1.2.4 Каинатные рецепторы в гиппокампе

Глутаматергические каинатные рецепторы во многом похожи на AMPA рецепторы (Lerma et al. 1997; Lerma et al. 2001). Они также как AMPA рецепторы гетеромультимерны и построены из пяти различных субъединиц: GluR5, GluR6, GluR7, KA1 и КA2. Однако, не все из этих субъединиц равноценны. Так, например, рецепторы состоящие только из KA1 и КA2 не функциональны. Биофизические свойства рекомбинантных каинатных рецепторов похожи на свойства AMPA рецепторов: они быстро активируются и десенситизируются, имеют сходные проводимость одиночного канала и проницаемость для Ca²⁺(Bowie and Mayer 1995).

Давно было известно, что каинат и домоат, агонисты каинатных рецепторов, одни из наиболее сильных среди известных хемоконвульсантов (Zaczek and Coyle 1982). Однако, физиологическая роль каинатных рецепторов стала исследоваться совсем недавно. Это было связано с тем, что отсутствовали селективные антагонисты каинатных и AMPAрецепторов. Все вещества действовали на оба типа рецепторов одновременно. Интенсивные исследования начались с синтезом селективных антагонистов, которые блокировали AMPA рецепторы при значительно более низких концентрациях, чем каинатные (например, 2,3‑бензодиазепины, такие как GYKI53655) (Bleakman et al. 1996). С использованием этих веществ было показано, что каинатные рецепторы опосредуют медленные ВПСТ в синапсах мшистых волокон (Castillo et al. 1997; Vignes and Collingridge 1997) и в некоторых (но не во всех) гиппокампальных интернейронах (Cossart et al. 1998; Frerking et al. 1998). Пресинаптически эти рецепторы приводят к деполяризации мшистых волокон (Kamiya and Ozawa 2000; Schmitz et al. 2000) и усиливают нейропередачу (Schmitz et al. 2001). Есть свидетельства, что они необходимы для NMDA рецептор-независимой долговременной потенциации (LTP) в гигантских синапсах мшистых волокон на пирамидных нейронах СА3 (Bortolotto et al. 1999). Показано, что данные каинатные рецепторы, расположенные на мшистых волокнах исключительно чувствительны к агонисту. Гетеросинаптическая деполяризация мшистых волокон была получена в ответ на высвобождение глутамата со сравнительно удаленных сайтов (Schmitz et al. 2000).

Тем не менее, остается много неясного в связи с ролью каинатных рецепторов в мозге. Например, почему каинатные ВПСТ имеют столь медленную кинетику, а каинатные рецепторы на мшистых волокнах так чувствительны к спилловеру глутамата? Каинатные рецепторы в нейрональной культуре и рекомбинантные каинатные рецепторы при активации кратковременными аппликациями глутамата показывали кинетику токов, сходную с токами, опосредованными AMPA рецепторами. Это означает, что они должны обладать относительно низкой аффинностью и быстрой десенситизацией (Lerma et al. 1993). Для объяснения этого было предложено несколько гипотез. Прежде всего, синаптические каинатные рецепторы могут быть отличны от внесинаптических или по составу субъединиц, или по взаимодействию с внутриклеточными белками, или по сайт-специфичному фосфорилированию (Garcia et al. 1998). Другим объяснением может быть то, что глутамат должен диффундировать на значительное расстояние, чтобы достигнуть каинатных рецепторов, расположеных относительно далеко от места экзоцитоза. Наконец, возможно, что какое-то вещество, модулирующее каинатные рецепторы, высвобождается вместе с глутаматом.

Не смотря на то, что синаптические токи, опосредованные каинатными рецепторами, показаны в гиппокампе, они имеют небольшую амплитуду и требуют, как правило, высокочастотной стимуляции, чтобы быть замеченными (Castillo et al. 1997; Cossart et al. 1998; Frerking et al. 1998; Vignes and Collingridge 1997). Это ставит под сомнение роль каинатных рецепторов в синаптической передаче.

Кроме роли каинатных рецепторов в синаптической передаче, существуют неясные моменты, связаные с действием каината на гетерорецепторы на ГАМКергических аксонах и терминалях. Существует достаточно данных о том, что агонисты каинатных рецепторов подавляют ГАМКергическое торможение в пирамидных клетках (Fisher and Alger 1984; Rodriguez-Moreno et al. 1997). Однако, остается не ясным в какой степени это может быть объяснено прямым эффектом активации каинатных рецепторов на высвобождение медиатора (Rodriguez-Moreno and Lerma 1998; Rodriguez-Moreno et al. 2000). Известно, что каинат деполяризует интернейроны, и они начинают спонтанно разряжаться (Cossart et al. 1998; Frerking et al. 1998). Такие разряды интернейронов приводят к повышению внеклеточной концентрации ГАМК, которая уже вторично приводит к снижению эффективности ГАМКергического торможения (Frerking et al. 1999). Было предложено два механизма, которые объясняют эффект аккомуляции этого нейропередатчика на синаптическую передачу. Во-первых, активация пресинаптических ГАМК_Врецепторов на терминалях может приводить к снижению высвобождения медиатора. Во-вторых, может происходить постсинаптическое шунтирование ТПСТ в результате тонической активации ГАМК_Арецепторов.

Поэтому следующей задачей представленной диссертационной работы было исследование роли каинатных рецепторов в изменении возбудимости аксонов тормозных интернейронов в поле СА1 гиппокампа. Кроме того, мы решили проверить, может ли диффузия глутамата с возбуждающих синапсов активировать эти рецепторы.