Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 9
1. Функциональная роль и строение гиппокампа 9
1.1 Строение гиппокампа 9
1.2 Связи нейронов в различных полях гиппокампа 13
1.2.1 Связь между клетками зубчатой фасции и полем САЗ/СА4 14
1.2.2 Связи нейронов полей СА2, САЗ/СА4 17
1.2.3 Проекции нейронов в хилусе 18
1.2.4 Связи полиморфных клеток 19
1.2.5 Афферентные пути 20
1.2.6 Эфферентные пути 21
1.3 Функциональная роль гиппокампа 23
2. Строение дендритных шипиков в поле САЗ 26
2.1 Классификации дендритных шипиков 26
2.2 Структура синаптического комплекса 29
2.2.1 Постсинаптическое уплотнение 30
2.2.2 Цитоскелет и цитоплазма 32
2.2.3 Эндоплазматический ретикулум 33
2.2.4 Белок синтезирующие компоненты шипиков 34
2.2.5 Митохондрии 35
2.2.6 Мультивезикулярные тельца 35
2.2.7 Пресинаптические везикулы 35
2.2.8 Астроциты 36
2.2.9 Химический синапс и синаптическая щель 38
2.3 Функциональная роль дендритных шипиков 39
2.3.1 Большинство синапсов гиппокампа располагаются на дендритных шипиках 39
2.3.2 Шипики увеличивают плотность синапсов на дендрите 41
2.3.3 Шипики - сайты возбуждающих входов гиппокампа 42
2.3.4 Шипики могут модулировать активность синапсов 43
2.3.5 Шипики обеспечивают специфичность синапсов через молекулярную компартментализацию и локальный синтез белков 43
2.3.6 Защитная функция шипиков 44
3. Пластичность дендритных шипиков 46
3.1 Длительная потенциация 46
3.2 Обучение 47
3.3 Патологии нервной системы 48
3.4 Циклические изменения дендритных шипиков 48
3.5 Генезис дендритных шипиков 49
3.6 Предполагаемый механизм пластичности шипиков 51
4. Гибернация и гипотермия как естественные модели для изучения синапсов в различных функциональных состояниях 53
5. Современные методы анализа дендритных шипиков 56
5.1 Окраска по Гольджи 56
5.2 Электронная микроскопия 57
5.3 Конфокальная микроскопия и молекулярно-биологические методы 58
5.4 Объёмная реконструкция и стереологический анализ 59
Экспериментальная часть
Глава II. Материалы и методы исследования 63
1. Подготовка животных 63
2. Приготовление образцов для световой и электронной микроскопии 64
4
3. Метод получения серийных ультратонких срезов 67
4. Электронная микроскопия 69
5. Трехмерная реконструкция синаптических структур 71
6. Измеряемые параметры 71
7. Методы статистической обработки количественных данных 72
8. Разработка программного обеспечения 73
Глава III. Результаты и их обсуждение 75
1. Организация синапсов образуемых апикальными дендритами пирамидных нейронов и мшистыми волокнами в поле САЗ гиппокампа 75
2. Обратимые изменения колючих шишек в различных функциональных состояниях 81
3. Количественные изменения морфологических параметров активных зон синапсов в различных функциональных состояниях... 87
4. Характеристика белоксиитезирующего аппарата в различных функциональных состояниях 90
5. Улучшение метода объёмной реконструкции 92
Заключение 98
Выводы 100
Список цитируемой литературы
- Связи нейронов в различных полях гиппокампа
- Эндоплазматический ретикулум
- Циклические изменения дендритных шипиков
- Электронная микроскопия
Введение к работе
Широко признано, что гиппокампальная формация связана с процессами обучения и памяти. В основе процессов обучения и памяти лежит синаптическая пластичность (Abraham et al., 2002). Сенсорные сигналы из энторинальной коры приходят на нейроны зубчатой фасции, которые возбуждают пирамидные нейроны поля САЗ. Аксоны САЗ пирамидных нейронов, так называемые коллатерали Шаффера, в свою очередь, дают входы на дендриты пирамидных нейронов поля СА1 (Duvernoy, 1988). Согласно идее О.С. Виноградовой (Виноградова, 1975) поле САЗ является ключевой областью, в которой происходит обработка новой информации, поступающей с сенсорных участков коры через перфорирующий путь в гиппокамп. Рамон-и-Кахал в 20-е годы прошлого столетия на светомикроскопическом уровне показал, что мшистые волокна - аксоны гранулярных нейронов зубчатой фасции, образуют расширения, получившие названия гигантские бутоны, диаметр которых варьирует от 3 до 8 микрон (DeFelipe, 2006). Эти гигантские бутоны образуют синапсы с крупными, сложно организованными шипиками, так называемыми колючими шишками, расположенными на проксимальных частях апикальных дендритов пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа. Несмотря на свою немногочисленность, такие «гигантские» синапсы представляют мощный вход сигналов из зубчатой фасции на пирамидные клетки поля САЗ, и поэтому исследование пластичности этих синапсов расширяет наше понимание о процессах лежащих в основе функционирования гиппокампа.
Данная работа посвящена исследованию химических синапсов, образуемых мшистыми волокнами и дендритами пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа гибернирующих якутских сусликов. Гибернация, являясь адаптацией к условиям среды обитания (Lyman, 1982), представляет собой
естественную модель для изучения синаптической пластичности (Popov et al., 1992; 2007; Popov, Bocharova, 1992). Она позволяет получить альтернативные функциональные состояния - при гибернации, когда температура мозга сусликов может достигать 0 С, синаптическая передача отсутствует (Popov et al., 2007; Штарк, 1972), в то время как при выходе из гибернации наблюдается быстрое восстановление работы синапсов (Popov et al., 1992). Таким образом, гибернация даёт возможность провести сравнительное исследование синапсов образуемых мшистыми волокнами на дендритах пирамидных клеток поля САЗ гиппокампа в условиях низкой функциональной активности и в условиях нормального их функционирования.
Как известно (Попов, 1994; Popov et al., 2004) эффективность синаптической передачи коррелирует с такими морфологическими характеристиками шипика как объём и площадь поверхности, а также площадью активной зоны синапса. Хотя колючие шишки являются довольно крупными шипиками, из-за разветвленности и тенденции образовывать кластеры детали их организации могут быть охарактеризованы только на электронно-микроскопическом уровне, с применением объёмной реконструкции с серий ультратонких срезов. Срезы в процессе обработки от нарезки до получения цифровых изображений подвергаются независимым деформациям, что особенно заметно в случае электронно-микроскопических срезов (Fiala, Harris, 2001), поэтому для восстановления целостности объёма необходимо выравнивание серии, при этом от качества выравнивания зависит ошибка измерения объёмов и, особенно, площадей поверхности реконструированных объектов. До настоящего времени, программное обеспечения для выравнивания серий не всегда обеспечивало достаточное качество выравнивания.
Основная идея данной работы связана с тем, что результаты, получаемые методом Гольджи, не позволяют одновременно изучать пресинаптическую часть бутона и постсинаптическую часть колючей шишки, тогда как серийные ультратонкие срезы лишены этого недостатка. В этой связи представлялось важным одновременно оценить изменения в пре- и постсинаптической частях синапсов поля САЗ.
Целью данной работы было провести сравнительное качественное и количественное исследование изменений в организации синапсов в поле САЗ гиппокампа гибернирующих и нормотермных якутских сусликов Spermophilus undulatus методом серийных ультратонких срезов и объёмных реконструкций синаптических структур.
Исходя из этого нами были поставлены следующие задачи:
Произвести качественный и количественный анализ изменений пространственной организации, объёмов и площадей поверхности колючих шишек в поле САЗ гиппокампа якутских сусликов в следующих физиологических состояниях: (а) в центре баута гибернации; (б) в состоянии нормотермии; (в) через 2-3 часа после спровоцированного пробуждения из центра баута.
Произвести количественный анализ изменений площадей поверхности постсинаптических уплотнений расположенных на колючих шишках, как маркеров активных зон синапсов, в различных функциональных состояниях.
Разработать новое программное обеспечение для персональных компьютеров под управлением Windows 2000/ХР для выравнивания серий изображений.
Связи нейронов в различных полях гиппокампа
Связи внутри гиппокампа представлены ассоциативными -соединяющими популяции нейронов внутри каждого рога гиппокампа, и комиссуральными - связывающими правый и левый гиппокампы. Кроме того, к внутренним относятся связи между собственно гиппокампом и DG, поскольку DG является афферентным релейным звеном аммонова рога и не имеет других внешних мишеней.
Тонкие немиелинизированные главные стволы аксонов гранулярных клеток — мшистые волокна (MB) — собираются в хилусе и следуют двумя плотными пучками (супра-и инфрапирамидным) вдоль пирамидного слоя поля САЗ/СА4 вплоть до поля СА2. Инфрапирамидный пучок менее мощный и существует не на всех уровнях гиппокампа относительно его продольной оси, а преимущественно в септальной и в меньшей степени в средней его частях. По мере приближения к темпоральному, полюсу этот пучок постепенно сокращается по длине и совсем исчезает.
Волокна обоих пучков по ходу следования через каждые 100-200 мкм образуют гигантские синаптические бутоны, оканчивающиеся на колючих шишках дендритов пирамидных нейронов. Основная область окончаний MB - слой люцидум, граничащий с пирамидным слоем (Claiborne et al, 1986; Gaarskjaer, 1986; Lorente de No, 1934; Tombol et al., 1978). Часть MB, однако, оканчивается на сомах, базальных дендритах (Gaarskjaer, 1986) и даже на начальных сегментах аксонов пирамидных клеток (Ibata et al., 1982). Диаметр синаптических бутонов MB может достигать 10 мкм, они заполнены пресинаптическими везикулами, содержат до 6 митохондрий и имеют, как правило, несколько зон асимметричных синаптических контактов. Имеются также симметричные контакты, назначение которых неизвестно (Журавлева, 1976; Tombol et al., 1978). Один синаптический бутон может контактировать с шипиками сразу нескольких (до 5) пирамидных клеток (Chicurel, Harris, 1992; Rolls, 1988). Уникальное строение гигантских синапсов MB указывает на их особые функциональные возможности, которые до сих пор остаются не вполне ясными. Помимо гигантских бутонов или расширений, общее число которых у крыс и мышей составляет 10-15 бутонов на волокно, MB образуют также многочисленные мелкие (0,5-2 мкм) варикозные расширения, осуществляющие синаптические контакты с дендритами пирамидных клеток по ходу следования (en passant) (Claiborne et al., 1986; Peters, Kaiserman-Abramof, 1970; Tomboi et al., 1978). В результате этого гранулярные клетки каждого локуса DG оказываются связанными практически со всеми пирамидными нейронами САЗ/СА4, лежащими, по пути следования данной группы MB. Такой принцип связи между гранулярными и пирамидными клетками выявляется и в электрофизиологических исследованиях (Bragin et al., 1977; Buzsaki, 1986). Помимо пирамидных нейронов синапсы MB обнаружены и на различного типа полиморфных клетках, в том числе на корзинчатых нейронах поля САЗ/СА4 (Frotscher, 1989), локализованных в субгранулярном слое зубчатой фасции.
В поле САЗ/СА4 основные аксонные стволы гранулярных клеток образуют 5-12 первичных коллатералей, которые в свою очередь делятся на вторичные и третичные, образуя густую сеть, пронизывающую все это поле. Часть коллатеральных ветвлений MB достигает гранулярного и молекулярного слоев DG (Gaarskjaer, 1986). В хилусе коллатеральные ветвления аксона одной гранулярной клетки занимают область протяженностью до 400 мкм по продольной оси DG (Claiborne et al, 1986). Каждая веточка этой коллатеральной сети образует 1-2 крупных (диаметром 2-4 мкм) синапса на шипиковых выростах мшистых нейронов и множество мелких (-150 на одно MB) варикозных синаптических контактов на различного типа полиморфных клетках (Claiborne et al, 1986; Ribak et al, 1985). Идентифицированы терминали MB на канделябрах, корзинчатых и на веретенообразных клетках хилуса (Deller, Leranth, 1990; Ribak, Seress, 1983, 1988; Soriano etal., 1990).
Связь DG-CA3/CA4 осуществляется по сегментарному принципу в направлении, примерно перпендикулярном продольной оси гиппокампа. Данные о поперечном направлении следования MB подтверждены электрофизиологически (Andersen et al., 1971; Bragin et al., 1977). В этих же работах показано, что в пределах данного сегмента к каждому локусу поля САЗ/СА4 идут связи от любого локуса DG. Последний факт подтверждается также расчетами, сделанными на основе морфологических данных. Если диаметр пирамидных нейронов САЗ/СА4 —20 мкм, а расстояние между гигантскими синапсами одного MB составляет -130 мм (величина моды распределения), то, следовательно, каждая гранулярная клетка может контактировать посредством гигантских синапсов с каждой 6-7-й пирамидой (Claiborne et al, 1986). В таком случае каждый локус DG, содержащий.6—7 гранулярных клеток, может контактировать с каждой пирамидой поля САЗ/СА4 посредством мощных гигантских синапсов с вероятностью 1,0. Если же учитывать многочисленные варикозные синапсы MB, то вероятность связи DG -САЗ/СА4 еще более увеличивается.
Предполагается (Отмахов, 1993; Buzsaki, 1986), что на любом уровне гиппокампа по его продольной оси связь между гранулярными клетками и нейронами поля САЗ/СА4 осуществляется по сегментарному принципу, а внутри каждого сегмента — по принципу «каждый на всех».
Эндоплазматический ретикулум
Цитоскелет дендритных шипиков млекопитающих представляет собой неприкреплённую сеть актиновых филаментов (Gray, 1959). Этот цитоскелет отличается от исключение составляют микротрубочки в крупнейших и наиболее сложно устроенных шипиках поля САЗ так называемых колючих шишках ("thorny excrescence") (Westrum et al., 1980; Chicurel , Harris 1992). Филаментозная сеть в шипиках включает в себя актин и актин-регулирующие белки (Fifkova, 1985; Мошков и др. 1986; Pavlik, Moshkov, 1991; Fifkova, Morales, 1992). Актиновые филаменты в ножке шипика расположены в продольном направлении, в то время как в головке они организованы в сеть, которая окружает систему цистерн и везикул гладкого эндоплазматического ретикулума - шипиковый аппарат. Организация актиновых филаментов наводит на предположение, что они могут представлять собой арматуру базовой формы шипика. Также, известно, что актин играет важную роль в формировании шипиков (Zhang, Benson 2001). Другие белки, найденные в цитоплазме шипиков, которые могут взаимодействовать с актином, обычно, кальций-зависимым образом, это кальмодулин, миозин, спектрин мозга (фодрин) и МАР2. Организация актиновых филаментов шипиков из различных структур мозга млекопитающих, изученных на данный момент, в значительной степени сходна. Однако всё еще относительно мало изучены места локализации актин-связанных белков и их участие в изменении структуры шипиков. Кроме того, фосфобелок GAP-43, который участвует в регенерации аксонов и нейрональной пластичности и обычно находится в конусах роста, был найден в дендритных отростках и шипиках неостриатума (Di Figlia et al., 1990).
Во всех шипиках можно обнаружить гладкий эндоплазматический ретикулум (гЭПР) (Harris, Stevens, 1988; Peters et al., 1991) который, как известно, участвует в процессах синтеза клеточных мембран (Hall, 1992) и является депо для ионов кальция. Объём гЭПР пропорционален объёму шипика и площади ПСУ и занимает около 10-20% общего объема шипика (Harris, Stevens, 1988). Более сложные шипики содержат структуру, известную, как шипиковый аппарат, представленную взаимосвязанной системой цистерн и везикул (Gray, 1959) (рис. 2, 3). Шипиковый аппарат морфологически сходен с диктиосомами аппарата Гольджи, как по общему строению, так и по своей близкой связи с гЭПР, хотя локализация аппарата Гольджи обычно ограничивается сомой и проксимальной частью дендритов. Выполняет ли шипиковый аппарат функции, подобные аппарату Гольджи в последние годы активно обсуждается с позиции рециклинга постсинаптических рецепторов (Cooney et al., 2002; Hall 1992; Steward, Shuman, 2001).
Считается, что гЭПР участвует в депонировании и внутриклеточном высвобождении кальция, подобно саркоплазматическому ретикулуму в мышечных клетках (Hall, 1992). Рентгеновский микроанализ дендритных шипиков мозжечка показал, что кальций избирательно локализуется в гЭПР шипиков (Andrews et al., 1988). Осадки кальция также наблюдались в гЭПР дендритных шипиков гиппокампа и коры (Fifkova et al., 1983). гЭПР шипиков и дендритов содержит рецептор к инозитолтрифосфату (IP3) (Walton et al., 1991). Так как IP3 рецептор активируется цитоплазматическим кальцием, то высвобождение кальция из депо может быть запущено резким повышением концентрации внутриклеточного кальция.
В работах Steward было показано присутствие полирибосом в дендритных шипиках (Steward, Shuman, 2001). С использованием серийных срезов полирибосомы показаны во многих типах дендритных шипиков, в том числе, они практически всегда обнаруживаются в сильно ветвящихся дендритных шипиках зоны САЗ гиппокампа (Chicurel, Harris, 1992). Кроме того, полирибосомы были обнаружены как в шипиках, так и у основания шипиков в дендритах нейронов зубчатой фасции и зоны СА1 гиппокампа (Steward, Reeves, 1988). Частота полирибосом вблизи дендритных шипиков возрастает в процессе синаптогенеза. Кодирующие МАР2 и СаМ-киназу II мРНК наблюдаются в препаратах дендритов во всех структурах мозга, что дало основание для предположения, что эти два белка (и, возможно, другие) синтезируются как в основании шипиков внутри дендритов, так и в самих шипиках (Steward, Banker, 1992; Steward, Shuman, 2001). Избирательное расположение полирибосом вблизи или внутри дендритных шипиков указывает на то, что шипики и их синапсы могут иметь свой собственный белок-синтезирующий аппарат. цитоскелета дендритов почти полным отсутствием микротрубочек
Циклические изменения дендритных шипиков
Дендритные шипики отсутствуют, или их структура существенно нарушена при различных заболеваниях нервной системы, таких как синдром Дауна, унаследованный алкоголизм или унаследованные заболевания нервной системы (Hinton et al., 1991; Williams et al., 1990; Scheibel et al., 1974; Rothman, Olney, 1986; Purpura, 1974). Общей особенностью отсутствия шипиков является неспособность филоподий сформировать нормальные дендритные шипики. Эти патологии указывают на то, насколько важно для функционирования мозга нормальное протекание синаптогенеза и поддержание функциональной структуры шипиков. Кроме того, дендритные шипики могут быть потеряны дендритами после эпилептических приступов, инсультов, опухолей мозга, вследствие слабоумия или хронического алкоголизма (Williams et al., 1990; Scheibel et al., 1974; Rothman, Olney, 1986; Purpura, 1974). Как предполагается (Segal et al., 2000; Segal, 1995), одним из объяснений потери шипиков при "сверхактивации" синапсов, в частности эпилептических приступов, может быть накопление в шипиках токсичных для них концентраций кальция, что приводит к дегенерации шипиков и нарушению нормального функционирования нервной системы.
Изменения в дендритных шипиках происходят не только при обучении, старении или патологиях нервной системы. Впервые динамические изменения дендритных шипиков были показаны при гибернации (Popov, Bocharova 1992, Popov et al. 1992). Используя импрегнацию по Гольджи, было показано уменьшение количества синапсов и изменение морфологии дендритов при гибернации с последующим восстановлением при возвращении к нормотермии. Поскольку гибернация, как будет показано ниже, представляет собой цикличный процесс, при гибернации происходят циклические изменения плотности синапсов.
Woolley и McEwen показали, что у самок крыс в эструсе происходит увеличение плотности синапсов, обусловленное повышением уровня стероидного гормона эстрадиола (Woolley, McEwen, 1993). Причем увеличение плотности синапсов происходит за счет увеличения аксо-шипиковых синапсов, но не аксо-дендритных, что свидетельствует об образовании новых шипиков. (Woolley, McEwen, 1992). Такое увеличение плотности синапсов на физиологическом уровне кореллирует с повышением возбудимости (Woolley, McEwen, 1993).
Таким образом, дендритные шипики представляют собой динамичные, а не статичные образования, количество и структура которых находится в зависимости от физиологического состояния, процессов обучения, забывания или различных патологий. Однако, следует отметить, что в настоящее время пересматриваются многие ранее полученные данные, поскольку ранние работы с использованием электронной микроскопии выполнялись по случайным срезам, что, как показано в разделе 5.4, не позволяют адекватно оценить плотность синапсов, размеры и форму дендритных шипиков.
Особым образованием на дендритах являются "филоподии" (filopodia), которые представляют собой заполненные актиновыми микрофиламентами тонкие до 10 мкм длиной выросты дендритной мембраны (Smith, 1988). Показано, что в образовании новых шипиков важную роль играют именно филоподии (Dailey, 1996; Fiala et al., 1998; Fischer et al., 1998; Maletic-Savatic et al., 1999; Rusakov et al., 1998; Segal, 2001; Smith, 1988; Yuste et al., 2001; Ziv et al., 1996). В поле CA1 гиппокампа крыс in vivo показано (Fiala et al., 1998), что филоподии образуются на поверхности дендритов в первые две недели постнатального периода и обеспечивают поиск пресинаптических бутонов с образованием новых постсинаптических уплотнений с последующим переходом филоподии в "протошипики" с формированием, в конечном счете, новых тонких шипиков. В исследованиях (Fiala et al., 1998; Kaech et al., 2001; Krucker et al., 2000; Star et al., 2002) предполагается, что в росте и ретракции (втягивании) филоподии при их переходе в шипики активное участие принимает цитоскелет, основным компонентом которого является актин (Fifkova, 1985; Smith, 1988).
Как показал детальный электронно-микроскопический анализ филоподии в постнатальном развитии синапсов поля СА1 гиппокампа крысы (Fiala et al., 1998), в первые две недели после рождения филоподии являются промежуточным звеном в формировании новых дендритных шипиков. В этой связи основная парадигма нейробиологии - активный поиск аксоном (эфферентными волокнами) "мишени", дополняется новым положением, заключающимся в утверждении, что дендриты также способны "искать" аксоны. Известны уникальные случаи присутствия у мутантных линий мышей шипиков с ПСУ на дендритах клеток Пуркинье мозжечка при отсутствии гранулярных клеток, которые в норме образуют пресинаптические бутоны (Sotelo, 1990). Есть также данные (Baloyannis et al., 1992), что введение в желудочки мозга субстанции Р не влияло на дендритные шипики клеток Пуркинье, которые содержали ПСУ в отсутствие контактов с пресинаптическими бутонами параллельных волокон гранулярных клеток. Филоподии обычно редко видны на дендритах зрелых нейронов в нормальном мозге, однако в органотипических культурах и культурах изолированных нейронов они легко идентифицируются методами электронной и конфокальной микроскопии (Engert, Bonhoeffer 1999; Maletic-Savatic et al, 1999; Segal, 2001; Smith, 1988; Yuste, Bonhoeffer, 2001).
Электронная микроскопия
Существенно, что через два-три часа после спровоцированного пробуждения, несмотря на то, что площади активных зон в абсолютном выражении практически достигают значений, наблюдаемых в активном состоянии, доля площади поверхности колючих шишек, которую они занимают, не изменяется. Данные о том, что площади поверхности активных зон уже через два - три часа после начала пробуждения практически полностью восстанавливаются, и, учитывая то, что площади поверхности, объёмы и число колючек так же восстанавливаются, говорят о том, что при входе в состояние гибернации происходит обратимое снижение эффективности синаптической передачи, которая восстанавливается в течение двух - трёх часов после пробуждения. В то же время, увеличение площади поверхности активных зон при выходе из гибернации, пропорциональное увеличению площади поверхности колючих шишек может быть объяснено тем, что в основе этих двух процессов лежит реорганизация цитоскелета, скорость которой ограничена скоростью синтеза цитоплазматических белков. Эти результаты хорошо согласуются с данными, полученными американскими исследователями с Аляски из лаборатории Dr. Kelly Drew (Weltzin et al., 2006), которые свидетельствуют, что через 3 часа после пробуждения у арктических сусликов полностью восстанавливается способность к обучению. Полученные нами данные свидетельствуют, по крайней мере, о перераспределении рецепторов и каналов в области синапсов.
Как известно в основе морфологической пластичности синапсов лежит перестройка цитоскелета, которая в свою очередь зависит от синтеза белков (Гордон и др., 2006). Для того, чтобы оценить состояние белоксинтезирующего аппарата, был произведён анализ распределения рибосом по типам (монорибосомы, полирибосомы и полирибосомы, связанные с шероховатым ретикулумом) в сомах пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа в различных функциональных состояниях (рисунок 14). Как видно из рисунка, в состоянии гибернации почти все рибосомы (93,3%) присутствуют в виде моносом, полисомы свободные и связанные с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом составляют соответственно 2,9% и 3,7%. Через два - три часа после спровоцированного пробуждения доля свободных полисом увеличивается практически в шесть раз, достигая значения 17,6%, в то время как доля полирибосом, связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом не показывает статистически достоверного отличия по сравнению с состоянием гибернации. При этом в активном состоянии доля моносом составляет 60,6%, а полисом свободных и связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом соответственно 28,8% и 10,6%. Это может говорить о том, что при выходе из гибернации происходит активный синтез цитоплазматических белков, в первую очередь, цитоскелетных, обеспечивающих внутриклеточный транспорт, а также изменение формы и размеров колючих шишек и перестройке дендритного дерева. В то же время тот факт, что через два - три часа после пробуждения из центра баута гибернации не наблюдается увеличения доли полисом связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом, свидетельствует в пользу того, что при этом не происходит синтез интегральных белков, например рецепторов к нейромедиаторам. Учитывая, что при входе в гибернацию площадь постсинаптических уплотнений уменьшается на 44% и снижается активность белок синтезирующей системы (Гордон и др., 2006), а при выходе из гибернации площадь постсинаптических уплотнений увеличивается, практически достигая значений, наблюдаемых в активном состоянии, можно предположить, что при входе в гибернацию происходит разборка постсинаптических уплотнений и перераспределение рецепторных белков в мембране колючей шишки, после чего при выходе из гибернации происходит обратный процесс — группировка и кластеризация рецепторных белков, что приводит к увеличению площади поверхности постсинаптических уплотнений. В пользу этого предположения свидетельствует то, что при входе в гибернацию происходят обратимые изменения внутриклеточного распределения некоторых пре- и постсинаптических белков в нейронах различных отделов мозга, в частности белка PSD-95 (von der Ohe et al., 2007) отвечающего за перемещения и стабилизацию рецепторов к глутамату (Kornau et al., 1995).
Похожие диссертации на Ультраструктурный анализ методом объёмной реконструкции обратимой ретракции дендритных шипиков в поле САЗ гиппокампа гибернирующих сусликов
