- •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
3.3.4 Изменения в эффективности обратного захвата глутамата влияет на гетеросинаптическую депрессию
Если гетеросинаптическая депрессия определяется спилловером глутамата с соседних терминалей то обратный захват этого эндогенного агониста будет являться для нее лимитирующим фактором (Asztely et al. 1997). Мы решили проверить, приведет ли подавление транспорта глутамата с помощью дегидрокаината (200 M) к увеличению гетеросинаптической депрессии. Мы выбрали дегидрокаинат для этой цели потому, что, в отличие от большинства других блокаторов обратного захвата, он не переносится переносчиками и не приводит, таким образом, к гетерообмену с глутаматом (Arriza et al. 1994). Использование других блокаторов обратного захвата могло бы привести к резкому увеличению внеклеточной концентрации глутамата и подавлению гетеросинаптической депрессии.
Дальнейшие эксперименты мы провели в постоянном присутствие CGP35348, чтобы избежать вовлечения ГАМКBрецепторов в развитие гетеросинаптической депрессии. На рисунке 3.3.5а показано, что блокада обратного захвата глутамата увеличивает гетеросинаптическую депрессию. Отношение тестового ТПСТ к контрольному ТПСТ с 911 % до 851 % (p<0,002; n=10). Последующее добавление MSOP (100 µМ), как и ожидалось, подавляло гетеросинаптическую депрессию (1014 % ТПСТтест/ТПСТконтроль; p<0,002 по сравнению с депрессией до MSOP; n=10). Этот результат является дополнительным доказательством того, что спилловер глутамата с возбуждающих терминалей модулирует ГАМКергическую передачу между интернейронами.
Поскольку предыдущие эксперименты были проведены при комнатной температуре, мы повторили их при более высокой, чтобы проверить будет ли существовать гетеросинаптическая депрессия при условиях, близких к физиологическим. Однако, когда мы повысили температуру до 32 оС нам не удалось получить гетеросинаптическую депрессию (996 % ТПСТтест/ТПСТконтроль; n=8; Рис. 3.3.5б) при идентичном протоколе стимуляции и в присутствии антагониста ГАМКBрецепторов. Этот результат может быть обяснен тем, что повышение температуры усиливает обратный захват глутамата и снижает спилловер этого эндогенного агониста (Asztely et al. 1997). Чтобы проверить эту гипотезу, мы повторили эксперименты при повышенной температуре в присутствии дегидрокаината (200М). В этих условиях
Рис. 3.3.5 Увеличение гетеросинаптической депрессии, опосредованной mGluR группы III, при блокаде обратного захвата глутамата
(подписи к рисунку на следующей странице)
а, Амплитуда тестового ТПСТ, нормированная к амплитуде контрольного в присутствии CGP35548 (антагониста ГАМКBрецепторов). Дегидрокаинат (200М, DHK), блокатор обратного захвата глутамата, приводил к увеличению гетеросинаптической депрессии ТПСТ. Это увеличение обратимо подавлялось MSOP (100М). Данные представленные на графике усреднены по 10 клеткам.б, При температуре 32оС использование того же протокола стимуляции коллатералей Шаффера (5 стимулов, 50 Гц) как при комнатной температуре не приводило к гетеросинаптической депрессии. Однако, блокада обратного захвата глутамата с помощью дегидрокаината восстанавливала депрессию (n=8).в, Гетеросинаптическая депрессия также возникала при 32оС если частота стимуляции коллатералей увеличивалась до 100 Гц, а интервал после стимуляции сокращался со 100 до 50 мс. MSOP и в этом случае подавлял гетеросинаптическую депрессию (n=4). *: p<0,007. Оригинальные записи представленные длябивпоказывают тестовый ТПСТ (жирная линия) и контрольный (тонкая).
нам снова удалось получить гетеросинаптическую депрессию ТПСТ в интернейронах, которая была сравнима по величине с депрессией, наблюдаемой при комнатной температуре (85 7 %; p<0,04). Хотя эти данные и подтверждают предположение о том, что активный транспорт глутамата ограничивает межсинаптический спилловер, они так же ставят под сомнение существование гетеросинаптической депрессии in vivo. В отдельной серии экспериментов, проведенной при температуре 32оС в присутствии антагониста ГАМКВрецепторов, мы повторили эксперименты со стимуляцией коллатералей Шаффера, но использовали более высокую частоту стимуляции (100 Гц вместо 50 Гц) и более короткую задержку пред тестовым ТПСТ (50 мс вместо 100 мс). В этих условиях нам удалось получить гетеросинаптическую депрессию (922 % ТПСТтест/ТПСТконтроль; p<0,02; n=4; Рис. 3.3.5в), которая полностью подавлялась MSOP (1011 % ТПСТтест/ТПСТконтроль; p<0,007 по сравнению с депрессией до MSOP; n=4; Рис. 3.3.5в). Таким образом, высокая частота стимуляции глутаматергических коллатералей и короткая задержка до тестового ТПСТ позволяют развиваться гетеросинаптической депрессии и при более высоких температурах. Это всязано с тем, что при интенсивной стимуляции высвобождается большая концентрация глутамата, которая достигает пресинаптических mGluR группы III, не смотря на активный обратный захват.