Роль кальцієвих і калієвих каналів у сигнальних функціях нервових клітин - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ Міжнародний Центр молекулярної фізіологіїКальцієвий струм, що протікає по цих каналах, може помітно змінювати концентрацію іонів кальцію всередині клітини та активувати секрецію нейромедіаторів і різноманітні внутрішньоклітинні процеси. Зміна тривалості ПД і рівня деполяризації мембрани приводять, у свою чергу, до зміни потоку кальцію через потенціалокеровані кальцієві канали усередину клітини, що впливає на кальційзалежні внутрішньоклітинні процеси. Актуальним є розуміння ролі та взаємодії різних типів каналів калієвого і кальцієвого струмів у складній системі функціювання нервової клітини, опис специфічних параметрів цих струмів, що визначають їх інтегративні властивості та забезпечують сигнальні функції нейронів. Механізми зміни сили синаптичного звязку шляхом фармакологічного впливу на кальцієві і калієві канали поодинокої пресинаптичної терміналі нейронів центральної нервової системи (ЦНС) є найменш вивченими зі складних процесів, які регулюють викид нейромедіатора. Мета роботи полягала у визначенні ролі кальцієвих і калієвих каналів у формуванні електричної активності нейронів у розвитку і зясуванні функціонального значення кальцієвої і калієвої провідностей у регуляції механізмів генерації потенціалу дії та викиду нейромедіатора, тобто у здійсненні нейронами, що належать до різних відділів нервової системи, іх сигнальних функцій.В експериментах використовувалися неідентифіковані нейрони чотирьох поперекових пар СГ щурів (первинні сенсорні нейрони) пяти вікових груп: ембріони 17 дня пренатального розвитку, 1, 5-6, 14-15 і 90-100-го днів постнатального розвитку. Нейрони СГ ембріонів і новонароджених щурів ізолювалися з застосуванням ферментативномеханічної обробки. Тварин декапітували, їх мозок поміщали у фосфатний буфер, що не містив Са2 і Mg2 і мав такий склад (у ММ/л): NACL - 137, KCL - 2.7, KH2PO4 - 1.47, Na2HPO4 - 8.06, глюкоза - 20, HEPES - 15, натрієва сіль бензилпеніціліна - 25 од/мл, стрептоміцина сульфату - 25 мкг/мл. Щільність клітин підраховувалася на гемоцитометрі, після чого вона доводилася до остаточної щільності висіву 35000 клітин/см2 на скло, попередньо оброблені полі-L-орнітином і ламініном. При реєстраціях струмів методом "петч клемп" у конфігурації "ціла клітина" склад внутрішньопіпеточного розчину був наступним (у ММ/л): CSCL-130, ТЭА-Cl-10, MGCL2-5, CACL2-1, ЭГТА-10, трис-Cl-10 чи CSCL - 60, CSOH - 60, EGTA - 10, HEPES - 20, РН доводили до 7,3 додаванням CSOH і DL-аспарагінової кислоти.Багато складних механізмів, що лежать в основі сигнальних функцій нервових клітин, регулюються й опосредковуються калієвою і кальцієвою провідностями. Результати досліджень потенціалокерованих та кінетичних характеристик і фармакологічних властивостей каналів кальцієвих і калієвих струмів дозволили визначити їх інтегративну роль у здійсненні нервовою клітиною однієї з основних сигнальних функцій - генерації потенціалу дії. Опис специфічних параметрів кальцієвих і калієвих струмів у процесі онтогенезу клітини дозволив зрозуміти причину змін, що відбуваються у параметрах потенціалів дії на різних стадіях розвитку сенсорних нейронів. Реконструкція можливих потенціалів дії методом чисельного експерименту, заснованого на використанні експериментально обмірюваних специфічних параметрів вхідних і вихідних струмів, допомогла зрозуміти природу процесів, що приводять до генерації повторних потенціалів дії. У нормальних умовах первинні сенсорні нейрони не генерують повторні ПД, однак, за допомогою експериментально визначених характеристик іонних струмів сенсорних нейронів, стало можливим моделювати умови, що можуть мати місце при визначених патологічних змінах і можуть позначатися на здійсненні нервовою клітиною однієї з основних сигнальних функцій - генерації потенціалу дії.Струм DR-типу має більш повільну кінетику активації й інактивації, частково блокується при аплікації як 4-АП, так і ТЕА. При вивченні змін щільностей кальцієвих і калієвих струмів в онтогенезі встановлено, що низькопорогові кальцієві канали, характерні для сенсорних нейронів, що розвиваються, зникають в процесі онтогенезу, у той час як високопорогові кальцієві канали присутні у соматичній мембрані протягом усього раннього онтогенезу. Базуючись на експериментальних даних про характерні параметри кальцієвих і калієвих струмів, методом чисельного експерименту показано, що можливість генерації повторних потенціалів дії, їх частота, тривалість і амплітуда залежать від визначеного балансу між щільностями низькопорогового кальцієвого і компонента калієвого струму, що інактивується. Показано, що основна роль у забезпеченні викиду нейромедіатора в гальмівних синапсах належить високопороговим кальцієвим каналам N або P/Q - підтипів, а високопорогові кальцієві канали L-підтипу не беруть участі у гальмівній синаптичній передачі культивованих нейронів гіпокампа.