Введение к работе
Актуальность проблемы. Несмотря на значи
тельный прогрёсс~в~изучении~АТФаз~ЦНС", до настоящего времени
они крайне слабо исследованы в соответствии с их принадлежностью к тем, или иным клеточным или субклеточным компартментам единой системы нейрон-нейроглия. В отличие от других органов, таких как печень, легкие и т.д., мозг представляет собой гетерогенную систему, состоящую из специфически дифференцированных единиц (Сар-кисов, Гельфанд, 1993). Эти единицы не обладают взаимозаменяемостью, но от слаженности их работы и взаимодополняемости зависит состо.-тшо Ц7ЇС.
Учитывая , что глиальные клетки преобладают в мозговых гомогенатах над нервными, приходится констатировать, что при исследовании биохимических процессов в ЦНС, мы отдаем предпочтение одной клеточной популяции - глиальной, над другой - нейрональ-ной.
Нейроны же являются основной структурно-функциональной единицей нервной системы ( Флеров, 1992). Они активно накапливают информацию и передают ее в прилегающую или отстоящую глию ( Кля-ич, Романов, Туманова, 1995). Предполагается, что процессы приема, обработки и хранения информации в головном мозгу компартмен-тализованы. При этом глин отводится роль хранилища информации (Ройтбак,1993 ). Комплекс такого высокого порядка как система нейрон-нейроглия способен к саморегулированию, самопрограммированию и самонастройке,поэтому особый интерес представляет раздельное изучение особенностей состава и метаболизма нейронов и нейроглии.
Несмотря на обіпирную литературу, посвященную молекулярным механизмам патогенеза эпилептической активности ( Глебов, Крыжа-новский, 1983, 1984), практически нет работ по обобщению данных изменения активности АТФаз при судорожных состояниях по сравнению с нормой в единой системе, состоящей из нейронов, их нервных окончаний и клеток нейроглии в сочетании с характеристикой фос-фолипидного микроокружения АТФаз, изменению метаболизма фосфоли-пидов и модификации мембранных липидов.
Цель и задачи исследований. Основной целью, которую мы поставили перед собой было изучение вклада нейрональных, нейроглиальных и синаптосомальных АТФаз в гомеостаз мозга. Для достижения поставленной цели необходимо было ре-
- 2 -шить следующие задачи:
-
Оценить АТФазную активность в нейронах, нейроглии и си-наптосоиах в норме.
-
Оценить различия в фосфолипидном составе нейронов, нейроглии и синаптосом.
-
Изучить влияние фосфолипаз на активность АТФаз, принадлежащих различным клеточным и субклеточным компартментам.
-
Определить изменение АТФазной активности при судорогах в нейронах, нейроглии и синаптосомах.
-
Проследить, как изменяются процессы перекисного окисления липидов и метаболизма фосфолипидов в микроокружении АТФаз при пикротоксиновых судорогах.
-
Исследовать изменение АТФазной активности в нейронах, нейроглии и в синаптосомах в восстановительный период.
Основные положения, выносимые на защиту. Проведенные нами исследования установили, что ней-рональная, нейроглиальная и синаптические фракции характеризуются строго индивидуальной АТФазной активностью. Поскольку эти различия выявляются не только в норме, но при эпилептическом состоянии, а также в восстановительный период, когда саморегуля-торные механизмы системы нейрон-нейроглия направлены на воссоздание нормального баланса в мозге, то можно говорить о специфической роли АТФаз каждой единицы системы нейрон-нейроглия.
Удалось выяснить, что незначительные изменения, регистрирующиеся для активности АТФаз гомогената мозга эпилептизированных животных в действительности скрывают разные изменения активностей АТФаз в клеточных и субклеточных структрурах. В глии Мд- и Иа,К-АТФазы резко увеличивают свою активность при судорогах, в нейронах увеличивается активность только Mg-АТФазы, для нейро-нальной же Na.K-АТФазы не обнаруживается изменений активности, что скорее всего связано с защитной ролью глии, направленной на удаление избыточного калия из межклеточного пространства ( Ройт-бак, 1993).
АТФазы фракций синаптических мембран и легких синаптосом при судорогах снижают свою активность, тогда как для фракции тяжелых синаптосом выявлено увеличение активностей АТФаз.
В восстановительный период отмечается значительное увеличение АТФазных активностей фракций нервных окончаний, тогда как в нейронах и нейроглии активности АТФаз снижаются и возвращаются к контрольным значениям. Разная направленность при экстремальной
- з -ситуации и в восстановительный период изменения активностей АТФ -аз, принадлежащих разным компартментам системы нейрон-нейрої— лия, указывает на их различную роль в этой системе.
Особенности состава-и- метаболизма __ фосфолипидов нейронов, нейроглии и нериных окончаний могут определять различия б активности АТФаз, принадлежащих к различным клеточным или субклеточным популяциям.
Так процентное содержание фосфатидилсерина во фракции тяжелых синаптосом в 1,5 раза ниже, чем во фракции синаптических мембран и легких синаптосом и близко по значению содержанию фосфатидилсерина в глиальной фракции. Отметим, что именно во фракции тяжелых синаптосом , также как и г- клеточных фракциях, при судорогах, вызванных ликротоксинои, наблюдалось увеличение АТФая-ной активности, в отличие от фракций синаптических мембран и легких синаптосом. Для остальных фосфолипидов нервных окончаний таких различий в процентном соотношении не обнаружено.
Найденный нами низкий уровень сфингомиелина в синаптических фракциях считается характерной чертой для возбудимых мембран. Интересно, что и для нейронов отмечается более низкий уровень сфингомиелина, чем для глиалышх клеток.
Основными фосфолипидами для клеточных и субклеточных фракций являются фосфатидилхолин и фосфатидилэтаноламин.
Достаточно высокое содержание фосфатидной кислоты во фракции нервных окончаний, по-видимому, связано с ее ролью ионофора. Кроме того фосфатидная кислота участвует в процессах деполяризации и высвобождения нейромедиаторов. Содержание фосфатидилинози-та в синаптических фракциях в 1,5-2 раза выше содержания фосфатидной кислоты. Это, вероятно, оправдано участием фосфатидилино-эита в переносе катионов Na+ и К+ и непосредственной связью гидролиза фосфатидилинозита с активность На,К-АТФаэы , а также в осуществлении ими якорной функции. Фосфатидилинозиты являются предшественниками вторичных мессенджеров.
В связи с особой ролью двух названных фосфолипидов, принадлежащих к одному фосфсинозитидноку циклу , оправдана их наивысшая ОУА в синаптических фракциях.
Високая же ОУА лизофосфатидилхолина в этих субклеточных фракциях связана с тем, что лизофосфатидилхолин является промежуточным продуктом на пути синтеза такого важного нейромедиато-ра, каким является ацетилхолин. Большая скорость включения радио -активного предшественника в лизофосфатидилхолин может быть
- 4 -обусловлена и тем,что этот фосфолипид может выступать в качестве эндогенного регулятора дофаминового рецептора ( Oliveira, 1984).
Фосфолипаэы Аид, затрагивая неодинаковые группировки фос-фолипидов в микроокружении АТФаз, по-разному модифицирует активность последних: первая снижает активность Иа,К-АТФазы а вторая, напротив, активирует этот фермент.
Снижение Ка,К-АТФазной активности под влиянием фосфолипаэ типа А является универсальным свойством как клеточных, так и субклеточных АТФаз.
Интенсивность перекисного окисления липидов не одинакова для разных клеток, принадлежащих системе нейрон-нейроглия, при физиологических условиях. На пике судорожной активности в нейронах отмечено снижение накопления диеновых, триеновых конъюгатов и оснований Шиффа, что соответствует теории фазного изменения процессов перекисного окисления липидов в ЦНС при стрессе ( Гуляева, 1989; Барабой, 1991). То, что в нейроглии аналогичным образом не снижается накопления данных продуктов перекисного окисления липидов у эпилептиэированных животных, может служить подтверждением ее защитной роли по отношению к нейронам ( Ройтбак, 1993).
На основании полученных данных можно сделать вывод, что нейро-глиальные взаимоотношения направлены на саморегулирование и самонастройку, то есть на поддержание определенных гомеостати-ческих механизмов в мозге в целом.
Научная новизна. Впервые проведено комплесное исследование изменения активности АТФаз в единой системе нейрон-нервные окончания-глия при судорогах по сравнению с нормой и в восстановительный постэпилептический период в сочетании с данными по количественному распределению фосфолипидов в разных ком-партментах этой системы и с изменениями в метаболизме фосфолипидов и процессов перекисного окисления липидов.
В результате проведенных исследований установлено, что для отдельных элементов системы определяются различные АТФазные активности в норме, при судорогах, и в восстановительный период после их прекращения, что указывает на тесное взаимодействие и взаимодополнение различных компартментов мозга в процессах его саморегулировании через посредство АТФаз.
К такому же выводу можно прийти при изучении изменения процессов перекисного окисления липидов во время судорог , поскольку обнаружено, что глия может выполнять защитную роль от свобод-
- 5 -ных радикалов по отношению к нейронам.
Теоретическая и практическая
значимость работы. Полученные данные по активно-стй~АТФаз~в"нонро-глиальнои системе-в-норме---или -при- судорогах -позволят расширить наїли представления о вкладе различных клеточных и субклеточных компартментов в обеспечение гомеостаза мозга в целом. Кроме того, результаты могут иметь значение для практической медицины в решении проблем деятельности мозга и эпилептической активности. Представляется возможные использовать н.эя/и результата для осознания патогенетических механизмов взаимодействия отдельных компонентов ансамбля нейрон-нервные оконча-гї»»5т-^і«г>рогл,?ет при -їпипрртиформнии активности и СйЗна;;ил .:>_;.дрс-твенных средств, обладающих строго направленным конкретный адресным действием. Экспериментальные результаты и основные выводы использованы при составлении курса "Нейрохимия" для студентов биолого-почвенного факультета С-ПбГУ. Они включены в учебное пособие "Методы биохимических исследований", 1982 г.
Апробацияработы. Материалы диссертации доложены на II и III Всесоюзных симпозиумах " Структура, биосинтез и превращение ''нпндог-" (Ленинград, 1975: 1975), не ~сес.-г.-.~7?о>; симпозиуме "Кс. ас j.ihjji белков 1\ПС" (Днепропетровск, 197R:, на :-'<се-с^езмон симпозиуме по меяииннсоїі пнзимологии (Астрахань, 19 '">;, Ь'а VI :,о.:ф?рс;;ц:іи биохимиков Прибалтийских респубтик, ЬССР, Ленинграда ( У::: і , 1991), на Всесоюзной конференции пс биохимии чг-рвнеп системы (Горький, 1987 } , на Всесоюзном Совещании ( Пущена, 1990), н.1 Всесоюзной конференции "Доминантные механизмы по-ьеденчесм'х адаптации" ( Ленинград, 1990), на Всесоюзной конференции Фармакологические коррекции гипоксических состолдий (Гродно , 1~" ) , на конференции по липидам ( Санкт-Петербург, 1994), и нл ілучньїх семинарах лаборатории биохимии нерпной системы и обмена веществ и кафедры биохимии Санкт-Петербургского государственного университета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 о а о с т .
С б ъ с- м и с т р у к тура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания метопов исследования, изложения результатов, их обсуждения, выводов и списка литературы.Работа изложена на 208 страницах машинописного текста, включая 19 рисунков и 23 таблицы, список литературы включает 439 работ.
- б -
![Динамика морфобиохимических показателей системы нейрон - глия - капилляр и процессы липопероксидации в структурах моста головного мозга человека при старении [Электронный ресурс]](/i/i/4288/192299.png "Динамика морфобиохимических показателей системы нейрон - глия - капилляр и процессы липопероксидации в структурах моста головного мозга человека при старении [Электронный ресурс] Григорьев Олег Глебович")
