- •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
3.6 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
Мы регистрировали полевые возбуждающие постсинаптические потенциалы (пВПСП) в str.radiatumи популяционные спайки (ПС) вstr.pyramidaleполя СА1 срезов гиппокампа крыс в ответ на внеклеточную стимуляцию с помощью биполярного стимулирующего электрода, установленного вstr.radiatum. В качестве воздействия использовалось повышение внеклеточной концентрации калия до 20 мМ (30 секунд, 5 минут, 30 минут). Это воздействие было выбрано по двум причинам. Во-первых, было показано, что при эпилептогенезе внеклеточная концентрация калия может значительно повышаться (свыше 20 мМ) (Hablitz and Heinemann 1987; Heinemann et al. 1986; Swann et al. 1986). Во-вторых, при повышении внеклеточной концентрации калия в срезах гиппокампа было показано развитие синхронных пачечных разрядов, напоминающих эпилептические (McBain 1994; Rutecki et al. 1985; Stringer and Lothman 1988).
В наших экспериментах эффект повышения К+выражался в генерации множественных популяционных спайков в ответ на одиночный стимул (Рис. 3.6.1). При возвращении внеклеточной концентрации калия к базовым значениям, эта активность исчезала в течение последующих 20 минут. Таким образом, использованная стимуляция не приводила к долговременным изменениям. Однако, если считать время отмывки калия приблизительно равным времени диффузии калия внутрь среза (несколько десятков секунд, судя по началу генерации множественных
Рис. 3.6.1 Эффекты кратковременных периодических повышений K+oна развитие вызванной пачечной активности в поле СА1 срезов гиппокампа.
а, Оригинальные записи, полученные до воздействия (контроль), через час после одного повышения K+o(1К+) и после трех (3К+).б, Динамика изменения числа популяционных спайков в ответ на одиночную стимуляцию после 1-го (-♦-), 2-х (-■-) и 3-х (-▲-) периодических увеличений K+o. Пунктирная линия среднее значение числа спайков при использованной стимуляции полученное во всех экспериментах. Данные были нормированы к этому среднему в каждом эксперименте. За нуль времени принята последняя регистрация перед воздействием, далее отсчет времени ведется от окончания последнего эпизода повышения K+o. Разбросы не показаны для ясности графика. * и ** -p<0,05 и p<0,01, соответственно.
разрядов с момента попадания К+- раствора в регистрационную камеру), то можно заметить существенную разницу со временем исчезновения множественных спайков. Похоже, что способность генерировать множественные разряды в поле СА1 сохранялась дольше, чем калий оказывал прямое действие. Использование двух 30-секундных эпизодов повышения внеклеточной концентрации калия с интервалом 10 минут приводило уже к довольно длительной (до 40 мин) генерации вызванных множественных спайков после окончания воздействия (Рис. 3.6.1б). Три эпизода с теми же параметрами вызывали стойкое увеличение времени генерации вызванных множественных спайков (свыше 2 часов; Рис. 3.6.1б) Увеличение числа эпизодов повышения калия свыше трех, не приводило к дальнейшим изменениям.
Интересно, что прогрессирующее развитие множественных спайков при повторении калиевых эпизодов и длительное поддержание такой активности после окончания воздействия имело аналогию с развитием традиционного киндлинга in vivo. При киндлинге invivoсудорожная активность достигается при повторяющихся эпизодах электрической стимуляции областей мозга, чувствительных к эпилептогенезу (Goddard et al. 1969). Причем используемые стимулы исходно ниже порога развития судорог, но при каждом последующем эпизоде стимуляции порог генерации судорожной активности прогрессивно снижается (Lothman and Williamson 1994; McNamara et al. 1985). После окончания воздействия это снижение порога способно сохраняться длительное время.