Введение к работе
Актуальность
Болезнь Альцгеймера клинически проявляется прогрессирующей потерей памяти и деградацией личности, а гистопатологически характеризуется церебральным амилоидозом, внеклеточным локальным отложением в виде сенильных бляшек полимерного волокнистого бета-амилоидного белка (Mattson, 2004; Преображенская, Яхно, 2006). На генетически предрасположенных к амилоидозу животных показано, что образование бляшек приводит к патологии мозга. Нейриты, которые проходят через отложения амилоида, изменяют свою форму и размеры (Knowles et al., 1999). Образование амилоидных отложений приводит к дистрофии дендритов, аксонов, дендритных шипиков и афферентных шипиковых и стволовых синапсов, индуцирует появление внутри нейронов нейрофибриллярных клубков (Taylor et al., 2002; Luebke et al., 2010). Такие нейрональные повреждения, по-видимому, инициируются взаимодействием между разными формами бета-амилоида (олигомеры или фибриллы) и мембранами клеток (Talaga et al., 2002; Verdier et al., 2004). Бета-амилоидные структуры способны увеличивать механическую жесткость нейрональных мембран (Lulevich et al., 2010), что, вероятно, приводит к изменению электрической проводимости дендритов, задержка которой на миллисекунды нарушает электрофизиологические свойства нейронов, а также ухудшать состояние слаженно работающей нейрональной сети и когнитивные процессы в мозге (Halpain et al., 2005; Meyer-Luehmann et al., 2008). Кроме того, такое изменение физических свойств мембран, по-видимому, обуславливает нарушение компенсаторно-приспособительных реакций нейронов на приток сенсорных стимулов извне (Hoffmann et al., 2009), что в конечном итоге вызывает их гибель. Остается неизвестным, что происходит с индивидуальными нейронами, продолжающими функционировать в условиях хронического амилоидоза. Понимание того, как изменяется структура и функция индивидуальных нейронов при повреждающем действии на них амилоидных отложений необходимо для выработки подходов к профилактике, коррекции и терапии нейродегенеративных изменений при деменции. Известные ограничения при работе на целостном мозге требуют создания адекватных модельных систем, на которых можно детально исследовать аспекты данной проблемы. Однако почти все разработанные в настоящее время модели амилоидоза (генетические, аппликационные, спорадические, комплексные) хороши для работы лишь на системном уровне (Paquet et al., 2009; Spires, Hyman, 2010; Каминский, Косенко, 2009; Муганцева, Подольский, 2009; Степаничев и др., 2009; Бобкова, 2010; Kamynina et al., 2010). Они не могут быть использованы для изучения клеточных механизмов нейродегенеративных заболеваний, вызванных амилоидозом. Поэтому создание адекватной клеточной формы амилоидоза с использованием идентифицированных нейронов остается актуальной задачей нейробиологии.
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы было комплексное исследование влияния бета-амилоида на морфофункционалыгую организацию индивидуальных нейронов, а также поиск подходов к индукции в нейронах устойчивости к бета-амилоиду. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
-
Создать адекватную клеточную нейрональную модель экспериментального амилоидоза, используя для этого морфофункциональные свойства идентифицированных маутнеровских нейронов золотой рыбки и аппликацию на них агрегированного бета-амилоида.
-
Исследовать морфофункциональное состояние маутнеровских нейронов рыбок на фоне развивающегося амилоидоза.
-
Изучить влияние адаптации к сенсорным стимуляциям как физиологической модели повышения устойчивости маутнеровских нейронов к бета-амилоиду.
4. Изучить влияние дофамина и системного воздействия L-ДОФА на морфофункциональное проявление амилоидоза на уровне нейронов.
Научная новизна работы
Впервые выявлено, что воздействие агрегатов бета-амилоида, обнаруживаемых на поверхности нейрона электронно-микроскопическим методом, приводит к значительным повреждениям структуры сомы и дендритов индивидуального нейрона. Впервые показано, что нарушается корреляция между моторной асимметрией рыбки и структурной асимметрией ее маутнеровских нейронов (МН) под влиянием аппликации агрегированного белка бета-амилоида. Полученные результаты в комплексе означают разработку новой экспериментальной клеточной модели амилоидоза Впервые установлено, что адаптирующая стимуляция вестибулярного или зрительного аппарата рыбки повышает устойчивость нейронов к патогенному воздействию агрегированного белка. Показано, что дофамин in vitro способен дезагрегировать ленты бета-амилоида на короткие фрагменты. Впервые определено, что аппликация дофамина на МН in vivo или увеличение его концентрации в мозге с помощью L-ДОФА предохраняет их структуру и функцию от повреждающего воздействия бета-амилоида.
Научно-практическая значимость работы
Результаты работы имеют теоретическое значение, расширяя представление о механизмах повреждения нейронов при амилоидозе. Полученные в работе данные по влиянию тренировочных стимуляций, повышающих резистентность МН к повреждающему действию бета-амилоида, можно рассматривать как один из подходов к предупреждению амилоидоза. Обнаружение протекторного действия дофамина, апплицируемого непосредственно на индивидуальные нейроны, или повышение концентрации дофамина в мозге с помощью медикаментозного средства, позволяют разработать новый подход к терапии амилоидозов с использованием этого гормона. Результаты позволяют выявить возможные способы профилактики, корректировки и лечения дегенеративных процессов в головном мозге при амилоидозе. В настоящее время ведется активный поиск фармакологических и иных способов лечения и предупреждения нейродегенеративных заболеваний, связанных с накоплением в мозге в виде сенильных бляшек агрегированных форм бета-амилоида.
Апробация диссертации и публикации
Результаты доложены на 11 международных и 7 российских конференциях: конференция «Нейронауки: теоретические и клинические аспекты» (Донецк, 2007; 2008); XV Международная конференция по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, сентябрь 2009); 11, 14, 15-ая Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2007; 2010; 2011); конференция «Экспериментальная и теоретическая биофизика» (Пущино, 2009; 2010); III Всероссийский, с международным участием, конгресс студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз-Россия 2010» (Нижний Новгород, май 2010); XIII Всероссийская научно-техническая конференция «Нейроинформатика-2011» (Москва, январь 2011); Международная конференция «Рецепторы и внутриклеточная сигнализация» (Пущино, май 2011); VII Международный междисциплинарный конгресс «Нейронаука для медицины и психологии» (Судак, июнь 2011).
По материалам диссертации опубликовано 25 печатных работ, из них 4 статьи в рецензируемых журналах, 5 статей в сборниках научных конференций и 16 - в виде тезисов научных конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертация включает введение, обзор литературы, объекты и методы исследования, результаты и их обсуждение, выводы и список цитируемой литературы.
Работа изложена на страницах, содержит таблиц и; рисунков.
Список литературы включает наименований отечественной и зарубежной литературы.
