neurone ist a) arousalzustandsabhängige Steuerung der Erregungsschwelle der Zielneurone, b) Überleitung zirkadianer Rhythmen von einer zentralen Uhr an endokrine Steuerungszentren, c) inhibitorische Steuerung von Locus coeruleus-, noradrenergischen und mesolimbischen dopaminergischen Neuronen sowie d) intraund extrasynaptische Steuerung von Peptidkomodulatoren oder Neurohormonen.

Die Serotoninübertragung scheint eine wichtige Rolle zu spielen bei der Modulierung der Latenz, der Intervallzeiten und der Dauer von REM-Episoden innerhalb des Schlafzyklus und bei REM-abhängigen Bewegungsphänomenen. Serotonin schützt den Organismus gegen Schäden durch Dämpfung sensorischer Reize, durch eine Verminderung des Aggressionspotentials, und durch Stimmungsstabilisierung.