Вплив експериментально-індукованого діабету і змін позаклітинного рівня рН на низькопорогові потенціалкеровані кальцієві канали в первинних сенсорних нейронах щурів - Автореферат

Транспорт Са2 з позаклітинного середовища до клітини здійснюється за допомогою спеціальних каналів, що пронизують двошарову ліпідну мембрану, що надійно відокремлює клітину від позаклітинного середовища. Ці канали, що складаються переважно з білку, є селективними потенціалкерованими кальцієвими каналами, здатними відкриватись при зміні мембранного потенціалу. О.О.Богомольця академіки НАН України Костюк П.Г., Кришталь О.О. внесли суттєвий вклад у вивчення біологічних, фізіологічних процесів, повязаних з роллю Са2 в різноманітних процесах, що відбуваються в організмі. Досліджувані в даній роботі нейрони спінальних гангліїв малого та середнього діаметрів беруть участь у передачі больової інформації від відповідних рецепторів, і саме зміни кальцієвого гомеостазу в цих клітинах вважаються першопричиною виникнення ноцицептивних синдромів при діабетичних нейропатіях. З використанням методики „петч-клемп" в конфігурації „ціла клітина" вперше було досліджено дозозалежність і біофізичні характеристики (потенціалозалежність, вплив на кінетику, активацію та інактивацію) дії позаклітинної РН і діабету на НПКК в первинних сенсорних нейронах щурів малого і середнього діаметру соми, відповідних волокнам С-і Ад-типу, які передають переважно ноцицептивну інформацію.Для вимірювання характеристик стаціонарної інактивації кальцієвого струму ми подавали сходинки кондиціонуючих преімпульсів Vcond тривалістю 2,5 сек. значеннями від-120 до-40 МВ з кроком 10 МВ, потім потенціал повертався на 2,5 мсек. до значення-80 МВ і відразу подавався тестуючий потенціал-30 МВ. Криві доза-ефект для РН-залежності НПКТ будували користуючись наступною формулою: , [5] де Imax - максимальне асимптотичне значення Т-струму, PKA - значення PH при половинній амплітуді струму і h - коефіцієнт Хілла. Щоб оцінити РН-залежність Т-струмів в клітинах малого і середнього діаметру, ми будували вольтамперні криві кальцієвих струмів в розчинах з позаклітинним РН рівним 6.0, 6.5, 7.35, 8.0 і 8.5. На рис.11 і 12 представлено вплив позаклітинної ацидифікації на криві стаціонарної інактивації низькопорогових струмів, зареєстрованих в клітинах з сильною та слабкою РН чутливістю Т-струмів відповідно. Залежність кінетичних параметрів активації і інактивації Т-струмів від тестуючих потенціалів (Vtest) в нормі і при ацидозі для нейронів малого і середнього діаметру показано на рис.14 і 15.У дисертації, відповідно до поставленої мети та завдань, за допомогою методики фіксації потенціалу в конфігурації “ціла клітина” досліджено функціонування низькопорогових кальцієвих каналів в ноцицептивних нейронах спінальних гангліїв (СГ) щурів і впливу на них експериментально викликаного діабету, а також змін позаклітинного рівня РН. В нейронах середнього розміру соми НПКС виявився порівнянним з ВПКС, а в нейронах з великим розміром соми НПКС практично не виявлений. В умовах діабету (рівень глюкози більше 16 ММ) спостерігалося достовірне пригнічення НПКС в нейронах середнього діаметру соми на 37%. У кальцієвих каналах з швидкою кінетикою інактивації в нейронах середнього розміру воно складало 75%, а в нейронах малого діаметру, що експресують канали з повільною кінетикою інактивації, воно було менше і складало 30%. В нейронах середнього діаметру соми, що відповідають групі волокон Ад, і малого діаметру соми, що відповідають групі волокон С, які переважно беруть участь в передачі ноцицептивних сигналів, експресуються різні підтипи низькопорогових кальцієвих каналів - канали з повільною кінетикою інактивації, що імовірно відповідають клонованим каналам з каналоформуючою субодиницею б1I в нейронах малого діаметру соми і канали з швидкою кінетикою інактивації, імовірно відповідають клонованим каналам з каналоформуючою субодиницею б1Н - в нейронах середнього діаметру соми.

2. Основний зміст роботи

У дисертації, відповідно до поставленої мети та завдань, за допомогою методики фіксації потенціалу в конфігурації “ціла клітина” досліджено функціонування низькопорогових кальцієвих каналів в ноцицептивних нейронах спінальних гангліїв (СГ) щурів і впливу на них експериментально викликаного діабету, а також змін позаклітинного рівня РН.

1. Виявлено наявність кореляції між розміром соми сенсорних нейронів і співвідношенням низько- і високопорогової компонент інтегрального кальцієвого струму. В нейронах малого діаметру присутні як низькопороговий кальцієвий струм (НПКС), так і високопороговий кальцієвий струм (ВПКС), при чому НПКС, як правило, набагато менше ВПКС. В нейронах середнього розміру соми НПКС виявився порівнянним з ВПКС, а в нейронах з великим розміром соми НПКС практично не виявлений. Також встановлено, що швидкість інактивації і деактивації НПКС в нейронах малого розміру значно менша, ніж в нейронах середнього розміру.

2. В умовах діабету (рівень глюкози більше 16 ММ) спостерігалося достовірне пригнічення НПКС в нейронах середнього діаметру соми на 37%. У нейронах малого діаметру соми воно було недостовірним, а ВПКС достовірно збільшувалися.

3. В умовах експериментально викликаного ацидозу відбувалось пригнічення функціонування НПКС. У кальцієвих каналах з швидкою кінетикою інактивації в нейронах середнього розміру воно складало 75%, а в нейронах малого діаметру, що експресують канали з повільною кінетикою інактивації, воно було менше і складало 30%.

4. В нейронах середнього діаметру соми, що відповідають групі волокон Ад, і малого діаметру соми, що відповідають групі волокон С, які переважно беруть участь в передачі ноцицептивних сигналів, експресуються різні підтипи низькопорогових кальцієвих каналів - канали з повільною кінетикою інактивації, що імовірно відповідають клонованим каналам з каналоформуючою субодиницею б1I в нейронах малого діаметру соми і канали з швидкою кінетикою інактивації, імовірно відповідають клонованим каналам з каналоформуючою субодиницею б1Н - в нейронах середнього діаметру соми.

5. У щурів с СТЗ-індукованим діабетом НПКС, що мають високу РН-чутливість, помітно зменшувались у порівнянні з контрольною групою тварин, при цьому НПКС з малою РН-чутливістю залишались майже незмінними. Виявлено зміну активності підтипа НПКК (імовірно CAV3.2) в первинних сенсорних нейронах Ад, що беруть участь в передачі ноцицептивних сигналів. Ці зміни збігаються при ацидозі і цукровому діабеті і, мабуть, можуть посилювати одна одну при наявності обох патологічних станів. Суттєве зниження активності НПКК в цьому підтипі первинних сенсорних нейронів може трансформувати характер їх імпульсної активності в такий, що неінактивується, тобто в сторону посилення передачі сигналів від больових рецепторів.

Перелік опублікованих праць здобувача за темою дисертації

Статті: 1. E. Kostyuk V. Pinchenko P. Kostyuk. Streptozotocin-induced diabetes mellitus and further nimodipine treatment do not change calcium currents in rat sensory neurons within early stages of the disease. // Neurophysiology -2002. -V. 34(2/3) -P. 175-176.

2. П.Г. Костюк, О.П. Костюк, І.В. Степанова, В.О. Пінченко. Роль зміни кальцієвих сигналів у порушенні ноціцептивної передачі в процесі розвитку експериментального цукрового діабету. // Клінічна та експериментальна патологія 2004, Т.3, №2, С.123-126.

3. Pinchenko V.O., Kostyuk P.G., Kostyuk E.P. Influence of external PH on two types of low-voltage-activated calcium currents in primary sensory neurons of rats. // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects -2005. -V.1724 (1-2) -P.1-7.

Тези доповідей: 1. Pinchenko V.O., Kostyuk E.P., Kostyuk P.G., Voitenko N.V. Streptozotocin-induced diabetes mellitus and further nimodipine treatment do not change calcium currents in rat DRG neurons during early stages of the disease. // 13th European students’ conference 2002 Berlin

2. Pinchenko V. Kostyuk O. Two types of voltage activated calcium currents in DRG neurons of rats with different sensitivity to external acidification. //Установчий зїзд Українського товариства клітинної біології, Львів, 2004;

3. V.O. Pinchenko P.G. Kostyuk, E.P. Kostyuk. Primary sensory neurons of rats express low voltage activated calcium channels with different sensitivity to external PH // IBRO advanced neuroscience crimea school "receptors, channels, messengers" Yalta, Crimea, Ukraine, September 16-28, 2004;

4. V.O. Pinchenko, P.G. Kostyuk, E.P. Kostyuk. „Possible a1 subunit composition of low-voltage calcium channels in primary sensory neurons of rats” // тези III-ї конференції українського товариства нейронаук з міжнародною участю, Донецьк, 2005;

5. Stepanova I.V., Pinchenko V.O., Kostyuk E.P., Kostyuk P.G. Role of mitochondria in the alterations of calcium signaling in nociceptive neurons of rats with experimentally-induced diabetes. // Joint Meeting of The German Society of Physiology and The Federation of European Physiological Societies 2006 Ludwig-Maximilians-University, Munich

6. V. Pinchenko. The low-voltage-activated calcium channels in spinal somatosensory neurons are differently affected by STZ-diabetes in rats. // The Physiological Society International Workshop “The Study of Nociception from Periphery to Brain Stem” The Bogomoletz Institute, Kiev, Ukraine 04-07 June 2006.