РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БИОФИЗИКИ

На правах рукописи

Семьянов Алексей Васильевич

Особенности ГАМКергической передачи и ее модуляция гетерорецепторами в поле СА1 гиппокампа

Специальность 03.00.13 – физиология

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научные консультанты:

доктор биологических наук О.В.Годухин

профессор D.M. Kullmann

лондон – Пущино

2002

ОГЛАВЛЕНИЕ

Научные консультанты: 0

доктор биологических наук О.В.Годухин 0

профессор D.M. Kullmann 0

лондон – Пущино 0

2002 0

ОГЛАВЛЕНИЕ 1

Сокращения и глоссарий 5

Введение 9

1Обзор литературы 16

1.1 Торможение в гиппокампе 16

1.1.1 ГАМКергическая синаптическая передача 16

1.1.2 ГАМКергические рецепторы 18

1.1.3 Разнообразие форм торможения 25

1.1.4 Механизмы и функциональное значение тонического торможения 27

1.2 Взаимодействие между глутамат и ГАМКергической системами 33

1.2.1 Гетеросинаптические взаимодействия 34

1.2.2 Критерии гетеросинаптической депрессии 37

1.2.3 Метаботропные рецепторы группы III в гиппокампе 38

1.2.4 Каинатные рецепторы в гиппокампе 40

1.3 Механизмы фокального эпилептогенеза 44

1.3.1 Исследования эпилептогенеза 44

1.3.2 Критерии развития эпилептиформной активности 47

1.3.3 Возбуждающие механизмы в эпилептогенезе 50

1.3.4 Тормозные механизмы в эпилептогенезе 51

1.4 Постановка цели и задач исследования 54

2. Материалы и методы 56

2.1 Срезы гиппокампа 56

2.1.1 Приготовление и растворы 56

2.1.2 Рабочая установка для поддержания срезов и манипуляторы 57

2.1.3 Идентификация клеток с помощью световой микроскопии 59

2.2 Регистрация и анализ полевых потенциалов 62

2.3 Записи и анализ токов (потенциалов) в режиме фиксации потенциала (тока) с одиночных нейронов 64

2.3.1 Электроды и внутриклеточные растворы 64

2.3.2 Проведение регистраций и сохранение данных 68

2.3.2 Анализ спонтанных и вызванных ответов в режиме фиксации потенциала 69

2.4 Записи и анализ ответов на ионтофоретические аппликации 72

2.5 Записи и анализ токов с outside-out patch 74

2.5.1 Приготовление outside-out patch 74

2.5.2 Система быстрой аппликации веществ 74

2.5.3 Определение биофизических свойств рецепторов с использованием анализа токов, полученных с outside-out пейчей 78

2.6 Модели эпилептогенеза in vivo 80

2.6.1 Электрический киндлинг 80

2.6.2 Модель аудиогенной судорожной активности. Аудиогенный киндлинг 81

2.7 Использованные вещества 83

2.8 Статистический анализ 84

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИй И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 86

3.1 Нетипичные фармакологические свойства ГАМКергических рецепторов в гиппокампальных интернейронах 86

3.1.1 Различная чувствительность ионотропных ГАМКергических рецепторов к пикротоксину в интернейронах и пирамидных клетках 86

3.1.2 Ионные каналы ионотропных ГАМКергических рецепторов в интернейронах и пирамидных клетках имеют различную проводимость 88

3.1.3 Ионотропные ГАМКергические рецепторы как в интернейронах, так и пирамидных клетках чувствительны к агонисту ГАМКС рецепторов 90

3.1.4 Пентобарбитал по-разному модулирует ГАМКергические токи, вызываемые аппликацией CACA (50 М) 95

3.1.5 ТПСТ в интернейронах, регистрируемые в присутствии 100 М пикротоксина, обладают повышенной чувствительностью к антагонисту ГАМКС рецепторов 97

3.1.6 Токи, опосредованные ГАМКергическими рецепторами, в присутствии 100 М пикротоксина возникают за счет характерной Cl-/HCO3- ионой проводимости 98

3.1.7 Эффект аллостерических модуляторов ГАМКА рецепторов на устойчивые к пикротоксину токи, опосредованные ГАМКергическими рецепторами 102

3.1.8 Сравнение эффективности антагонистов ГАМКА и ГАМКС рецепторов на устойчивые к пикротоксину токи, опосредованные ГАМКергическими рецепторами 106

3.1.9 Интернейроны содержат рецепторы, обладающие нетипичными фармакологическими свойствами 109

3.1.10 Нетипичные ГАМКергические рецепторы и традиционные типы рецепторов (ГАМКА и ГАМКС) 113

3.1.11 Возможная субъединичная композиция нетипичных ГАМКергических рецепторов в интернейронах 115

3.1.12Заключение 117

3.2 Регуляция возбудимости нейронов гиппокампа за счет ГАМКергического тонического торможения 119

3.2.1 Базовый тонический ГАМКергический ток специфичен для интернейронов, но не пирамидных клеток 119

3.2.2 Увеличение внеклеточной концентрации ГАМК ведет к возникновению тонического тока в пирамидных клетках и повышению в интернейронах 123

3.2.3 Температурная зависимость тонического ГАМКергического тока и фазических спонтанных ТПСТ 126

3.2.4 Возможная роль тонического торможения в эпилептогенезе 129

3.2.5 Заключение 133

3.3 Модуляция ГАМКергической передачи в гиппокампе метаботропными рецепторами 135

3.3.1 L-AP4 подавляет и тормозные, и возбуждающие синаптические токи в интернейронах 135

демонстрирующих отсутствие метаботропных рецепторов группы III на терминалях коллатералей Шаффера, оканчивающихся на пирамидных клетках СА1. 139

3.3.2 Синаптически высвобождаемый глутамат снижает ТПСТ 139

3.3.3 Глутамат опосредует гетеросинаптическую депрессию ТПСТ 141

3.3.4 Изменения в эффективности обратного захвата глутамата влияет на гетеросинаптическую депрессию 143

3.3.5 Метаботропные рецепторы группы III опосредуют гетеросинаптическую депрессию по двум различным механизмам 147

3.3.6 Метаботропные рецепторы группы III модулируют частоту спонтанных ТПСТ 149

3.3.7 Возможные молекулярные механизмы депрессии ТПСТ при активации mGluR группы III 152

3.3.8 Последствия активации mGluR группы III для общей возбудимости нейрональной сети поля СА1 153

3.3.9 Гетеросинаптическая депрессия, опосредованная метаботропными ГАМКB рецепторами 159

3.3.10 Заключение 161

3.4 Каинатные рецепторы модулируют ГАМКергическое торможение в гиппокампальных интернейронах 162

3.4.1 Каинат увеличивает частоту и амплитуду спонтанных ТПСТ в интернейронах 162

3.4.2 Каинат увеличивает вероятность генерации антидромных потенциалов действия в интернейронах 165

3.4.3 Каинат вызывает спонтанные аксональные потенциалы действия 169

3.4.4 Спилловер глутамата активирует аксональные каинатные рецепторы 172

3.4.5 Последствия аксональной деполяризации, вызываемой каинатными рецепторами, для ГАМКергической передачи 174

3.4.6 Каинат усиливает вызванные ТПСТ в интернейронах 178

3.4.7 Каинат приводит к увеличению ГАМКергического тонического тока 183

3.4.8 Последствия усиления ГАМКергической передачи в интернейронах, вызываемой каинатными рецепторами, для возбудимости нейрональной сети 186

3.4.9 Заключение 189

3.5 Оказывают ли метаботропные рецепторы группы III и каинатные рецепторы противоположное действие на ГАМКергическую передачу? 190

3.6 Механизмы развития пачечной активности в гиппокампе 193

3.6.1 Кратковременные увеличения внеклеточной концентрации калия создают долговременное снижение порога развития пачечных разрядов в поле СА1 гиппокампа 193

3.6.2 Развитие пачечных разрядов в поле СА1 гиппокампа не зависит от активности нейронов поля СА3 195

3.6.3 Окклюзия развития пачечных разрядов в поле СА1 в ответ на кратковременные увеличения внеклеточной концентрации калия в моделях эпилептогенеза in vivo 196

3.6.4 Является ли пачечная активность в поле СА1 гиппокампа эпилептиформной? 201

3.6.5 Способность пирамидных нейронов поля СА1 генерировать пачечные разряды сопровождается повышением возбудимости этих клеток 203

3.6.6 Роль NMDA рецепторов и L-типа кальциевых каналов в повышение возбудимости пирамидных клеток и генерации пачечных разрядов 207

3.6.7 Заключение 210

Заключение 212

Клеткоспецифичность ГАМКергического торможения в гиппокампе 214

Клеткоспецифичность модуляции ГАМКергического торможения в гиппокампе 215

Возбудимость и торможение в эпилептогенезе 217

эффектов веществ влияющих на ГАМКергические механизмы, описанные в данной диссертационной работе, представлена в таблице 4.1 (см также Рис. 4.1). 221

Выводы 222

список рисунков 225

Список литературы 228