- •Научные консультанты:
- •Сокращения и глоссарий
- •Введение
- •Обзор литературы
- •1.1 Торможение в гиппокампе
- •1.1.1 ГамКергическая синаптическая передача
- •1.1.2 ГамКергические рецепторы
- •1.1.3 Разнообразие форм торможения
- •1.1.4 Механизмы и функциональное значение тонического торможения
- •1.2 Взаимодействие между глутамат и гамКергической системами
- •1.2.1 Гетеросинаптические взаимодействия
- •1.2.2 Критерии гетеросинаптической депрессии
- •1.2.3 Метаботропные рецепторы группы III в гиппокампе
- •1.2.4 Каинатные рецепторы в гиппокампе
- •1.3 Механизмы фокального эпилептогенеза
- •1.3.1 Исследования эпилептогенеза
- •1.3.2 Критерии развития эпилептиформной активности
- •1.3.3 Возбуждающие механизмы в эпилептогенезе
- •1.3.4 Тормозные механизмы в эпилептогенезе
- •1.4 Постановка цели и задач исследования
- •2. Материалы и методы
- •2.1 Срезы гиппокампа
- •2.1.1 Приготовление и растворы
- •2.1.2 Рабочая установка для поддержания срезов и манипуляторы
- •2.1.3 Идентификация клеток с помощью световой микроскопии
- •2.2 Регистрация и анализ полевых потенциалов
- •2.3 Записи и анализ токов (потенциалов) в режиме фиксации потенциала (тока) с одиночных нейронов
- •2.3.1 Электроды и внутриклеточные растворы
- •2.3.2 Проведение регистраций и сохранение данных
- •2.3.2 Анализ спонтанных и вызванных ответов в режиме фиксации потенциала
- •2.4 Записи и анализ ответов на ионтофоретические аппликации
- •2.5 Записи и анализ токов с outside-out patch
- •2.5.1 Приготовление outside-out patch
- •2.5.2 Система быстрой аппликации веществ
- •2.5.3 Определение биофизических свойств рецепторов с использованием анализа токов, полученных с outside-out пейчей
- •2.6 Модели эпилептогенеза in vivo
- •2.6.1 Электрический киндлинг
- •2.6.2 Модель аудиогенной судорожной активности. Аудиогенный киндлинг
- •2.7 Использованные вещества
- •2.8 Статистический анализ
- •3 Результаты исследованИй и их обсуждение
- •3.1 Нетипичные фармакологические свойства гамКергических рецепторов в гиппокампальных интернейронах
- •3.1.1 Различная чувствительность ионотропных гамКергических рецепторов к пикротоксину в интернейронах и пирамидных клетках
- •3.1.2 Ионные каналы ионотропных гамКергических рецепторов в интернейронах и пирамидных клетках имеют различную проводимость
- •3.1.3 Ионотропные гамКергические рецепторы как в интернейронах, так и пирамидных клетках чувствительны к агонисту гамкс рецепторов
- •3.1.4 Пентобарбитал по-разному модулирует гамКергические токи, вызываемые аппликацией caca (50 м)
- •3.1.5 Тпст в интернейронах, регистрируемые в присутствии 100 м пикротоксина, обладают повышенной чувствительностью к антагонисту гамкс рецепторов
- •3.1.6 Токи, опосредованные гамКергическими рецепторами, в присутствии 100 м пикротоксина возникают за счет характерной Cl-/hco3- ионой проводимости
- •3.1.7 Эффект аллостерических модуляторов гамка рецепторов на устойчивые к пикротоксину токи, опосредованные гамКергическими рецепторами
- •3.1.8 Сравнение эффективности антагонистов гамка и гамкс рецепторов на устойчивые к пикротоксину токи, опосредованные гамКергическими рецепторами
- •3.1.9 Интернейроны содержат рецепторы, обладающие нетипичными фармакологическими свойствами
- •3.1.10 Нетипичные гамКергические рецепторы и традиционные типы рецепторов (гамка и гамкс)
- •3.1.11 Возможная субъединичная композиция нетипичных гамКергических рецепторов в интернейронах
- •Заключение
- •3.2 Регуляция возбудимости нейронов гиппокампа за счет гамКергического тонического торможения
- •3.2.1 Базовый тонический гамКергический ток специфичен для интернейронов, но не пирамидных клеток
- •3.2.2 Увеличение внеклеточной концентрации гамк ведет к возникновению тонического тока в пирамидных клетках и повышению в интернейронах
- •3.2.3 Температурная зависимость тонического гамКергического тока и фазических спонтанных тпст
- •3.2.4 Возможная роль тонического торможения в эпилептогенезе
- •3.2.5 Заключение
- •3.3 Модуляция гамКергической передачи в гиппокампе метаботропными рецепторами
- •3.3.1 L-ap4 подавляет и тормозные, и возбуждающие синаптические токи в интернейронах
- •Демонстрирующих отсутствие метаботропных рецепторов группы III на терминалях коллатералей Шаффера, оканчивающихся на пирамидных клетках са1.
- •3.3.2 Синаптически высвобождаемый глутамат снижает тпст
- •3.3.3 Глутамат опосредует гетеросинаптическую депрессию тпст
- •3.3.4 Изменения в эффективности обратного захвата глутамата влияет на гетеросинаптическую депрессию
- •3.3.5 Метаботропные рецепторы группы III опосредуют гетеросинаптическую депрессию по двум различным механизмам
- •3.3.6 Метаботропные рецепторы группы III модулируют частоту спонтанных тпст
- •3.3.7 Возможные молекулярные механизмы депрессии тпст при активации mGluR группы III
- •3.3.8 Последствия активации mGluR группы III для общей возбудимости нейрональной сети поля са1
- •3.3.9 Гетеросинаптическая депрессия, опосредованная метаботропными гамкb рецепторами
- •3.3.10 Заключение
- •3.4 Каинатные рецепторы модулируют гамКергическое торможение в гиппокампальных интернейронах
- •3.4.1 Каинат увеличивает частоту и амплитуду спонтанных тпст в интернейронах
- •3.4.2 Каинат увеличивает вероятность генерации антидромных потенциалов действия в интернейронах
- •3.4.3 Каинат вызывает спонтанные аксональные потенциалы действия
- •3.4.4 Спилловер глутамата активирует аксональные каинатные рецепторы
- •3.4.5 Последствия аксональной деполяризации, вызываемой каинатными рецепторами, для гамКергической передачи
- •3.4.6 Каинат усиливает вызванные тпст в интернейронах
- •3.4.7 Каинат приводит к увеличению гамКергического тонического тока
- •3.4.8 Последствия усиления гамКергической передачи в интернейронах, вызываемой каинатными рецепторами, для возбудимости нейрональной сети
- •3.4.9 Заключение
- •3.5 Оказывают ли метаботропные рецепторы группы III и каинатные рецепторы противоположное действие на гамКергическую передачу?
- •3.6 Механизмы развития пачечной активности в гиппокампе
- •3.6.1 Кратковременные увеличения внеклеточной концентрации калия создают долговременное снижение порога развития пачечных разрядов в поле са1 гиппокампа
- •3.6.2 Развитие пачечных разрядов в поле са1 гиппокампа не зависит от активности нейронов поля са3
- •3.6.3 Окклюзия развития пачечных разрядов в поле са1 в ответ на кратковременные увеличения внеклеточной концентрации калия в моделях эпилептогенеза in vivo
- •3.6.4 Является ли пачечная активность в поле са1 гиппокампа эпилептиформной?
- •3.6.5 Способность пирамидных нейронов поля са1 генерировать пачечные разряды сопровождается повышением возбудимости этих клеток
- •3.6.6 Роль nmda рецепторов и l-типа кальциевых каналов в повышение возбудимости пирамидных клеток и генерации пачечных разрядов
- •3.6.7 Заключение
- •Заключение
- •Клеткоспецифичность гамКергического торможения в гиппокампе
- •Клеткоспецифичность модуляции гамКергического торможения в гиппокампе
- •Возбудимость и торможение в эпилептогенезе
- •Эффектов веществ влияющих на гамКергические механизмы, описанные в данной диссертационной работе, представлена втаблице 4.1 (см также Рис. 4.1). Выводы
- •Список рисунков
- •Список литературы
3.1.7 Эффект аллостерических модуляторов гамка рецепторов на устойчивые к пикротоксину токи, опосредованные гамКергическими рецепторами
В предыдущем разделе мы показали, что ток, вызываемый в интернейронах генерализованной аппликацией CACA, чувствителен к пентобарбиталу. Мы решили проверить, каким образом аллостерические модуляторы ГАМКАрецепторов, такие как барбитураты и бензодиазепины, будут влиять на изолированные пикротоксином ТПСТ и ионтофоретические токи, вызываемые ГАМК и CACA. Если устойчивые к пикротоксину токи опосредованы ГАМКСрецепторами, то они не будут чувствительны к этим модуляторам.
Все три тока были потенцированы при добавлении 100 М пентобарбитала: ТПСТ до 47876 % (n=4; p=0,015; Рис. 3.1.8а); ионтофоретический ГАМК ток до 22014 % (n=4; p=0,004; Рис. 3.1.8б) и ионтофоретический CACA ток до 28828 % (n=5; p=0,003; Рис. 3.1.8в). Эффект пентобарбитала на ТПСТ также состоял в увеличении константы затухания токов (затухания: 500 ± 67 % от базовых значений; n=4; p=0,009; Рис. 3.1.8а2), что указывает на увеличение времени открытого состояния каналов ГАМКергических рецепторов (Macdonald and Kelly 1994).
Когда мы провели исследование чувствительности ТПСТ и ионтофоретических токов к бензодиазепинам, выяснилось, что золпидем (0,2 М) производит сравнительно небольшой эффект на амплитуду ТПСТ, устойчивого к пикротоксину, по сравнению с эффектом на амплитуду ТПСТ без пикротоксина (ТПСТ при аппликации золпидема был 10812 % от базовых значений в присутствии пикротоксина и 1588 % без пикротоксина; p=0,002; Рис. 3.1.9). Эти данные указывают на то, что остаточный ТПСТ (в присутствии пикротоксина) относительно нечувствителен к
Рис. 3.1.8 Пентобарбитал (100 µМ) приводит к увеличению ТПСТ и ионтофоретических ГАМК и CACA токов в присутствии пикротоксина (100 µМ)
(см. подписи на следующей странице)
а, Эффект пентобарбитала (аллостерического модулятора ГАМКАрецепторов, 100 µМ) на ТПСТ записанные в присутствии D-APV (50 μM), NBQX (20 μM), CGP52432 (5M) и пикротоксина (100 µМ).а1, Оригинальные записи (усреднение по 10 последовательным регистрациям), полученные с одного интернейрона в ответ на синаптическую стимуляцию до (жирная линия) и во время (тонкая линия) аппликации пентобарбитала.а2, Пентобарбитал увеличивает константу затухания ТПСТ (данные получены по тем же токам что и наа1). Нормированные по амплитуде ТПСТ фазы затухания тока показаны до (контр) и во время (пент) добавления пентобарбитала в полулогарифмических координатах. Зависимости тока в фазе затухания от времени были моноэкспоненциально аппроксимированы: τзатух(пент)=500 ± 67 % от τзатух(контр); n=4; p=0,009 а3, Амплитуда ТПСТ (среднее ± С.О.С) была нормирована к средней амплитуде ТПСТ перед добавлением пентобарбитала. Пентобарбитал значительно увеличивал амплитуду ТПСТ (478 ± 76 % от базовых значений ТПСТ в присутствии пикротоксина; n=4; p=0,015), так же как и амплитуду токов на ионтофорез 200 мМ ГАМК (220 ± 14 % от базовых значений ГАМК тока в присутствии пикротоксина; n=4; p=0,004;б) и 200 мМ CACA (288 ± 28 % от базовых значений CACA тока в присутствии пикротоксина; n=5; p=0,003;в). Ионтофоретические токи были получены в присутствии тех же агонистов и нормированы таким же образом, что и ТПСТ. Оригинальные записи (каждая усреднена по 10 последовательным регистрациям), представленные над графиками, получены до, во время и после добавления пентобарбитала (пент, 100 µМ) с одного интернейрона при ионтофорезе ГАМК и с одного при ионтофорезе CACA. Разбросы указывают С.О.С.
бензодиазепинам, что является характерной чертой ГАМКСрецепторов. С другой стороны, известно, что ГАМКАрецепторы, в которых отсутствует α1субъединица, также менее чувствительны к бензодиазепинам (Thomson et al. 2000). Таким образом, низкая чувствительность к золпидему может быть объяснена отсутствием данной субъединицы в ГАМКергических рецепторах, слабо чувствительных к пикротоксину. Еще одним объяснением может быть зависимость эффекта золпидема от занятости рецепторов агонистом. Чем выше занятость ГАМКергического рецептора синаптически высвобождаемой ГАМК, тем эффект золпидема меньше (Hajos et al. 2000; Perrais and Ropert 1999). Можно предположить, что ток, изолированный аппликацией пикротоксина, опосредован рецепторами с более высокой средней занятостью агонистом, чем средняя занятость чувствительных к пикротоксину ГАМКергических рецепторов, опосредующих ТПСТ. Это различие в занятости рецепторов агонистом может быть объяснено их локализацией на разном расстоянии
Рис. 3.1.9 ТПСТ в интернейронах, изолированные аппликацией 100 μМ пикротоксина, менее чувствительны к золпидему
Мы исследовали эффект золпидема (аллостерического модулятора ГАМКАрецепторов, 200 нМ) на ТПСТ в отсутствие пикротоксина (D-APV (50 μM), NBQX (20 μM) и CGP52432 (5M) были добавлены) и в присутствии 100 µМ этого антагониста.а, Оригинальные записи (каждая среднее 10 последовательных регистраций), полученные с одного интернейрона в ответ на синаптическую стимуляцию до (жирная линия) и во время (тонкая линия) аппликации золпидема без пикротоксина. Золпидем вызывал значительное увеличение, как амплитуды, так и константы затухания (τзатух) этих ТПСТ. Нормированные фазы затухания в полулогарифмических координатах до (контр) и во время (злпм) аппликации золпидема показаны справа от оригинальных записей, из которых они получены. Зависимости тока в фазе затухания от времени были моноэкспоненциально аппроксимированы.б, Оригинальные записи (каждая среднее 10 последовательных регистраций) в ответ на синаптическую стимуляцию до (жирная линия) и во время (тонкая линия) аппликации золпидема в присутствии тех же антагонистов как ва и, дополнительно, пикротоксина (100 µМ). ТПСТ, изолированный аппликацией 100 μМ пикротоксина, подвергался эффекту золпидема в меньшей степени, чем базовый. Было показано меньшее увеличение константы затухания тока и отсутствие значительных изменений в амплитуде ТПСТ.в, Данные полученные в нескольких клетках обобщены в виде гистограмм изменения констант затухания и амплитуд базового (базов) и изолированного добавлением пикротоксина (пикр) ТПСТ при аппликации золпидема нормированных к средним значениям токов перед этой аппликацией.
от места высвобождения медиатора или локализацией в разных синапсах, где исходно наблюдается большая или меньшая занятость рецепторов. Таким образом, данные по эффекту золпидема не могут служить доказательством участия ρ-субъединиц в регистрируемых токах, хотя они четко указывают на гетерогенность популяции ионотропных ГАМКергических рецепторов в интернейронах.