Введение к работе
Актуальность проблемы. Поведение является результатом взаимодействия большого числа нервных клеток, образующих центральную нервную систему. В простых нервных системах, таких, например, как нервные системы моллюсков, кольчатых червей, активность достаточно несложных систем нейронов может лежать в основе определенных простых форм поведения, которые у животных с относительно небольшим набором реакций легко идентифицируемы. Использование клеточных аналогов простых форм поведения беспозвоночных, в частности, привыкания, позволяет подробно изучить клеточные механизмы, лежащие в основе элементарных видов поведения, характерных для всех животных.
В основе той или иной формы приобретенного поведения лежит нейронная
пластичность, суть которой заключается в изменении эффективности передачи
сигналов от нейрона к нейрону. Изучение механизмов различных видов
синаптической пластичности на клеточном уровне, прежде всего, заключается в
исследовании сенситизации/десенситизации рецепторов, трансдукции сигналов от
рецепторов, вторичных посредников, процессов
фосфорилирования/дефосфорилирования, внутриклеточного транспорта.
Наша работа посвящена изучению механизмов, лежащих в основе подавления оборонительной реакции Helix lucorum (виноградной улитки) в ответ на повторную неповреждающую тактильную стимуляцию. Это очень удобная модель привыкания, так как данная форма поведения улитки обеспечивается ослаблением возбудимости крупных нейронов париетального и плеврального ганглиев, в том числе второго левого (ЛПа2), третьего левого (ЛПаЗ), второго правого (ППа2), третьего правого (ППаЗ) париетальных нейронов, на которых проведено данное исследование (Balaban, 2002). Повторяющаяся аппликация ацетилхолина на дорсальную поверхность указанных нейронов приводит к депрессии вызванного трансмембранного тока (АХ-тока). При этом динамика депрессии тока сходна с динамикой ослабления оборонительной реакции, которой управляют нейроны париетальных ганглиев (Нистратова, Пивоваров, 2004). В
4 данной работе мы исследуем постсинаптический механизм кратковременной (то есть не зависящей от синтеза белка) депрессии.
Цели и задачи исследования. Целью работы было исследование роли мобильности ацетилхолиновых рецепторов командных нейронов оборонительного поведения виноградной улитки на клеточном аналоге привыкания. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
Исследовать роль эндо- и экзоцитоза ацетилхолиновых рецепторов в молекулярном механизме обратимой депрессии холиночувствительности командных нейронов оборонительного поведения виноградной улитки.
Исследовать роль микротрубочек и актиновых филаментов в механизме обратимой депрессии холиночувствительности командных нейронов.
Установить роль основных протеинкиназ - РКА (Protein kinase А), РКС (Protein kinase С), PKG (Protein kinase G), p38 МАРК (p38 mitogen-activated protein kinase), CaMKII (Ca27calmodulin-dependent protein kinase II), тирозиновых протеинкиназ (TyrPK) - в механизме кратковременной депрессии холиночувствительности.
Положения, выносимые на защиту.
1. Депрессия холиночувствительности командных нейронов
оборонительного поведения виноградной улитки на клеточном аналоге
привыкания обусловлена динамин-зависимой интернализацией ацетилхолиновых
рецепторов.
В молекулярный механизм депрессии холиночувствительности командных нейронов вовлечены элементы цитоскелета - актиновые филаменты и микротрубочки.
Кратковременная депрессия холиночувствительности командных нейронов зависит от активности РКА, PKG, р38 МАРК, СаМКП и тирозиновых протеинкиназ.
Научная новизна. В работе впервые показано, что динамин-зависимая интернализация ацетилхолиновых рецепторов лежит в основе механизма привыкания на клеточном уровне, то есть ослабления оборонительной реакции виноградной улитки в ответ на повторяющийся неповреждающий стимул.
Впервые продемонстрирована важная роль элементов цитоскелета (микротрубочек и актиновых филаментов) в механизме кратковременной постсинаптической депрессии на клеточном аналоге привыкания.
Два вышеприведенных факта подтверждают сходство механизмов, лежащих в основе нейронной пластичности в нервных системах позвоночных и беспозвоночных животных, и подтверждают оправданность использования клеточных аналогов простых форм поведения, исследования механизмов нейронной пластичности беспозвоночных как удобных и универсальных моделей в нейробиологии.
В нашем исследовании уточнена роль клеточных сигнальных каскадов, связанных с активностью основных протеинкиназ, вовлеченных в различные формы синаптической пластичности, в частности, - в кратковременную депрессию холиночувствительности нейронов. Ранее также исследовалась роль некоторых протеинкиназ и связанных с ними вторичных посредников в механизме кратковременной пластичности исследуемых нейронов (Пивоваров и др., 1989; Пивоваров и др., 1990; Пивоваров, 1992; Pivovarov, 1995). В настоящее время появилась возможность исследовать механизмы пластичности, применяя более селективные ингибиторы.
Научно-практическая ценность работы. Проведенное исследование имеет важное теоретическое значение - результаты данной работы существенно дополняют представления о механизме кратковременного привыкания.
Полученные результаты исследования могут быть использованы для поиска лекарственных средств, влияющих на обучение.
Апробация работы. Основные материалы диссертации были представлены на научной конференции IX East European Conference of the International Society for Invertebrate Neurobiology, Simpler Nervouus Systems (Санкт-Петербург, 2009); XXI Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Калуга, 2010); на заседании кафедры высшей нервной деятельности биологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ, из них 4 статьи и тезисы 4 докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из списка использованных сокращений, введения, обзора литературы, методики, результатов исследования, их обсуждения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 86 страницах, содержит 21 рисунок. Список цитируемой литературы включает 122 источника, из них 13 отечественных.
