Клеточно-молекулярные механизмы развития эпилептиформной активности в поле САI срезов гиппокампа Семьянов, Алексей Васильевич

Введение к работе

Актуальность темы: Эпилепсия представляет большую группу клинических заболеваний, которым подвергаются люди различных возрастов. По данным экспертов ВОЗ эпилепсия относится к числу наиболее распространенных заболеваний центральной нервной системы - эгаиепсией страдает около 2% населения Земного шара (Hopkins, 1987).

Исследование мехшшзмов развіггая эпилептиформной активность (ЭФА) в мозге преследует две цели: (1) выяснение фундамеїггальньгх механизмов функционирования нейронов и их сетей; (2) поішмание механизмов развития эпилепсии.

Данные последних лет заставляют обратить особое внимание на важную роль глутаматных синапсов не только в нормальной функциональной активности нейронов мозга, но и в эпилешогенезе (Bradford, 1995; Bernard and Wheal, 1995; Че-пурнов и Чепурнова, 1997). Особый интерес к этим синапсам объясняется тем, что oiffl обладают способностью длительно изменять эффективность проведения синаптического сигнала в зависимости от характера их предшествующей активации. Примером такого изменения является феномен долговременной потенциа-щш синаптической передачи (ДПСП). Однако, вопрос об участии ДПСП в клеточных механизмах эгашептогенеза до настоящего времени остается открытым (Cain, 1989; McEachern and Shaw, 1996). Кроме того, несмотря на шггенсквные исследования последних лег, роль мембранных и вігутриклеточньїх молекулярных механизмов, трансформирующих нормальный паттерн активности нейронов в эпилептиформный, во многом остается до сих пор неизвестной.

Так, несмотря на то, что с)ществующие экспериментальные данные указывают m важную роль Са²* как внутриклеточного регулятора нейроналыюй возбудимости (Schwartkroin and Slawsky, 1977; Kennedy, 1989; Vreugdenhil and Wad-man, 1994), его роль в клеточно-молекудярных механизмах инициации, поддержания и термииации эпилептнформиых пачечных спайковых разрядов остается не понятной. Не ясна прежде всего роль различных путей поступления Са²⁺ в клетку и участие регулируемого кальцием фосфорилирования нейрональных белков в клеточішх механизмах эпилептогенеза.

Поиск ответов на эти вопросы может пролить свет не только на механизмы, лежащие в основе перестройки нормального паттерна активности нейронов в эпилептиформный, но и способствовать созданию новых терапевтических подходов к лечению эпилепсии, коррек-пфующих нарушения гомеостаза Са²⁺ в кейро-

нах.

Цель и задачи исследования: Основной целью диссертационной работы являети исследование клеточно-молекулярных механизмов развития эпилептиформгай активности в поле СА1 срезов гиплокампа.

В конкретные задачи исследования входило следующее:

1. Показать возможность создания моделей эпилептогенеза in vitro с использованием изолированных срезов поля СА1 гиплокампа, которые напоминали бы развитие киндлинга in vivo и подходили бы для селективного изучения роли различных путей поступления Са²⁺ в клетку в долговременном снижении порога развития ЭФА.

2. Изучить связь развития такого in vitro киндлинг-подобного состояния (КПС) в поле СА1 срезов гиплокампа крыс с долговременной потенциацией глугаматергической синаптической передачи и увеличением возбудимости внесинаптиче-ской мембраны пирамидных нейронов.

3. Оценить роль NMDA-зависимых рецепторов глугамата и L-тша потенциал-зависимых Са²⁺ каналов (L-ПЗКК) в инициации этого состояния.

4. Исследовать возможное участие Са²⁺/кальмодулип-зависимой протешшшазы II (КаМК П) в инициации и поддержании in vitro киндлинг-подобного состояния.

5. Изучить особенности развития КПС в поле СА1 срезов гиплокампа крыс после традиционного киндлинга in vivo.

6. Сравнить развитие такого состояния у нормальных крыс Вистар и крыс, генетически предрасположенных к аудиогенным судорогам.

Научная новизна:

7. В представленной работе впервые была продемонстрирована возможность создания долговременного сіпгжения порога развигия ЭФА в нейронах срезов поля СА1 гиплокампа крыс, не зависящего от активности нейронов поля САЗ, путем кратковременных периодических эпизодов повышения внеклеточной кон-цеіпрации К⁺ (К⁺₀) или удаления внеклеточного Mg²⁺ (Mg²⁺₀). Это состояние по своим характеристикам во многом напоминало развитие традиционного электрического киндлинга in vivo и было определено как in vitro киндлинг-подобное состояние (КПС).

8. Впервые было показано, что развитие КПС, вызываемое эпизодами повышения К⁺о, сопровождается увеличением возбудимости пирамидных нейронов поля СА1, тогда как развитие КПС, вызываемое эпизодами удаления Mg²⁺₀, сопровождается увеличением эффективности глугаматергической синаптической

ередачи.

3. Впервые была проанализирована роль различных путей поступления Са ⁺ в летку в развитии КПС. Показано, что ключевую роль в этом процессе играет ход Са²⁺, опосредованный L-типом потенциал-зависимых Са²⁺ каналов, тогда ак Са²⁺ каналы, регулируемые №-метил-В-ашартатным подтипом (NMDA) ре-іепторов глутамата, оказывают модулирующее (облегчающее) действие. Эпилеп-огенные эффекты, связанные с поступлением Са²⁺ в пирамидные нейроны поля 'А1 гиппокампа, по крайней мере частично, опосредуются активацией !а²⁺/кальмодулин-зависимой протеинкиназы П.

4. Получены доказательства в пользу сходства механизмов развития электри-еского (традиционного), а также аудиогенного, киндлинга in vivo и развития ЭТС.

5. Показано, что нейроны поля СА1 срезов гиппокампа крыс, генетически гредрасположенных к развитию аудиогенной судорожной активности, не обла-;ают исходно более низким порогом генерации ЭФА, но являются менее чувст-ительными к развитию КПС по сравнению с нейронами этого поля нормальных рыс.

б. Был предложен новый метод оценки развития синхронизированной пачеч-;ой активности пирамидных нейронов поля СА1, позволяющий измерить не-ольшое снижение порога развития пачек популяционных спайков и дающий озможность его количественного анализа.

Научно-практическая ценность работы: Результаты, полученные в данной ра-оте, имеют как теоретическое значение для объяснения клеточных механизмов пилептогенеза, так и практическое для скрининга препаратов, обладающих эпи-ептогенным или противосудорожньш действием. Данные о роли кальциевых аналов в развитии эпилептогенеза могут быть применены для разработки нового ласса противосудорожных препаратов, влияющих на гомеостаз Са²⁺ в клетках оловного мозга. Получашый материал вошел в курс лекций по "Основам нейро-иологии", читаемый в Путинском государственном университете.

Апробация работы: Результаты работы доложены на Научной конференции о функциональной нейрохимии (Россия, Пушино, 18-20 сентября 1996), на Го-одской конференции молодых ученых (Россия, Пущино, 23-25 апреля 1997), на [ХХШ International Congress of Physiological Sciences (St.Petersburg, Russia, June 0 - July 5, 1997), на Общеинститутской конференции ИТЭБ РАН (Россия, Пу-дино, 3-4 декабря 1997), на заседании Путинского отделения Физиологического

общества РФ (Россия, Пушино, 15 апреля 1998).

Публикации: По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из "Введения", "Обзора литературы", "Материалов и методов", "Результатов и их обсуждения", "Заключения⁴ и "Выводов", изложена на 118 страницах и иллюстрирована 29 рисунками. В библиографическом списке указан 201 источник.