- •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
3.2.4 Возможная роль тонического торможения в эпилептогенезе
Существуют данные о том, что внеклеточная концентрация ГАМК повышается при эпилептогенезе (Cleton et al. 2000). Такое повышение внесинаптической концентрации агониста может приводить к увеличению тонической ГАМКергической проводимости как в интернейронах, так и в пирамидных клетках.
Гиппокамп является важной структурой, играющей роль в парциальной эпилепсии височной доли (von Oertzen et al. 2002). В настоящее время механизмы инициации, поддержания и распространения эпилептиформной активности в этой структуре мозга не до конца ясны. Тоническое торможение, связанное с ростом внеклеточной концентрации ГАМК в эпилептическом гиппокампе, может подавлять возбудимость пирамидных клеток и снижать их способность генерировать потенциалы действия. С другой стороны, оно может снижать активность интернейронов, которые образуют тормозные ГАМКергические синапсы на возбуждающих клетках. Таким образом, тоническое торможение может обладать как эпилептогенным, так и антиэпилептогенным эффектом.
В целом, роль тонического торможения в эпилептогенезе остается не достаточно ясной. В частности, некоторые формы ГАМКАрецептор опосредованной тонической проводимости могут не играть принципиальной роли в эпилепсии. Подобная ситуация описана на мышах, у которых отсутствовала α6субъединица ГАМКАрецепторов (Brickley et al. 2001). Считается, что ГАМКАрецепторы, содержащие α6и δ субъединицы находятся вне синаптической щели в гранулярных клетках мозжечка (Nusser et al. 1998b). Они обладают более высокой аффинностью к ГАМК и не десенситизируются. Было показано, что тонический ток в мозжечке связан с данным типом рецепторов (Brickley et al. 2001). Неожиданным оказалось то, что мыши, у которых отсутствовала α6субъединица ГАМКАрецепторов, не были склонны к судорогам (Jones et al. 1997). Одной из причин этому может быть то, что ГАМКергическое тоническое торможение в гранулярных клетках мозжечка компенсировалось у мышей-мутантов повышенной калиевой проводимостью, опосредованнойTASK-1 каналами (Brickley et al. 2001). Другим возможным объяснением отсутствия судорог у нокаутных мышей является то, что α6субъединица ГАМКАрецепторов отсутствует в областях мозга, чувствительных к эпилептогенезу. Например, она не экспрессируется в достаточном количестве в гиппокампе (Sperk et al. 1997).
В данной работе мы показали наличие двух форм ГАМКергического тонического торможения в гиппокампе. Одна существует при нормальных условиях в интернейронах, но не пирамидных клетках. При блокаде uptakeГАМК появляется другая форма постоянного ГАМКергического тока как в интернейронах, так и в пирамидных клетках. Возможно, что вторая форма тонического тока опосредована низкоаффинными ионотропными ГАМКергическими рецепторами, которые активируются, когда внеклеточная концентрация ГАМК достигает определенного уровня (например, при эпилептогенезе). Таким образом, возникая в пирамидных клетках, эта форма торможения может представлять собой антиэпилептический механизм. Важно отметить, что новый антиэпилептический препарат – тиагабин селективно блокируетGAT1, транспортер ГАМК (Dalby 2000). Блокада транспортера снижаетuptakeГАМК и ведет к увеличению внеклеточной концентрации эндогенного агониста. Однако, накопление внеклеточной ГАМК может увеличивать и тоническое торможение в интернейронах, что будет в свою очередь снижать торможение пирамидных клеток (Рис. 3.2.6а). Таким образом, действие тиагабина на тоническое торможение в интернейронах может снижать терапевтический эффект этого вещества. С этой точки зрения, преимущество имеет использование антагонистов ионотропных ГАМКергических рецепторов, которые участвуют в тоническом торможении интернейронов. В этом случае, повышение возбудимости тормозных клеток будет увеличивать торможение возбуждающих.
Для проверки этой гипотезы, мы воспользовались тем, что пикротоксин является более эффективным блокатором тонической проводимости в интернейронах, чем
Рис. 3.2.6 Селективные антагонисты ионотропных ГАМКергических рецепторов могут обладать антиэпилептическим действием
а, Схематическая иллюстрация эффектов блокаторов обратного захвата (uptake) ГАМК и специфического блокатора ГАМКергических рецепторов, опосредующих тонический ток в интернейронах. Блокаторыuptakeобладают как анти- (голубая стрелка), так и проэпилептическим (красная стрелка) эффектами, увеличивая тоническое торможение в пирамидных клетках (ПК) и в интернейронах (ИН), соответственно. Антагонисты рецепторов, опосредующих тоническое торможение в интернейронах, оказывают только антиэпилептическое действие.
б, Снижение ГАМКергического тонического торможения в интернейронах увеличивает ГАМКергическую синаптическую передачу в пирамидных клетках. Низкая концентрация пикротоксина (1 µМ) значительно снижала тоническое торможение в интернейронах (см. Рис. 3.2.2),оказывая незначительный эффект на амплитуду спонтанных ТПСТ как в интернейронах, так и в пирамидных клетках (амплитуда сТПСТ в присутствии 1 µМ пикротоксина была 91 ± 5 % от ее значения до аппликации антагониста;n=7;p=0,09 и 94 ± 7 %;n=4;p=0,48 в интернейронах и пирамидных клетках, соответственно;б1).б2, Аппликация 1 µМ пикротоксина незначительно снижала частоту сТПСТ в интернейронах (возможно, небольшие сТПСТ не были обнаружены, поскольку пикротоксин снизил их амплитуду до уровня шума) и значительно повышала частоту сТПСТ в пирамидных клетках (значение также может быть недооцененным). Частота спонтанных ТПСТ в присутствии 1 µМ пикротоксина была 92 ± 7 % по сравнению с частотой до аппликации антагониста в интернейронах (n=7;p=0,27) и 120 ± 10 % в пирамидных клетках (n=4;p=0,04).
*: p<0,05
спонтанных ТПСТ. Мы апплицировали низкую концентрацию пикротоксина (1 µМ), которая значительно подавляла тонический ток в интернейронах (Рис 3.2.2), но не была достаточной, чтобы подавить спонтанные ТПСТ (Рис. 3.2.6б). Оказалось, что использование данной концентрации антагониста приводит к повышению частоты спонтанных ТПСТ в пирамидных клетках (Рис. 3.2.6б). Таким образом, блокада тонического тока в интернейронах, ведет к повышению торможения пирамидных клеток. К сожалению, пикротоксин имеет небольшой интервал между IC50для ГАМКергического тонического тока иIC50для сТПСТ, что не позволило нам использовать его в более высоких концентрациях. Таким образом, нахождение препарата, специфически подавляющего тоническое торможение интернейронов, может быть важным шагом в поиске терапевтических антиэпилептогенных средств.