- •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
3.4.3 Каинат вызывает спонтанные аксональные потенциалы действия
Данные о том, что каинат прямо деполяризует аксоны, указывают на то, что каинатные рецепторы присутствуют на аксональной мембране. Наличие аксональных каинатных рецепторов было ранее показано в мшистых волоконах (Agrawal and Evans 1986; Kamiya and Ozawa 2000; Schmitz et al. 2000). Проводя эксперименты на интернейронах str.radiatumполя СА1, мы заметли, что аппликация каината вызывает также возникновение спонтанных ТД (сТД). Это наблюдение выступает против гипотезы о том, что активация каинатных рецепторов действует в первую очередь на сомато-дендритные рецепторы. В проведенных экспериментах сома и дендриты поддерживались в режиме фиксации потенциала. Сомато-дендритная деполяризация не приводила к достаточно высокому потенциалу утечки, поскольку необходимый синаптический ток для генерации ТД утечки был значительно выше увеличения тока компенсации при аппликации каината. Возникновение спонтанных ТД при аппликации каината соответствует гипотезе о том, что дистальные участки аксонов могут быть деполяризованы при активации каинатных рецепторов и генерировать аксональные потенциалы действия.
Таким образом, если спонтанные потенциалы действия возникают в дистальном аксоне, они не должны быть чувствительны к потенциалу, на котором фиксирована соматическая мембрана. Однако, если вызываемые каинатом сТД отражают утечку потенциала при сомато-дендритной деполяризации, то такие сТД могут быть подавлены при гиперполяризации сомы. Для ответа на этот вопрос мы поддерживали интернейроны в режиме фиксации потенциалов от -80 до -40 мВ и построили зависимость частоты сТД от потенциала фиксации. В 7 из 12 нейронов спонтанные ТД появлялись в отсутствие каината при деполяризующих потенциалах фиксации. Их частота была пропорциональна потенциалу фиксации с порогом около -60 мВ (Рис. 4.3.3а). Возникновение спонтанных ТД при деполяризующих потенциалах фиксации можно объяснить тем, что потенциалы действия могут возникать на границе фиксированного и нефиксированного проксимального аксона. Затем мы провели аппликацию каината (1 μМ) и снова измерили частоту сТД при разных потенциалах фиксации. Каинат обратимо увеличивал частоту сТД при всех потенциалах фиксации (p<0,02 или p<0,05; n=7). Причем это увеличение не зависело от фиксирующего потенциала. График зависимости частоты спонтанных ТД от потенциала фиксации сдвигался равномерно в область более высоких частот (Рис. 4.3.3а). Основываясь на том, что нам не удалось подавить сТД при гиперполяризации клеток, мы пришли к заключению, что спонтанные ТД при аппликации каината возникают сравнительно далеко от сомы, в дистальном аксоне.
Рис. 3.4.3 Активация аксональных каинатных рецепторов вызывает спонтанные ТД, которые не зависят от соматического потенциала фиксации
а1, Оригинальные записи, полученные с одного интернейрона. При базовых условиях частота спонтанных ТД увеличивалась при деполяризации выше -60 мВ. Аппликация каината (1 µМ) вызывала независящее от потенциала фиксации увеличение частоты спонтанных ТД (а2). Спонтанные ТД наблюдались даже при -80 мВ, указывая на то, что они генерируются в электрически удаленном от сомы участке аксона (n=7). Обратимое увеличение частоты ТД сопровождалось увеличением тока компенсации (а3).б, В 5 интернейронах спонтанные ТД не удалось получить ни при одном потенциале фиксации, независимо в присутствии каината или нет. Эти нейроны по остальным своим свойствам ничем не отличались от каинат-чувствительных клеток, в частности, были способны генерировать потенциалы действия в режиме фиксации потенциала. В этих интернейронах каинат также не вызывал изменения тока компенсации.
В тех же самых интернейронах аппликация каината приводила к увеличению тока компенсации (Рис. 4.3.3а). Однако, в 5 из 12 интернейронах мы не получили спонтанных ТД ни при каком потенциале фиксации ни до, ни во время аппликации каината. В этих клетках каинат также не оказывал эффекта и на ток компенсации (Рис. 4.3.3б). По остальным параметрам данные клетки ничем не отличались от других интернейронов. В частности в них регистрировались спонтанные синаптические токи в отсутствие блокады ионотропных рецепторов. Кроме того, в них можно было получить потенциалы действия в режиме фиксации тока в ответ на деполяризующий сдвиг потенциала, что указывает на наличие в них интактных проксимальных Na+/K+каналы. Возможным объяснением отсутствовия сТД в этих клетках может быть то, что их аксон был поврежден или отрезан при приготовлении срезов. В данных интернейронах нам не удалось зарегистрировать изменений в токе компенсации при аппликации каината. Если это также связано с отсутствием аксона, то большинство каинатных рецепторов в интернейронах должно быть сосредоточено на аксональной мембране. Однако, существует и другое объяснение отсутствию эффекта каината на интернейроны, неспособные спонтанно разряжаться при деполяризующих потенциалах фиксации. Возможно, что в этих клетках аксон не поврежден, а не способен к генерации спонтанных потенциалов действия и, в дополнение, эти интернейроны не содержат каинатных рецепторов.