Введение к работе
Актуальность проблемы. Известно, что нарушениями интеллекта и
памяти сопровождается как процесс физиологического старения, так и целый ряд заболеваний человека. Ухудшение памяти - выраженный побочный эффект применения различных анксиолитических, седативных, снотворных средств и алкоголя. В этой связи поиск и создание новых соединений, обладающих способностью улучшать память и корректировать ее нарушения, является одной из наиболее актуальных проблем нейробиологии и нейрофармакологии.
Гиппокамп является одной из наиболее важных структур мозга, участвующих в процессах обучения и памяти. Повреждение гиппокампа нарушает кратковременную память и делает невозможным процесс консолидации новой информации (Виноградова, 1975; O'Keefe and Nadel, 1978; Olton and Papas, 1979; Cohen et al, 1993; Squire, 1992; Jarrard, 1995; Eichenbaum, 2001).
В качестве нейрофизиологической основы процессов обучения и формирования памяти рассматривают длительные изменения эффективности синаптической передачи (Hebb, 1949). Длительная потенциация синаптических ответов, как одна из форм синаптической пластичности, была обнаружена сначала в глутаматергических системах связей гиппокампа (Bliss and Lomo, 1973; Bliss and Collingridge, 1993), а затем и в других структурах мозга, вовлеченных в реализацию когнитивных функций - новой коре (Kirkwood and Bear, 1995) и неостриатуме (Calabresi et al, 2000).
Многие нейропептиды при внешнем введении способны модулировать процессы обучения и памяти. К числу положительных модуляторов относится гипоталамический нейропептид аргинин-вазопрессин (АВП), мнемотропные эффекты которого реализуются через структуры лимбической системы, главным образом гиппокамп, и могут быть опосредованы С-терминальными фрагментами молекулы, которые образуются в процессе метаболизма АВП мозговой тканью (De Wied, 1965; Burbach et al, 1983, 1984). Было установлено,
лишенный
что основной метаболит АВП -fpGlu4, Cyt }АВП(^9). nwmograra
; РОС. НАЦИОНАЛЬНА*
"SfM
БИБЛИОТЕКА
C.IU
< Ов
гормональной активности, обладает более выраженным и селективным действием на память, чем сам АВП, которое проявляется на различных моделях обучения (Burbach et al., 1983; Bunsey and Strupp, 1990; Strupp et al, 1990; Liu et al, 1990; Dietrich and Allen, 1997; Fujiwara et al, 1997; Hirano et al, 1998). Дополнительный интерес вызывает тот факт, что введением АВЩ4-9) может быть усилена функциональная толерантность к этанолу (Hoffman and Tabakoff, 1989; Szaboetal., 1991).
В ГУ НИИ фармакологии РАМН в ряду пептидных аналогов пирацетама Гудашевой Т.А был синтезирован .дипептид амид пироглутамиласпарагина (ПГА), структура которого идентична N-концевому фрагменту основного метаболита вазопрессина [pGlu4, Cyt6]ABII(4-9). При исследовании на стандартной модели условнорефлекторной реакции пассивного избегания ПГА проявил высокую мнестическую активность (Гудашева и др., 1995), несколько отличную по эффективности в отношении разных фаз памяти от действия основного метаболита АВЩ4-9).
Принимая во внимание, что мнемотропное действие основного метаболита АВЩ4-9) и других фрагментов молекулы вазопрессина реализуется через структуры гиппокампа (Burbach et al., 1983, 1984; Kovacs et al, 1986; Dietrich and Allen, 1997), можно предположить, что облегчение обучения и памяти под влиянием вазопрессиноподск. *х пептидов связано с их способностью модулировать пластические свойства синаптической передачи гиппокампа как ключевой структуры для запоминания новой информации. Это предположение было положено в основу настоящей работы, посвященной исследованию влияния коротких вазопрессиноподобных пептидов АВЩ4-9) и ПГА на реактивность и пластические свойства нейронов гиппокампа.
Цель исследования. Целью настоящей работы являлось исследование
нейрофизиологических механизмов модуляции памяти
вазопрессиноподобными пептидами - основным метаболитом вазопрессина АВЩ4-9) и его дипептидным фрагментом, амидом пироглутамиласпарагина, ПГА
5 Задачи исследования. Исходя из предположения о том, что в основе мнемотропного действия вазопрессиноподобных пептидов может лежать их способность вызывать длительные перестройки нейронной активности в гиппокампе, были поставлены следующие задачи:
I. Исследовать влияние пептидов на синаптическую пластичность нейронов гиппокампа в нормальных условиях, используя для этого модель длительной потенциации (ДП) как нейрофизиологической основы процессов обучения и памяти: 1) исследовать динамику изменений реактивности нейронных популяций гиппокампа после введения разных концентраций АВЩ4-9) и ПГА; 2) исследовать влияние АВЩ4-9) и ПГА на развитие и свойства ДП при разных интервалах между аппликацией и электрической высокочастотной стимуляцией (ВЧС) синаптического входа;
П. Исследовать влияние пептидов в условиях нарушения механизмов синаптической пластичности: 1) разработать модели экспериментального дефицита пластичности; 2) исследовать влияние АВЩ4-9) и ПГА на характеристики длительной потенциации синаптических ответов в условиях нарушения механизмов ее развития, обусловленного слабой (недостаточной) электрической стимуляцией синаптического входа; 3) исследовать влияние АВЩ4-9) и ПГА на характеристики ДП, индуцируемой электрической стимуляцией синаптического входа в условиях повреждения механизмов ее развития, обусловленного предварительным введением этанола.
Научная новизна работы определяется тем, что нами впервые изучено
действие основного метаболита аргинин-вазопрессина АВЩ4-9) и
синтетического аналога его дипептидного фрагмента
пироглутамиласпарагинамида (ПГА) на активность нейронных популяций гиппокампа. Предложен новый подход к исследованию модуляции синаптической пластичности нейронов гиппокампа вазопрессиноподобными пептидами, основанный на изучении следовых эффектов введения пептидов и их способности облегчать пластические перестройки в условиях экспериментального дефицита пластичности. Показано, что пептиды АВЩ4-9)
и ПГА, обладающие выраженной мнемотропной активностью в поведенческих экспериментах, модулируют синаптическую передачу в гиппокампе и обладают протекторным действием в отношении ее пластических свойств, лежащих в основе процессов обучения и памяти. Наиболее выраженный облегчающий эффект АВЩ4-9) и ПГА проявили при действии повреждающего фактора (этанол) и в условиях нарушения механизмов индукции ДП, обусловленного слабой стимуляцией (аналог модели недообученности в поведенческих экспериментах). Продемонстрированы отличительные особенности действия этих пептидов на активность нейронных популяций гиппокампа и свойства гиппокампальной ДП, которые могут составлять основу их мнемотропных эффектов.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные в ходе исследования данные демонстрируют, что модулирующее влияние АВЩ4-9) и ПГА на синаптическую пластичность нейронов гиппокампа может лежать в основе мнестического действия вазопрессиноподобных пептидов. Данные о различном влиянии гексапептида АВЩ4-9) и синтетического аналога его дипептидного фрагмента ПГА на реактивность нейронов гиппокампа и об особенностях их нормализующего действия в условиях экспериментального дефицита пластичности существенны для понимания механизмов мнестического действия вазопрессиноподобных пептидов и могут быть полезны при разработке новых ноотропных соединений. В связи с актуальностью проблемы фармакологической коррекции нарушений когнитивных функций обнаруженное в данном исследовании протекторное действие АВЩ4-9) и ПГА представляет интерес не только для фундаментальной науки, но и для практической медицины.
Положения, выносимые на защиту:
1. Вазопрессиноподобные пептиды АВЩ4-9) и ПГА облегчают проявления синаптической пластичности в форме длительной потенциации передачи возбуждения в синаптической системе коллатерали Шаффера -пирамидные нейроны поля СА1 гиппокампа.
-
Облегчение синаптической пластичности под действием АВЩ4-9) и ПГА наиболее выражено в условиях ее дефицита, обусловленного недостаточно интенсивной стимуляцией синаптического входа или влиянием этанола. Оба пептида облегчают развитие полноценной длительной потенциации при слабой ВЧС и защищают механизмы индукции длительной потенциации от повреждающего действия этанола.
-
Гексапептид АВЩ4-9) обладает более выраженным стимулирующим действием, чем его дипептидный фрагмент ПГА, вызывая дополнительный рост амплитуды поп-спайка популяции нейронов поля СА1 гиппокампа в условиях экспериментального дефицита синаптической пластичности.
Внедрение в практику. Результаты диссертационной работы доложены на научных конференциях и опубликованы в печати. Полученные данные отражают клеточный уровень действия веществ, на базе которых ведется разработка новых лекарственных препаратов, обладающих ноотропными свойствами.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 научных работ (3 статьи и 5 тезисов).
Апробация диссертационного материала. Основные результаты работы были доложены на научной конференции молодых ученых в ИВНД и НФ РАН (Москва, 2003), на научной конференции «Пластичность и структурно-функциональная взаимосвязь коры и подкорковых образований мозга» в ГУ НИИ мозга РАМН (Москва, 2003), на 18 и 19 Съездах Физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 2001; Екатеринбург, 2004), на Ученом Совете ГУ НИИ мозга РАМН (Москва, 2003, 2004).
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста и содержит введение, 5 глав, включающих обзор литературы, материал и методы, собственные данные, обсуждение и выводы. Список используемой литературы содержит 446 источников литературы - 24 отечественных и 422 иностранных. Диссертационная работа включает 4 таблицы и 18 рисунков.
