Кальцієва регуляція гальмівної синаптичної передачі між нейронами культури гіпокампу - Автореферат

У більшості випадків, імовірно, має місце накладання великої кількості регуляторних процесів, і результуючий вплив являтиме собою комбінацію полегшення та депресії, причому зміни синаптичної сили істотно залежатимуть від особливостей часових характеристик синаптичної активації. У більшості робіт з дослідження короткочасної синаптичної пластичності увага акцентується на вивченні лише однієї з її форм - або депресії, або полегшення. З огляду на наявність у гіпокампі різних типів ГАМКЕРГІЧНИХ інтернейронів, які є ключовою ланкою у формуванні специфічних для гіпокампу ритмів електричної активності (Poncer et al., 2000) і, за останніми літературними даними, зумовлюють коротко-та довгострокові зміни гальмівної передачі, актуальність має також порівняння різних типів пластичності, спостережуваних на одному й тому самому обєкті, а також можливих переходів між ними. Метою роботи було вивчити короткочасні зміни синаптичної сили ГАМКЕРГІЧНОЇ передачі між культивованими нейронами гіпокампу при впливі на кальцій-опосередковані регуляторні механізми на рівні поодинокої терміналі та при інтегральній активації багатьох синаптичних закінчень одного аксона. Визначити характер впливу, зумовленого активаторами вивільнення кальцію з депо ендоплазматичного ретикулуму, на синаптичну передачу між нейронами гіпокампу в культурі.У Вступі обґрунтовано актуальність дослідження короткочасної синаптичної пластичності, внутрішньоклітинних кальцієвих депо і поодиноких гальмівних синапсів, сформульовано мету та задачі дослідження, наведено відомості про наукову новизну, практичне значення та апробацію отриманих результатів, публікацію матеріалів дисертації.Для вимірювання трансмембранних струмів, які відводились від культивованих нейронів гіпокампу, було застосовано метод фіксації потенціалу на обмеженій ділянці клітинної мембрани ("patch-clamp"), який було описано Неєром та Сакманом (Neher and Sakmann, 1976; Hamill et al., 1981). В експериментальних умовах, використовуючи стимуляцію аксона пресинаптичної клітини, при різних значеннях підтримуваного потенціалу в межах від-100 до 0 МВ було зареєстровано викликані постсинаптичні струми, для яких було побудовано вольтамперні характеристики. Слід відмітити, що, хоча коефіцієнт парної стимуляції й міг змінюватись під час реєстрації, для кожної окремої клітини його значення було або завжди більшим, або завжди меншим за одиницю (тобто в процесі дослідів ми не спостерігали переходів від депресії до полегшення і навпаки). Зменшення амплітуди ВГПСС було характерне для всіх 10 досліджених нейронів (з них у n = 6 випадках було зафіксовано депресію та у n = 4 випадках - полегшення при парній стимуляції). Було досліджено пластичність при парній стимуляції синаптичних терміналей n = 5 нейронів, з яких 4 на початку досліду демонстрували депресію при парній стимуляції (в середньому друга відповідь була меншою за першу).За допомогою методів позаклітинної електричної стимуляції та фіксації потенціалу на мембрані культивованих нейронів гіпокампу було досліджено короткочасну пластичність гальмівної синаптичної передачі. Показано, що у регуляції гальмівної синаптичної передачі між культивованими нейронами гіпокампу приймають участь не тільки ті кальцієві депо ендоплазматичного ретикулуму, що зосереджені безпосередньо у пресинаптичному закінченні, а й такі, що розташовані в постсинаптичних клітинах. За характером короткочасної синаптичної пластичності при парній стимуляції ГАМКЕРГІЧНІ звязки між культивованими нейронами можна розділити на дві групи, одна з яких демонструє депресію, а друга - полегшення. Зовнішньоклітинна концентрація іонів кальцію істотно впливає на характер короткочасної пластичності синаптичних звязків між культивованими нейронами гіпокампу: її підвищення здатне збільшувати ступінь депресії при парній стимуляції поодинокої терміналі, а зниження - інвертувати депресію у полегшення. Спустошення ретикулярних кальцієвих депо при стимуляції як поодинокої терміналі, так і багатьох закінчень одного аксона за допомогою кофеїну пригнічує постсинаптичні струми, проте ефективність синаптичного звязку залишається на тому самому рівні.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

1. За допомогою методів позаклітинної електричної стимуляції та фіксації потенціалу на мембрані культивованих нейронів гіпокампу було досліджено короткочасну пластичність гальмівної синаптичної передачі. Показано, що у регуляції гальмівної синаптичної передачі між культивованими нейронами гіпокампу приймають участь не тільки ті кальцієві депо ендоплазматичного ретикулуму, що зосереджені безпосередньо у пресинаптичному закінченні, а й такі, що розташовані в постсинаптичних клітинах.

2. За характером короткочасної синаптичної пластичності при парній стимуляції ГАМКЕРГІЧНІ звязки між культивованими нейронами можна розділити на дві групи, одна з яких демонструє депресію, а друга - полегшення. При цьому параметри викликаних гальмівних постсинаптичних струмів у цих групах не відрізняються.

3. Показано, що пластичність залежить від агоніст-активованого спустошення ріанодин-чутливих кальцієвих депо. Вичерпання запасів депонованого кальцію збільшує ступінь депресії при парній стимуляції у відповідній групі клітин. В той самий час кофеїн-індуковане спустошення депо, пригнічуючи постсинаптичні струми, не змінює пластичності синаптичної передачі, залежної від використання, в жодній з груп клітин.

4. На поодиноких синаптичних терміналях за нормальних умов спостерігається тільки депресія при парній стимуляції. Зовнішньоклітинна концентрація іонів кальцію істотно впливає на характер короткочасної пластичності синаптичних звязків між культивованими нейронами гіпокампу: її підвищення здатне збільшувати ступінь депресії при парній стимуляції поодинокої терміналі, а зниження - інвертувати депресію у полегшення. При цьому зміна величини деполяризації поодинокої синаптичної терміналі якісно не впливає на форму короткочасної пластичності за використаних зовнішньоклітинних концентрацій кальцію.

5. Спустошення ретикулярних кальцієвих депо при стимуляції як поодинокої терміналі, так і багатьох закінчень одного аксона за допомогою кофеїну пригнічує постсинаптичні струми, проте ефективність синаптичного звязку залишається на тому самому рівні. Постсинаптичні струми, викликані стимуляцію поодинокої терміналі, пригнічуються у меншій мірі в порівнянні з такими, що виникають при активації багатьох синаптичних закінчень одночасно.

Перелік опублікованих праць здобувача за темою дисертації

Статті

1. Kravchenko, M.O., Moskalyuk, A.O., Kolodin, Yu.O., Veselovsky, N.S., Fedulova, S.A. Activation of ryanodine receptors influences the pair-pulsed depression in cultured rat hippocampal neurons // Фізіологічний журнал.- 2004.-Т.50, №4.- С. 50-56.

2. Kravchenko, M.O., Moskalyuk, A.O., Fedulova, S.A., Veselovsky, N.S. Calcium-dependent changes of paired-pulse modulation at single GABAERGIC synapses // Neuroscience Letters.- 2006.- Vol.395,№2.- P.133-137

3. Кравченко Н.А, Москалюк А.А, Федулова С.А., Веселовский Н.С. Влияние внеклеточной концентрации кальция и силы стимуляции на кратковременную пластичность в одиночных тормозных синапсах в культуре нейронов гиппокампа // Нейрофизиология/Neurophysiology.- 2006.- Т.38, №2. - С. 96-102

Тези доповідей

1. Kravchenko, M., Moskalyuk, A., Fedulova, S., Veselovsky, N. Modulation of GABA-mediated currents by CICR // Proc. of Second Kiev Symposium “Smooth Muscle Physiology and Biophysics”.- Kiev (Ukraine).-Neirofiziologiya/Neurophysiology.-2003.- Vol.35, №3/4.- P. 356.

2. Kravchenko, M., Moskalyuk, A., Kolodin, Yu., Fedulova, S., Veselovsky, M. Influence of caffeine on inhibitory synaptic transmission in cultured hippocampal neurons // Proc. of Conference for Young Scientists "Perspective directions of scientific investigations".- Kiev (Ukraine).- Neirofiziologiya/Neurophysiology.- 2004.- Vol.36, №1.- P. 81-82.

3. Kravchenko, M., Moskalyuk, A., Kolodin, Yu., Fedulova, S., Veselovsky, N. Influence of ryanodine-receptor agonists on short-term depression in cultured rat hippocampal neurons // Proc. of First (Inaugural) Ukrainian Congress for Cell Biology.- Lviv (Ukraine).- 2004.- P. 312.

4. Kravchenko, M., Moskalyuk, A., Kolodin, Yu., Veselovsky, N., Fedulova, S. Agonists of Endoplasmic Reticular Ryanodine-Receptors Inhibit Synaptic Transmission in Cultured Rat Hippocampal Neurons // Proc. of International Workshop in Cell Physiology "Transport Mechanisms Across Cell Membranes: Channels and Pumps".- St.Petersburg (Russia).- 2004.- P.39.

5. Кравченко М.О., Москалюк А.О., Федулова С.А., Веселовський М.С. Регуляція короткочасної синаптичної пластичності за рахунок спустошення кальцієвих депо ендоплазматичного ретикулуму // Матеріали ІІ науково-практичної конференції молодих вчених та спеціалістів “Актуальні проблеми фармакології та токсикології”.- Київ. - К.: Архетип, 2005. - С. 31-32.