Властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі

Властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі

З використанням методики „петч­клемп” реєстрували трансмембранні струми та потенціали в парах синаптично зв’язаних кокультивованих первинних аферентних нейронів (клітин спінальних гангліїв – СГ) та нейронів дорсальних рогів (ДР) спинного мозку щурів, визначаючи особливості вивільнення глутамату т...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2013
Автори: Шипшина, М.С., Веселовський, М.С.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України 2013
Назва видання:Нейрофизиология
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148050
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі / М.С. Шипшина, М.С. Веселовський // Нейрофизиология. — 2013. — Т. 45, № 2. — С. 119-124. — Бібліогр.: 20 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-148050
record_format dspace
spelling irk-123456789-1480502019-02-17T01:25:11Z Властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі Шипшина, М.С. Веселовський, М.С. З використанням методики „петч­клемп” реєстрували трансмембранні струми та потенціали в парах синаптично зв’язаних кокультивованих первинних аферентних нейронів (клітин спінальних гангліїв – СГ) та нейронів дорсальних рогів (ДР) спинного мозку щурів, визначаючи особливості вивільнення глутамату та гліцину у відповідних синапсах. Аналізуючи розподіли амплітуд постсинаптичних струмів, зареєстрованих у нейронах ДР, визначали квантові параметри викиду даних нейротрансмітерів. Показано, що вивільнення квантів нейротрансмітерів внаслідок надходження пресинаптичного потенціалу дії до синапсів глутамат­ та гліцинергічних нейронів СГ здійснюється незалежно. Ймовірність викиду трансмітера підпорядковується біноміальній статистиці. Є підстави вважати, що пресинаптичний нейрон СГ формує на постсинаптичній клітині ДР в умовах кокультури декілька синаптичних з’єднань. Зроблено висновок, що пресинаптичні терміналі даних синапсів можуть мати більше однієї зони вивільнення трансмітера; це не виключає можливості багатоквантового вивільнення гліцину або глутамату в декількох зонах викиду в процесі нейропередачі 2013 Article Властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі / М.С. Шипшина, М.С. Веселовський // Нейрофизиология. — 2013. — Т. 45, № 2. — С. 119-124. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. 0028-2561 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148050 57.085.23+612.811.3+612.834 uk Нейрофизиология Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
description З використанням методики „петч­клемп” реєстрували трансмембранні струми та потенціали в парах синаптично зв’язаних кокультивованих первинних аферентних нейронів (клітин спінальних гангліїв – СГ) та нейронів дорсальних рогів (ДР) спинного мозку щурів, визначаючи особливості вивільнення глутамату та гліцину у відповідних синапсах. Аналізуючи розподіли амплітуд постсинаптичних струмів, зареєстрованих у нейронах ДР, визначали квантові параметри викиду даних нейротрансмітерів. Показано, що вивільнення квантів нейротрансмітерів внаслідок надходження пресинаптичного потенціалу дії до синапсів глутамат­ та гліцинергічних нейронів СГ здійснюється незалежно. Ймовірність викиду трансмітера підпорядковується біноміальній статистиці. Є підстави вважати, що пресинаптичний нейрон СГ формує на постсинаптичній клітині ДР в умовах кокультури декілька синаптичних з’єднань. Зроблено висновок, що пресинаптичні терміналі даних синапсів можуть мати більше однієї зони вивільнення трансмітера; це не виключає можливості багатоквантового вивільнення гліцину або глутамату в декількох зонах викиду в процесі нейропередачі
format Article
author Шипшина, М.С.
Веселовський, М.С.
spellingShingle Шипшина, М.С.
Веселовський, М.С.
Властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі
Нейрофизиология
author_facet Шипшина, М.С.
Веселовський, М.С.
author_sort Шипшина, М.С.
title Властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі
title_short Властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі
title_full Властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі
title_fullStr Властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі
title_full_unstemmed Властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі
title_sort властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі
publisher Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
publishDate 2013
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148050
citation_txt Властивості квантового вивільнення глутамату та гліцину в синапсах між первинними аферентними нейронами та нейронами дорсального рога в кокультурі / М.С. Шипшина, М.С. Веселовський // Нейрофизиология. — 2013. — Т. 45, № 2. — С. 119-124. — Бібліогр.: 20 назв. — укр.
series Нейрофизиология
work_keys_str_mv AT šipšinams vlastivostíkvantovogovivílʹnennâglutamatutaglícinuvsinapsahmížpervinnimiaferentniminejronamitanejronamidorsalʹnogorogavkokulʹturí
AT veselovsʹkijms vlastivostíkvantovogovivílʹnennâglutamatutaglícinuvsinapsahmížpervinnimiaferentniminejronamitanejronamidorsalʹnogorogavkokulʹturí
first_indexed 2025-07-11T03:42:40Z
last_indexed 2025-07-11T03:42:40Z
_version_ 1837320502014640128
fulltext NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2013.—T. 45, № 2 119 УДК 57.085.23+612.811.3+612.834 М. С. ШИПШИНА1, М. С. ВЕСЕЛОВСЬКИЙ1,2 ВЛАСТИВОСТІ КВАНТОВОГО ВИВІЛЬНЕННЯ ГЛУТАМАТУ ТА ГЛІЦИНУ В СИНАПСАХ МІЖ ПЕРВИННИМИ АФЕРЕНТНИМИ НЕЙРОНАМИ ТА НЕЙРОНАМИ ДОРСАЛЬНОГО РОГА В КОКУЛЬТУРІ Надійшла 31.10.12 З використанням методики „петч­клемп” реєстрували трансмембранні струми та потен- ціали в парах синаптично зв’язаних кокультивованих первинних аферентних нейронів (клітин спінальних гангліїв – СГ) та нейронів дорсальних рогів (ДР) спинного мозку щурів, визначаючи особливості вивільнення глутамату та гліцину у відповідних синап- сах. Аналізуючи розподіли амплітуд постсинаптичних струмів, зареєстрованих у ней­ ронах ДР, визначали квантові параметри викиду даних нейротрансмітерів. Показано, що вивільнення квантів нейротрансмітерів внаслідок надходження пресинаптичного потенціалу дії до синапсів глутамат­ та гліцинергічних нейронів СГ здійснюється не- залежно. Ймовірність викиду трансмітера підпорядковується біноміальній статистиці. Є підстави вважати, що пресинаптичний нейрон СГ формує на постсинаптичній клі- тині ДР в умовах кокультури декілька синаптичних з’єднань. Зроблено висновок, що пресинаптичні терміналі даних синапсів можуть мати більше однієї зони вивільнення трансмітера; це не виключає можливості багатоквантового вивільнення гліцину або глу- тамату в декількох зонах викиду в процесі нейропередачі. КЛЮчОВІ СЛОВА: нейрони спінальних гангліїв (СГ), нейрони дорсальних рогів (ДР) спинного мозку, синаптична передача, глутамат, гліцин, квантовий аналіз, біноміальний закон. 1Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, Київ (Україна). 2Міжнародний центр молекулярної фізіології НАН України, Київ (Україна). Ел. пошта: shypshyna.mariia@gmail.com (М. С. Шипшина). ВСТУП Процес синаптичної передачі є ключовим момен- том розповсюдження аферентних сигналів по ней­ ронних шляхах; цей процес у нейронних мережах зазнає модуляції на різних рівнях передачі. Одні- єю з властивостей нейропередачі, що неодноразо- во відмічалась у нейронах різних регіонів мозку, є варіабельність відносної інтенсивності („ваги”) синаптичної дії; така варіабельність відображуєть- ся у флуктуаціях амплітуд постсинаптичних відпо- відей, викликаних активацією поодинокого синап- тичного входу [1–3]. Дані властивості синаптичної передачі можуть бути описані з використанням стандартної квантової моделі. Відповідно до теорії квантового викиду, викли- кане пресинаптичним потенціалом дії (ПД) вивіль- нення нейротрансмітера відбувається дискретно (квантами) і має імовірнісний характер [4]. Амп- літуда постсинаптичної відповіді в даному випад- ку відображує суму квантових викидів медіатору в усіх зонах вивільнення в синапсі. Таким чином, найважливішим параметром викликаної синаптич- ної події є ймовірність вивільнення квантів транс- мітера. Як вважається, процес його вивільнення в окремих синапсах, якщо врахувати варіацію числа квантів, вивільнених у відповідь на пресинаптич- ний ПД, задовольняє статистичному закону Пуас- сона [5]. У багатьох структурах ЦНС вивільнення нейротрансмітерів у міжнейронних синапсах може підпорядковуватися біноміальній статистиці [6–8]. У попередніх роботах було виявлено, що в умо- вах кокультивування первинних сегментарних афе- рентних нейронів (клітин спінальних гангліїв – СГ) та нейронів дорсальних рогів (ДР) спинного мозку щурів нейропередача в синапсах між нейро- нами СГ та ДР відбувається в основному завдяки пресинаптичному вивільненню глутамату та гліци- ну [9, 10]. У даній роботі охарактеризовані особли- NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2013.—T. 45, № 2120 М. С. ШИПШИНА, М. С. ВЕСЕЛОВСЬКИЙ вості квантового вивільнення цих нейромедіаторів у збуджувальних та гальмівних синапсах поодино- ких первинних аферентних нейронів в умовах ко- культивування з нейронами ДР. МЕТОДИКА Кокультуру нейронів ДР та СГ щурів отримували згідно з методикою, що була описана раніше [10]. З використанням методу «петч­клемп» у конфігу- рації «ціла клітина» від нейронів ДР, синаптично зв’язаних з нейронами СГ, відводили моносинап- тичні постсинаптичні струми (ПСС), викликані ге- нерацією ПД у нейроні СГ (вПСС), а також спон- танні ПСС. Як виявилося, такі струми найчастіше є збуд жувальними (ЗПСС), але в частині нейро- нів ДР в умовах наших експериментів реєструва- лись і моносинаптичні гальмівні ПСС (ГПСС). ПД у нейронах СГ викликали, прикладаючи до них по- штовхи струму 50 пА тривалістю 30 мс. Внутрішньоклітинний розчин у петч­піпетках вміщував (у мілімолях на 1 л): калію глюконат – 155, EGTA – 0.5, MgCl2 – 1, HEPES – 20 (pH до- водили до 7.4, додаючи КOH). До складу базового позаклітинного розчину входили (у мілімолях на 1 л): NaCl – 140, KCl – 3, CaCl2 – 2, МgCl2 – 2, глю- коза – 12, HEPES – 20 (pH доводили до 7.4 за допо- могою додавання NaOH). Мініатюрні ПСС (мЗПСС та мГПСС) у клітинах ДР реєстрували в позаклі- тинному розчині, що вміщував 0.5 Са2+, 10 мМ Mg2+ та 0.25 мкМ ТТХ. Експерименти виконували при температурі 20–22 °С; кокультура мала низь- ку щільність (20–30 тис. клітин/см2), що дозволя- ло візуально виявляти місця можливих синаптич- них контактів. Аплікацію розчинів, до складу яких входили блокатори збуджувальної (DNQX, DL­AP5) та гальмівної (бікукуліну метіодид, стрихнін) не- йропередачі, виконували з використанням систе- ми швидкої зміни розчинів (2 мл/хв). Реактиви для електрофізіологічних експериментів були отримані від компанії «Sigma» (США). Основні квантові параметри вивільнення нейро- транмітерів (величину ефекту вивільнення одного кванта Q, середній квантовий вміст m та кількість квантових подій n) визначали із застосуванням на- ступних методик. Гістограмний метод з апроксима- цією розподілів амплітуд викликаних ПСС (вЗПСС та вГПСС) декількома функціями Гауса викорис- товували для візуальної ідентифікації рівновід- далених мод, що повторювались із визначеним періодом; це інтерпретується як набір незалеж- них квантових подій [11]. Аналізували параметри вЗПСС та вГПСС, які були ідентичними за кінетич- ними параметрами наростання та спаду. Результати аналізу мініатюрних та спонтанних постсинаптич- них струмів (мПСС та сПСС відповідно), спостере- жуваних у нейронах ДР, використовували для під- твердження припущення про величину поодинокої квантової події. Для опису ймовірності вивільнен- ня нейромедіаторів застосовували просту біномі- альну статистику. Згідно з простою біноміальною моделлю ймовірність спостереження викиду пев- ної кількості квантових одиниць x у даній реєстра- ції вПСС має вигляд: xnx xxn n ppxP − − −= )1()( !)!( ! , де n – загальна кількість квантів, здатних вивіль- нюватися після надходження пресинаптичного ПД («запас» квантів), а p – імовірність вивільнення окремих квантів. Теоретичні значення середнього квантового вмісту m (середньої кількості квантів трансмітера, що вивільняються у відповідь на пре- синаптичний імпульс) розраховували за біноміаль- ним законом: m = n · p. Експериментальні значення m розраховували як відношення середньої ампліту- ди ПСС (Iсер) до середньої величини постсинаптич- ної відповіді, еквівалентної викиду поодинокого кванта медіатору (Q, прямий метод). Придатність біноміальної статистики для опису експеримен- тальних даних визначали за відповідністю величин m, розрахованих із застосуванням першого та дру- гого методів [12]. Аналіз даних виконували з використанням про- грамних пакетів «Clampfit 9.0» («Axon Instruments», США), «Excel 2007» («Microsoft Corporation», США) та “OriginPro 8” («OriginLab Corporation», США). Числові дані представлені як середні ± по- хибка середнього (s.e.m.); розміри виборок усеред- нення наведені в дужках. РЕЗУЛЬТАТИ Вивільнення глутамату та гліцину в синапсах нейронів СГ на нейронах ДР досліджували на 14­ту добу кокультивування. Квантовий аналіз про- водили для пар нейронів з істотною флуктуацією амплітуд ПСС. Квантові властивості вивільнення глутамату. вЗПСС, мЗПСС та спонтанні ЗПСС (сЗПСС) від- водили від нейронів ДР при підтримуваному по- тенціалі –70 мВ за наявності в позаклітинному роз- чині блокаторів гліцинергічної та ГАМК­ергічної NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2013.—T. 45, № 2 121 ВЛАСТИВОСТІ КВАНТОВОГО ВИВІЛЬНЕННЯ ГЛУТАМАТУ ТА ГЛІЦИНУ В СИНАПСАХ нейропередачі, 1 мкМ стрихніну та 10 мкМ біку- куліну відповідно. сЗПСС мали швидку кінети- ку наростання та спаду (середній час наростан- ня складав 2.31 ± 0.58, а τ спаду – 4.50 ± 0.92 мс; n = 5). Середнє значення амплітуд сЗПСС зале- жало від підтримуваного потенціалу на мембра- ні нейронів ДР. Потенціал реверсії таких сЗПСС складав у середньому –5.12 ± 2.31 мВ (n = 5). До- давання у зовнішньоклітинний розчин блокаторів глутаматергічної нейропередачі DNQX (10 мкМ) та DL­AP5 (10 мкМ) призводило до повного обо- ротного блокування сЗПСС, що характеризує дані струми як глутаматіндуковані. У розподілах амп- літуд сЗПСС, зареєстрованих у восьми різних клі- тинах ДР, спостерігалися дві–чотири добре візу- ально ідентифікованих моди; розподіли задовільно апроксимувалися сумою кривих Гауса (рис. 1, Б). В усіх випадках значення середньої відстані між мо- дами суміжних нормальних компонентів розподілу не відрізнялися від значень для першої моди полі- модальних амплітудних гістограм і дорівнювали в середньому 20.62 ± 0.82 пА (n = 12). мЗПСС у клітинах ДР реєстрували в умовах зни- женої ймовірності викиду трансмітера. Середній час наростання мЗПСС дорівнював 3.07 ± 0.35, а τ спаду – 5.51 ± 0.53 мс (n = 5). Розподіли амплітуд мЗПСС були унімодальними і задовільно апрокси- мувались однією гаусіаною з модою на значенні 20.47 ± 0.69 пА (n = 5) (рис. 1, А). Глутаматергічні вЗПСС, які виникали в клітинах ДР у відповідь на прикладання поодиноких ПД у нейронах СГ, за своїми кінетичними характеристи- ками та потенціалзалежністю відповідали сЗПСС та мЗПСС. Апроксимації амплітудних гістограм вЗПСС (n = 10) суперпозицією декількох гаусових кривих виявили декілька рівновіддалених мод, се- редня відстань між якими складала 20.40 ±1.96 пА. Кількість чітко розрізнюваних мод у різних парах нейронів варіювала від трьох до семи (рис. 1, В). Оскільки відстань між окремими модами розпо- ділів амплітуд інтегральних ПСС інтерпретуєть- ся як величина ефекту вивільнення одного кванта 2 4 6 2 4 6 –20 0 10 20 0 –40 –80 –120 0 20 40 –60 –40 –20 0 50 100 0 2 4 6 8 0 50 100 Q = –20.3 пА n = 8 p = 0.4 Iс = –74.5 пА Р и с. 1. Квантовий викид глутамату в синапсах нейронів спінальних гангліїв на нейронах дорсального рога спинного мозку щура. А–В – типові розподіли амплітуд мініатюрних (мЗПСС), спонтанних (сЗПСС) та викликаних (вЗПСС) глутаматергічних постсинаптичних струмів відповідно. На верхніх фрагментах Б та В – суперпозиції записів сЗПСС та вЗПСС. По осі абсцис – амплітуда мЗПСС (А), сЗПСС (Б) та вЗПСС (В); по осі ординат – число подій. Г – розподіл кількості одночасно вивільнених квантів n (вісь абсцис), побудований на основі гістограми В: стовпчаста гістограма – експериментальні дані, крива – апроксимація розподілу біноміальною функцією. Д – графік лінійної регресії величин m та ḿ: m – середній квантовий вміст, розрахований за біноміальним законом (вісь абсцис), ḿ – середній квантовий вміст, визначений за відношенням середньої амплітуди вЗПСС до середньої величини кванта (вісь ординат). A пА пА 50 мс 5 мс 20 пА 20 пА пА Б В Г Д NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2013.—T. 45, № 2122 М. С. ШИПШИНА, М. С. ВЕСЕЛОВСЬКИЙ трансмітера, середня величина поодинокої кванто- вої події, пов’язпної з викидом глутамату, при під- тримуваному потенціалі –70 мВ складає приблизно 20 пА. Це повністю відповідає ефекту викиду поо- динокого кванта, розрахованому при аналізі сЗПСС та мЗПСС (n = 9). Для опису ймовірності вивільнення глутамату в синапсах поодиноких нейронів СГ використовува- ли біноміальну статистику, для чого був здійсне- ний перехід від неперервного амплітудного роз- поділу до розподілу дискретних квантових подій (рис. 1, Г). Оскільки величини окремих квантових подій розподілені за нормальним законом, у серії реєстрацій вЗПСС кількість викидів одного кванта трансмітера визначали як кількість вЗПСС з амп- літудою в діапазоні –10…–30 пА, двох квантів – як число вЗПСС з амплітудою в діапазоні –30… –50 пА і т. д. Експериментально визначені таким чином кількості квантових подій n (0, 1, 2 і т. д.) у відповідь на дію пресинаптичного ПД добре коре- лювали з такими, визначеними за біноміальним за- коном (r2 = 0.92). Значення квантового вмісту m для досліджува- них пар нейронів були розраховані відповідно до біноміального закону та за прямим методом. Гра- фічна репрезентація відповідності між величина- ми квантового вмісту, розрахованими для 10 пар нейронів, задовільно апроксимувалася лінійною функцією із нахилом 45° (рис. 1, Д). Жорстка коре- ляція (r = 0.97) є фактом, що підтримує початкову гіпотезу про величину квантової події та про при- датність біноміального закону розподілу для опису отриманих експериментальних даних. Квантовий аналіз вивільнення гліцину в синап­ сах нейронів СГ на клітинах ДР. Гліцинергічні ви- кликані, мініатюрні та спонтанні ГПСС (мГПСС та сГПСС відповідно) реєстрували в нейронах ДР при підтримуваному потенціалі –60 мВ у присут- ності блокаторів глутаматергічної (20 мкМ DNQX та 20 мкМ DL­AP5) та ГАМК­ергічної (10 мкМ бі- кукуліну метіодиду) нейропередачі. Додавання в позаклітинний розчин стрихніну в концентрації 0.5 мкМ призводило до повного та оборотного бло- кування ГПСС. Значення амплітуд сГПСС флук- туювали відносно декількох кратних величин, що відповідали положенням мод у розподілах амплі- 0 10 20 0 20 40 20 40 60 80 100 0 10 20 0 4 8 12 0 20 40 Q =10.2 пА p = 0.6 n = 11 Iс= 64.7 пА 4 8 4 8 0 20 0 10 A Б Д В Г пА пА пА 10 мс 100 мс 10 пА 10 пА Р и с. 2. Квантовий викид гліцину в синапсах нейронів спінальних гангліїв на нейронах дорсального рога. Позначення та пояснення ті ж самі, що й на рис. 1. NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2013.—T. 45, № 2 123 ВЛАСТИВОСТІ КВАНТОВОГО ВИВІЛЬНЕННЯ ГЛУТАМАТУ ТА ГЛІЦИНУ В СИНАПСАХ туд даних струмів (рис. 2, Б). Гістограми амплітуд сГПСС добре апроксимувалися декількома криви- ми Гауса. Значення першої моди таких розподілів дорівнювало 11.6 ± 1.43 пА (n = 12), що відпові- дало значенню середньої амплітуди мГПСС, заре- єстрованих у нейронах ДР (А). Згідно з результа- тами аналізу сГПСС та мГПСС ефект вивільнення кванта гліцину дорівнював у середньому 10 пА. Гістограми амплітуд вГПСС також апроксимува- лися сумою кривих Гауса (рис. 2, В). Для кожно- го розподілу були характерні декілька рівновідда- лених мод, кількість яких у різних парах нейронів (n = 10) варіювала від двох до семи. Середня від- стань між модами складала 10.8 ± 1.03 пА, і це зна- чення вірогідно не відрізнялося від середньої ве- личини квантової події, розрахованої при аналізі сГПСС та мГПСС. Аналогічно викиду глутамату, ймовірність ви- вільнення гліцину в синапсах нейронів СГ підпо- рядковувалася біноміальній статистиці. Про це свід- чить жорстка кореляція (r = 0.98) між кількостями квантових подій, що опосередковують вГПСС, та такими, визначеними за біноміальним законом (рис. 2, Г). За кількість реалізацій одного кванта гліцину приймали число подій у діапазоні 6…16 пА гісто- грам амплітуд, двох – у діапазоні 16…26 пА і т. д. На адекватність використання біноміальної статистики вказує висока кореляція (r = 0.97) величин квантово- го вмісту m, розрахованих за біноміальним законом та прямим методом (Д). ОБГОВОРЕННЯ У даній роботі охарактеризована квантова приро- да вивільнення нейротрансмітерів глутамату та гліцину в синапсах нейронів СГ на нейронах ДР в умовах кокультури. Факт наявності гальмівних гліцинергічних синаптичних з’єднань між части- ною нейронів СГ та ДР у згаданих умовах обгово- рювався раніше [9, 10]. Результати нашого дослідження доводять, що амплітуди глутамат­ та гліцинергічних вПСС опо- середковані кількістю одночасно вивільнених квантів медіатору з активних зон синапсів, залуче- них у збудження. Відомо, що в умовах in vivo та при сумісному культивуванні поодинокі первин- ні аферентні нейрони формують значну кількість синаптичних контактів (45–55) на окремих пост- синаптичних нейронах спинного мозку [13, 14]. У нормальних умовах імпульсація пресинаптично- го нейрона СГ забезпечує досить великі значен- ня квантового вмісту при передачі збуджувальних сигналів. Очевидно, що невеликі значення кван- тового вмісту (два–сім для глутаматергічних та два–10 для гліцинергічних синапсів) у наших екс- периментах вказують на наявність відносно неве- ликої кількості синаптичних контактів, утворених по одинокими нейронами СГ на нейронах ДР у ко- культурі низької щільності. За даними електронномікроскопічних дослід­ жень, бутони первинних аферентів на нейронах спинного мозку в умовах in vivo розрізняються за кількістю зон вивільнення нейротрансмітера і ма- ють від однієї до чотирьох таких активних зон [15, 16]. Враховуючи вищезазначене, полімодальність амплітудних розподілів вЗПСС та вГПСС, очевид- но, відображує квантове вивільнення в декількох первинних аферентних синапсах із кількома зона- ми вивільнення, що характеризує такий викид як багатоквантовий [2, 5, 17]. Біноміальна статистика широко використовуєть- ся для опису квантового вивільнення в синапсах нейронів у різних структурах мозку в умовах від- носно високої ймовірності вивільнення трансміте- ра [6–8, 18]. За нашими даними, проста біноміальна модель задовільно описує властивості вивільнення глутамату та гліцину в синапсах поодиноких пер- винних аферентних нейронів на нейронах ДР в умовах кокультури і може бути адекватно застосо- вана для визначення ймовірності викиду квантів у вказаних синапсах. Придатність біноміальної мо- делі була також визнана в низці попередніх дослід­ жень in vivo при статистичному описі квантового вивільнення глутамату в синапсах, утворених по- одиноким первинним аферентним волокном на мо- тонейронах спинного мозку [19, 20]. В умовах in vivo під час нейропередачі від ней­ ронів СГ до нейронів ДР відбувається синхронне вивільнення нейротрансмітера в багатьох синап- сах первинного аферентного нейрона після проход­ ження ПД по його волокну. Інтегральні відповіді в такому випадку характеризуються великими зна- ченнями квантового вмісту, але квантова природа процесу при цьому виявляється менш очевидно. На фізіологічному рівні активація значної кількості терміналей мінімізує вплив флуктуацій відповідей, зумовлених збудженням окремих закінчень, на ве- личину інтегральної відповіді. Тим самим збільшу- ється надійність передачі соматосенсорного сигна- лу. Дослідження в нашій моделі (кокультурі низької щільності) з невеликою кількістю синапсів, а отже, NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2013.—T. 45, № 2124 М. С. ШИПШИНА, М. С. ВЕСЕЛОВСЬКИЙ з невеликим значенням квантового вмісту дозволяє адекватно вивчати квантову природу викиду нейро- трансмітерів у первинних аферентних синапсах. Робота виконана за часткової фінансової підтрим- ки Програми наукових досліджень НАН України (грант № 010U004760), проекту НАН України «Функціональна ге- номіка міжнейронної взаємодії та субнейронних процесів в нормальних та патологічних умовах» (0112U001476) та сумісного російсько­українського проекту наукових дослі- джень (0112U004111). СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. S. Lefort, C. Tomm, J. C. Floyd, et al., “The excitatory neuronal network of the C2 barrel column in mouse primary somatosensory cortex,” Neuron, 61, No. 2, 301­316 (2009). 2. A. Loebel, G. Silberberg, D. Helbig, et al., “Multiquantal release underlies the distribution of synaptic efficacies in the neocortex,” Front Comput. Neurosci., 27, No. 3, 1­13 (2009). 3. S. Song, P. J. Sjoström, M. Reigl, et al., “Highly nonrandom features of synaptic connectivity in local cortical circuits,” PLoS. Biol., 3, No. 3, e68 (2005). 4. J. Castillo and B. Katz, “Quantal components of the end­plate potential,” J. Physiol., 124, No. 3, 560­573 (1954). 5. S. A. Fedulova and N. S. Veselovsky, “Quantal GABA release in hippocampal synapses: role of local Ca2+ dynamics within the single terminals,” Eur. J. Pharmacol., 447, Nos. 2/3, 163­ 171 (2002). 6. A. D’Errico, F. Prestori, and E. D’Angelo, “Differential induc t ion o f b id i rec t iona l long­ te rm changes in neurotransmitter release by frequency­coded patterns at the cerebellar input,” J. Physiol., 587, No. 24, 5843­5857 (2009). 7. E. Sola, F. Prestori, P. Rossi, et al., “Increased neurotransmitter release during long­term potentiation at mossy fibre­granule cell synapses in rat cerebellum,” J. Physiol., 557, No. 3, 843­ 861 (2004). 8. H. Korn and D. S. Faber, “Quantal analysis and synaptic efficacy in the CNS,” Trends Neurosci., 14, No. 10, 439­445 (1991). 9. M. S. Shipshina, S. A. Fedulova, and N. S. Veselovsky, “Induction of long­term depression of synaptic transmission in a co­culture of DRG and spinal dorsal horn neurons of rat,” Neurophysiology, 43, No. 4, 356­368 (2011). 10. M. S. Shypshyna and M. S. Veselovsky, “Characteristics of sensory neurotransmission in co-culture of neurons from the dorsal root ganglion and dorsal horn spinal cord in rats,” Fiziol. Zh., 56, No. 4, 26­36 (2010). 11. F. A. Edwards, A. Konnerth, and B. Sakmann, “Quantal analysis of inhibitory synaptic transmission in the dentate gyrus of rat hippocampal slices: a patch­clamp study,” J. Physiol., 430, 213­249 (1990). 12. L. L. Voronin, “On the quantal analysis of hippocampal long-term potentiation and related phenomena of synaptic plasticity,” Neuroscience, 56, No. 2, 275­304 (1993). 13. A. G. Brown, “The dorsal horn of the spinal cord,” Quart. J. Exp. Physiol., 67, No. 2, 193­212 (1982). 14. E. A. Neale, P. G. Nelson, R. L. MacDonald, et al., “Synaptic interactions between mammalian central neurons in cell culture. III. Morphophysiological correlates of quantal synaptic transmission,” J. Neurophysiol., 49, No. 6, 1459­ 1468 (1983). 15. M. A. Henry, N. A. Nousek­Goebl, and L. E. Westrum, “Light and electron microscopic localization of calcitonin gene­ related peptide immunoreactivity in lamina II of the feline trigeminal pars caudalis/medullary dorsal horn: a qualitative study,” Synapse, 13, No. 2, 99­107 (1993). 16. B. Walmsley, E. Wieniawa­Narkiewicz, and M. J. Nicol, “The ultrastructural basis for synaptic transmission between primary muscle afferents and neurons in Clarke’s column of the cat,” J. Neurosci., 5, No. 8, 2095­2106 (1985). 17. H. Korn, C. Sur, S. Charpier, et al., “The one­vesicle hypothesis and multivesicular release,” Adv. Second Messenger Phosphoprotein Res., 29, 301­322 (1994). 18. S. Redman, “Quantal analysis of synaptic potentials in neurons of the central nervous system,” Physiol. Rev., 70, No. 1, 165­ 198 (1990). 19. A. I. Shapovalov and B. I. Shiriaev, “Dual mode of junctional transmission at synapses between single primary afferent fibres and motoneurones in the amphibian,” J. Physiol., 306, 1­15 (1980). 20. P. G. Nelson, K. C. Marshall, R. Y. Pun, et al., “Synaptic interactions between mammalian central neurons in cell culture. II. Quantal analysis of EPSPs,” J. Neurophysiol., 49, No. 6, 1442­1458 (1983).

Схожі ресурси