Короткочасна пластичність глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus

Ми досліджували зміни ефективності синаптичної передачі через глутамат- та ГАМКергічні синаптичні зв’язки між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки (ГКС) та нейронами superior colliculus (SC) при парній стимуляції ГКС як одну з форм короткочасної синаптичної пластичності. Одночасно реєс...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Думанська, Г.В., Рихальський, О.В., Веселовський, М.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України 2014
Назва видання:	Нейрофизиология
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148303
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:	Короткочасна пластичність глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus / Г.В. Думанська, О.В. Рихальський, М.С. Веселовський // Нейрофизиология. — 2014. — Т. 46, № 4. — С. 343-351. — Бібліогр.: 28 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-148303
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1483032019-02-18T01:26:03Z Короткочасна пластичність глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus Думанська, Г.В. Рихальський, О.В. Веселовський, М.С. Ми досліджували зміни ефективності синаптичної передачі через глутамат- та ГАМКергічні синаптичні зв’язки між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки (ГКС) та нейронами superior colliculus (SC) при парній стимуляції ГКС як одну з форм короткочасної синаптичної пластичності. Одночасно реєстрували трансмембранні струми та потенціали в синаптично зв’язаних парах згаданих нейронів з використанням методики парного петч-клемпу в конфігурації «ціла клітина». Викликана генерація парних потенціалів дії (ПД) у пресинаптичних ГКС призводила до депресії глутаматергічної синаптичної передачі після другого ПД, опосередкованої активацією виключно НМДАабо неНМДА-рецептор-канальних комплексів на постсинаптичній мембрані нейронів SC. У разі ГАМК-ергічної синаптичної передачі, опосередкованої активацією ГАМКАрецептор-канальних комплексів, аналогічна парна стимуляція призводила до полегшення синаптичної дії на нейрон SC після другого ПД, генерованого ГКС. Використання базового та повного квантового аналізів дозволило виявити вірогідне зменшення (Р < 0.05) біноміального параметра n при депресії НМДА-опосередкованих викликаних постсинаптичних струмів (вПСС) і вірогідне зменшення як квантового параметра q, так і біноміальних параметрів n і p при депресії неНМДА-опосередкованих вПСС. Іншими словами, в першому випадку оцінка вказує на можливу пресинаптичну локалізацію механізмів депресії в результаті зменшення числа вивільнених синаптичних везикул, що вміщують трансмітер, тоді як у другому можливі не тільки пре-, але й постсинаптичні механізми (зменшення числа вивільнених синаптичних везикул та десенситизація постсинаптичних рецепторів). Оцінка нормованих змін квантових та біноміальних параметрів при полегшенні ГАМКА-опосередкованих вПСС свідчить про вірогідне збільшення (Р < 0.05) пресинаптичних факторів n і p і, відповідно, квантового вмісту m. Таким чином ефект полегшення може зумовлюватися процесами в пресинаптичній терміналі (збільшенням кількості синаптичних везикул). 2014 Article Короткочасна пластичність глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus / Г.В. Думанська, О.В. Рихальський, М.С. Веселовський // Нейрофизиология. — 2014. — Т. 46, № 4. — С. 343-351. — Бібліогр.: 28 назв. — укр. 0028-2561 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148303 57.085.23+612.826.5+612.819.2 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	Ми досліджували зміни ефективності синаптичної передачі через глутамат- та ГАМКергічні синаптичні зв’язки між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки (ГКС) та нейронами superior colliculus (SC) при парній стимуляції ГКС як одну з форм короткочасної синаптичної пластичності. Одночасно реєстрували трансмембранні струми та потенціали в синаптично зв’язаних парах згаданих нейронів з використанням методики парного петч-клемпу в конфігурації «ціла клітина». Викликана генерація парних потенціалів дії (ПД) у пресинаптичних ГКС призводила до депресії глутаматергічної синаптичної передачі після другого ПД, опосередкованої активацією виключно НМДАабо неНМДА-рецептор-канальних комплексів на постсинаптичній мембрані нейронів SC. У разі ГАМК-ергічної синаптичної передачі, опосередкованої активацією ГАМКАрецептор-канальних комплексів, аналогічна парна стимуляція призводила до полегшення синаптичної дії на нейрон SC після другого ПД, генерованого ГКС. Використання базового та повного квантового аналізів дозволило виявити вірогідне зменшення (Р < 0.05) біноміального параметра n при депресії НМДА-опосередкованих викликаних постсинаптичних струмів (вПСС) і вірогідне зменшення як квантового параметра q, так і біноміальних параметрів n і p при депресії неНМДА-опосередкованих вПСС. Іншими словами, в першому випадку оцінка вказує на можливу пресинаптичну локалізацію механізмів депресії в результаті зменшення числа вивільнених синаптичних везикул, що вміщують трансмітер, тоді як у другому можливі не тільки пре-, але й постсинаптичні механізми (зменшення числа вивільнених синаптичних везикул та десенситизація постсинаптичних рецепторів). Оцінка нормованих змін квантових та біноміальних параметрів при полегшенні ГАМКА-опосередкованих вПСС свідчить про вірогідне збільшення (Р < 0.05) пресинаптичних факторів n і p і, відповідно, квантового вмісту m. Таким чином ефект полегшення може зумовлюватися процесами в пресинаптичній терміналі (збільшенням кількості синаптичних везикул).
format	Article
author	Думанська, Г.В. Рихальський, О.В. Веселовський, М.С.
spellingShingle	Думанська, Г.В. Рихальський, О.В. Веселовський, М.С. Короткочасна пластичність глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus Нейрофизиология
author_facet	Думанська, Г.В. Рихальський, О.В. Веселовський, М.С.
author_sort	Думанська, Г.В.
title	Короткочасна пластичність глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus
title_short	Короткочасна пластичність глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus
title_full	Короткочасна пластичність глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus
title_fullStr	Короткочасна пластичність глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus
title_full_unstemmed	Короткочасна пластичність глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus
title_sort	короткочасна пластичність глутамат- та гамк-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus
publisher	Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
publishDate	2014
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148303
citation_txt	Короткочасна пластичність глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus / Г.В. Думанська, О.В. Рихальський, М.С. Веселовський // Нейрофизиология. — 2014. — Т. 46, № 4. — С. 343-351. — Бібліогр.: 28 назв. — укр.
series	Нейрофизиология
work_keys_str_mv	AT dumansʹkagv korotkočasnaplastičnístʹglutamattagamkergíčnoísinaptičnoíperedačímížkokulʹtivovanimiganglíoznimiklítinamisítkívkitanejronamisuperiorcolliculus AT rihalʹsʹkijov korotkočasnaplastičnístʹglutamattagamkergíčnoísinaptičnoíperedačímížkokulʹtivovanimiganglíoznimiklítinamisítkívkitanejronamisuperiorcolliculus AT veselovsʹkijms korotkočasnaplastičnístʹglutamattagamkergíčnoísinaptičnoíperedačímížkokulʹtivovanimiganglíoznimiklítinamisítkívkitanejronamisuperiorcolliculus
first_indexed	2025-07-12T19:05:51Z
last_indexed	2025-07-12T19:05:51Z
_version_	1837469177623871488
fulltext	NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4 343 УДК 57.085.23+612.826.5+612.819.2 Г. В. ДУМАНСЬКА1,2, О. В. РИХАЛЬСЬКИЙ1,2, М. С. ВЕСЕЛОВСЬКИЙ1,2 КОРОТКОЧАСНА ПЛАСТИЧНІСТЬ ГЛУТАМАТ- ТА ГАМК-ЕРГІЧНОЇ СИНАПТИЧНОЇ ПЕРЕДАЧІ МІЖ КОКУЛЬТИВОВАНИМИ ГАНГЛІОЗНИМИ КЛІТИНАМИ СІТКІВКИ ТА НЕЙРОНАМИ SUPERIOR COLLICULUS Надійшла 21.11.13 Ми досліджували зміни ефективності синаптичної передачі через глутамат- та ГАМК- ергічні синаптичні зв’язки між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки (ГКС) та нейронами superior colliculus (SC) при парній стимуляції ГКС як одну з форм короткочасної синаптичної пластичності. Одночасно реєстрували трансмембранні стру- ми та потенціали в синаптично зв’язаних парах згаданих нейронів з використанням ме- тодики парного петч-клемпу в конфігурації «ціла клітина». Викликана генерація парних потенціалів дії (ПД) у пресинаптичних ГКС призводила до депресії глутаматергічної синаптичної передачі після другого ПД, опосередкованої активацією виключно НМДА- або неНМДА-рецептор-канальних комплексів на постсинаптичній мембрані нейронів SC. У разі ГАМК-ергічної синаптичної передачі, опосередкованої активацією ГАМКА- рецептор-канальних комплексів, аналогічна парна стимуляція призводила до полегшен- ня синаптичної дії на нейрон SC після другого ПД, генерованого ГКС. Використан- ня базового та повного квантового аналізів дозволило виявити вірогідне зменшення (Р < 0.05) біноміального параметра n при депресії НМДА-опосередкованих викликаних постсинаптичних струмів (вПСС) і вірогідне зменшення як квантового параметра q, так і біноміальних параметрів n і p при депресії неНМДА-опосередкованих вПСС. Іншими словами, в першому випадку оцінка вказує на можливу пресинаптичну локалізацію ме- ханізмів депресії в результаті зменшення числа вивільнених синаптичних везикул, що вміщують трансмітер, тоді як у другому можливі не тільки пре-, але й постсинаптичні механізми (зменшення числа вивільнених синаптичних везикул та десенситизація пост- синаптичних рецепторів). Оцінка нормованих змін квантових та біноміальних параме- трів при полегшенні ГАМКА-опосередкованих вПСС свідчить про вірогідне збільшення (Р < 0.05) пресинаптичних факторів n і p і, відповідно, квантового вмісту m. Таким чином ефект полегшення може зумовлюватися процесами в пресинаптичній терміналі (збільшенням кількості синаптичних везикул). КЛЮЧОВІ СЛОВА: гангліозні клітини сітківки, нейрони superior colliculus, ко- культура, викликані постсинаптичні струми (вПСС), депресія та полегшення при парній стимуляції. 1 Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, Київ (Україна). 2 Міжнародний центр молекулярної фізіології НАН України, Київ (Україна). Ел. пошта: doomanya@mail.ru (Г. В. Думанська). ВСТУП Короткочасні зміни ефективності синаптичної передачі, тобто короткотривала синаптична пластичність (КТП), відіграють істотну роль у про- цесах передачі та обробки інформації в нейронних мережах [1]. Для дослідження однієї з форм такої пластичності використовують парну стимуляцію си- наптичних входів; у даних умовах може спостерігатись або полегшення, або депресія синаптичної передачі після другого потенціалу дії (ПД) у пресинаптичній клітині. Прояви КТП істотно варіюють залежно від типу синапсів та інтервалу між тест-стимулами [2, 3]. Інтерпретація механізмів короткочасної депресії в ос- новному базується на особливостях функціонування пресинаптичної терміналі, однак беруться до ува- ги й певні постсинаптичні механізми. Так, вказана депресія може бути зумовлена виснаженням пулу го- тових до вивільнення синаптичних везикул [4], актив- ним пригніченням процесу вивільнення трансмітера з пресинаптичної терміналі [5], десенситизацією NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4344 Г. В. ДУМАНСЬКА, О. В. РИХАЛЬСЬКИЙ, М. С. ВЕСЕЛОВСЬКИЙ постсинаптичних рецепторів після генерації ПД, викликаного дією першого стимулу [6], зменшен- ням імовірності вивільнення синаптичних везикул [7], а також зменшенням числа вільних активних зон, в яких може відбутися злиття везикули з пре- синаптичною плазматичною мембраною [8]. Ефект полегшення при КТП вперше описали дель Касти- льо и Катц [9]; вони припустили, що даний ефект зумовлюється збільшенням імовірності вивільнення нейротрансмітера і є пов’язаним із пресинаптични- ми механізмами. Результати наступних досліджень показали, що підвищення ефективності синаптичної передачі в умовах парної стимуляції пресинаптичних входів дійсно може опосередковуватися збільшенням імовірності вивільнення квантів трансмітера, при- чому не виключається і можливість збільшення кількості сайтів вивільнення квантів [8, 10]. Феномен КТП досить чітко проявляється в си- наптичних зв’язках між гангліозними клітинами сітківки (ГКС) і нейронами верхніх бугрів чотири- горбикового тіла (superior colliculus – SC). Раніше виконані дослідження механізмів КТП синаптичної передачі між вказаними нейронами проводили- ся на парасагітальних переживаючих зрізах SC [11–13]. При цьому через відсутність можливості чіткої ідентифікації пре- та постсинаптичних нейронів у даних умовах та певні обмеження у виборі електрофізіологічних методів дослідження відомості про механізми депресії та полегшення синаптичної передачі між ГКС та нейронами SC поки що залишаються досить обмеженими. МЕТОДИКА Кокультивацію дисоційованих клітин сітківки та нейронів SC проводили з використанням розробленої нами методики, деталі якої були описані раніше [14]. Одноденних щурят лінії Вістар декапітували; сітківку та верхні шари SC (stratum griseum superficiale та stratum opticum) виділяли та піддавали дисоціації. Суспензії нейронів обох типів із щільністю згідно з вимірами в камері Горяєва порядку 103–104 клітин/см2 змішували та кокультивували на покривних скельцях у чаш- ках Петрі в атмосфері повітряно-газової суміші з підвищеним вмістом двоокису вуглецю (5 ± 0.5 % СО2) при температурі 37 ± 0.5 °С та вологості не менше 80 %. В експеримент відбирали пари синаптич- но зв’язаних ГКС та нейронів SC , візуально ідентифікованих згідно з морфологічними особли- востями даних клітин. Покривне скельце з культи- вованими нейронами розміщували в робочій камері, заповненій стандартним зовнішньоклітинним роз- чином наступного складу (в мілімолях на 1 л): NaCl – 140, KCl – 3, CaCl2 – 2, MgCl2 – 2, HEPES – 20, глюкоза – 10 (усі реактиви фірми “Sigma”, США); pH 7.4. В експериментах з використан- ням стандартного розчину із зовнішньоклітинною концентрацією Mg2+ 2 мМ виявити викликаний постсинаптичний струм (вПСС), опосередкований активацією виключно НМДА-рецептор-канальних комплексів при підтримуваному потенціалі –70 мВ, було неможливо. Даний ефект пояснюється потенціалзалежним блокуванням згаданих ре- цептор-канальних комплексів іонами Mg2+ [15]. У зв’язку з цим НМДА-компонент вПСС реєстрували в безмагнієвому зовнішньоклітинному середовищі з додаванням селективного блокатора неНМДА- рецепторів DL-APV у концентрації 20 мкМ при підтримуваному потенціалі –70 мВ. Петч-піпетки з внутрішнім діаметром кінчика 1.0–1.5 мкм були виготовлені з боросилікатних скляних капілярів (“World Precision Instruments”, США). Внутрішньоклітинний розчин у петч- піпетках мав наступний склад (у мілімолях на 1 л): калію глюконат – 155, EGTA – 0.5, MgCl2 – 1, HEPES – 20 (усі реактиви фірми “Sigma”, США); pH 7.4. Заповнені таким розчином петч-піпетки мали опір 5–7 МОм. В усіх експериментах концентрації іонів Cl– у зовнішньо- та внутрішньоклітинному розчинах ста- новили 151–144 та 2.0 мМ відповідно. При даних концентраціях і підтримуваному потенціалі –70 мВ хлорні вПСС через ГАМКА-рецептор-канальні ком- плекси були гіперполяризуючими щодо мембрани нейронів і, відповідно, мали вихідний напрямок. Струми через канали іонотропних глутаматних рецепторів мали вхідний напрямок і були деполя- ризуючими. Таким чином, під час реєстрації ста- вало можливим досить легко візуально розрізняти збуджуючі та гальмівні вПСС, що полегшувало аналіз експериментальних даних. Реєстрували трансмембранні струми та потенці- али в синаптично зв’язаних парах ГКС та нейронів SC з використанням парного петч-клемпу в конфігу- рації «ціла клітина» в режимах фіксації струму/на- пруги в пре- та постсинаптичній клітинах. Це доз- воляло одночасно контролювати виникнення ПД у сомі ГКС та реєструвати вПСС у сомі нейрона SC. Пресинаптичний нейрон (ГКС) утримували в ре- NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4 345 КОРОТКОЧАСНА ПЛАСТИЧНІСТЬ ГЛУТАМАТ- ТА ГАМК-ЕРГІЧНОЇ СИНАПТИЧНОЇ ПЕРЕДАЧІ жимі фіксації струму. Для дослідження феномену КТП використовували протоколи парної стимуля- ції. Пари ПД викликали прикладанням коротких де- поляризуючих поштовхів струму тривалістю 5 мс та амплітудою 100–300 пА, розділених інтервала- ми 20, 50, 100, 200, 500 та 2000 мс. Пари поштовхів струму прикладали з частотою 0.5 с–1. Постсинап- тичний нейрон (SC) утримували в режимі фіксації потенціалу на рівні –70 мВ та реєстрували вПСС, викликані діями пар пресинаптичних ПД, що надхо- дили до цієї клітини. Точне вимірювання амплітуди другого вПСС у парі при малих міжстимульних ін- тервалах утруднювалося тому, що даний вПСС на- кладався на фазу спаду першого вПСС (рис. 2, А). Контроль якості фіксації потенціалу протягом екс- перименту здійснювали за допомогою моніторингу варіацій значень амплітуди струму витоку (Івит) та сталої часу ємнісного струму (τємн), що реєстрував- ся в разі прикладання короткого (10 мс) гіперполя- ризуючого прямокутного стимулу невеликої амплі- туди (–10 мВ). Отримані дані аналізували лише в тому разі, якщо варіації значень τємн та Івит не пере- вищували 20 %. Експерименти проводили при тем- пературі 20–24 °С. За даних умов синаптична за- тримка вПСС складала 2.1–5.1 мс. Такі величини синаптичної затримки при вказаному температур- ному режимі дозволяли визначати згадані вПСС як моносинаптичні [16]. Аналізували пари монофазних вПСС, які вини- кали у відповідь на генерацію пари ПД у пресинап- тичному нейроні SC. Як чисельну характеристику зміни ефективності синаптичної передачі розрахо- вували коефіцієнт парної стимуляції (КПС) – відно- шення амплітуд двох послідовних вПСС, розділе- них певним проміжком часу: де А1 та А2 – амплітуди першого та другого вПСС відпо- відно. Якщо КПС < 100 %, то спостерігається ефект депресії, а коли КПС > 100 % – ефект полегшення. Раніше нами було показано, що в синапсах між кокультивованими ГКС та нейронами SC імовірність вивільнення медіатора є досить високою. Тому для вивчення природи ефектів КТП ми проводи- ли квантовий аналіз, використовуючи біноміальну статистику [17]. Основними параметрами базової квантової теорії вивільнення нейромедіатора є q – величина кванта (амплітуда постсинаптично- го струму, який опосередковується вивільненням нейротрансмітера з однієї синаптичної везикули та m – середній квантовий вміст (середня кількість вивільнених синаптичних везикул): m = n · p, (1) де n та p – біноміальні параметри; n – це се- редня кількість сайтів вивільнення трансмітера, а p – середня ймовірність вивільнення однієї вези- кули з одного такого сайта [18]. При цьому n та p зумовлюються факторами виключно пресинаптич- ної природи, а q – як пре-, так і постсинаптичними факторами. Середня амплітуда вПСС у серії реє- страцій представлена як E = m · q. (2) У нашій роботі для оцінки вищезазначених па- раметрів ми використовували базовий та повний квантовий аналізи [19]. У рамках такого аналізу кількість активних зон ототожнювалася з кількістю сайтів вивільнення. Робиться припущення, що варі- ація ймовірності вивільнення є мізерною. Перший із згаданих методів аналізу базується на припущен- ні, що значення максимальної амплітуди вПСС є ві- домим і для біноміального розподілення воно пред- ставлено як Aмакс = n · q. Тоді з урахуванням рівнянь (1) та (2) . (3) Дане припущення є адекватним при нульовому стандартному відхиленні шуму (Sш = 0) та при вели- ких значеннях p та кількості реєстрацій (N). Кван- товий вміст оцінюється наступним чином: , (4) де CV – коефіцієнт варіації амплітуди вПСС. Пара- метри n і q оцінюються за допомогою рівнянь (1) та (2) відповідно. Другий метод базується на тому, що в умовах реального експерименту стандартне від- хилення струму не є нульовим і кількість реєстра- цій обмежена; тому для оцінки параметра р вико- ристовують trial-to-error-метод: p тр тр ш ш ln[ ]{ } , (5) де Атр – середнє значення трьох максимальних ве- личин амплітуди вПСС. Параметри m, n, та q оці- NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4346 Г. В. ДУМАНСЬКА, О. В. РИХАЛЬСЬКИЙ, М. С. ВЕСЕЛОВСЬКИЙ нюються за допомогою рівнянь (4), (1) та (2) від- повідно. Наступний метод з визначенням коефіцієнта ва- ріації базується на порівнянні амплітуд та коефі- цієнтів варіації першого та другого вПСС за допо- могою графіка залежності від [20]. Величина CV–2, як це видно з рівнянь (1) та (4), є функцією параметрів n і p. Останні, в свою чергу визначаються виключно пресинаптичними фактора- ми, тоді як амплітуда вПСС зумовлюється як пре- , так і постсинаптичними складовими (2). Врахо- вуючи припущення, використані в описаній раніше моделі, та формули базового та повного квантово- го аналізів, діагональ на відповідному графіку від- діляє ефекти, пов’язані зі зміною квантового вміс- ту, від ефектів, пов’язаних зі зміною як квантового вмісту, так і величини кванта. Таким чином, в умо- вах полегшення синаптичної передачі, коли , ефекти, пов’язані зі зміною пресинаптичних факто- рів, відображуються графічно над діагоналлю, тоді як ефекти, пов’язані зі зміною не тільки пре-, але й постсинаптичних факторів, – під діагоналлю. При депресії, коли , ситуація є зворотною. Обробку та візуалізацію даних виконували за до- помогою програмного пакета „Clamfit 9.0” (“Axon Instruments”, США), „Excel 2007” (“Microsoft Corporation”, США) та „Origin 8.5 Pro” (“OriginLab Corporation”, США). РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Було досліджено 23 синаптично зв’язані пари ГКС та нейронів SC; дослідження відбувалося в інтервалі від 16 до 28 діб кокультивування. Викли- кана генерація пар ПД у пресинаптичних ГКС зу- мовлювала депресію глутаматергічної синаптичної передачі, опосередкованої повторною активацією виключно НМДА- або неНМДА-рецептор-каналь- них комплексів на постсинаптичній мембрані нейронів SC (вісім та дев’ять пар досліджених клітин відповідно) (рис. 1, А, Б). У той же час парна стимуляція пресинаптичної клітини призводила до полегшення ГАМК-ергічної синаптичної передачі після другого ПД, опосередкованої активацією ГАМКА-рецептор-канальних комплексів (шість пар) (В). Інтервал між парами стимулів, як вже зга- дувалося, складав 2 с, що було достатньо для пов- ного відновлення характеристик першого вПСС у парі (1–6). У деяких синаптично зв’язаних парах нейронів під час реєстрації при пресинаптичній парній сти- муляції ми спостерігали дуже слабке полегшення або також слабку депресію синаптичної передачі (рис. 2, А, Б). В умовах депресії синаптичної пере- дачі незалежно від інтервалу між стимулами дис- персія амплітуд відповідей на дію першого стимулу була значно більшою, ніж дисперсія амплітуд дру- гої відповіді (В). Використовуючи t-тест рівності/ нерівності середніх у разі нерівних дисперсій, ми виявили, що при рівні вірогідності Р = 0.05 серед- ні амплітуди вПСС, виниклих у відповідь на дію першого та другого стимулів у кожній із серій ре- єстрацій, вірогідно розрізнялися. Іншими словами, феномени депресії або полегшення не можна було пояснити простою флуктуацією квантованої амплі- туди вПСС. Відповіді синаптично зв’язаних пар нейронів, в яких спостерігалася депресія другого вПСС, були нами проаналізовані щодо наявності кореляції між амплітудами першого та другого синаптичних стру- мів. Нахил лінії регресії був від’ємним для всіх пар нейронів, але рівні кореляції були дуже низькими. Незважаючи на відсутність істотного зв’язку між амплітудами першого та другого вПСС, ми вияви- ли певну зворотну нелінійну залежність КПС від амплітуди першого вПСС (дані не ілюструються). Наявність зворотної кореляції, а також нерівність дисперсій амплітуд відповідей на дію першого та другого стимулів, як правило, інтерпретуються як результат вичерпання пула готових до вивільнення синаптичних везикул. Проте досить сумнівно, що поодинокий стимул може істотно зменшити кіль- кість готових до вивільнення везикул у пресинап- тичному елементі. Численні електронні мікрофото- графії свідчать про те, що терміналь одного аксона ГКС на нейроні SC може утворювати до восьми си- наптичних контактів і в кожному з них налічуєть- ся порядку двох десятків готових до негайного ви- вільнення везикул та близько сотні синаптичних везикул у терміналі загалом [21–23]. У наших умо- вах кокультивування результати парної петч-клемп- реєстрації вказують на те, що ПСС у постсинаптич- ному нейроні, виниклі у відповідь на дію окремого ПД у пресинаптичній клітині опосередковуються в середньому одночасним вивільненням від двох до 24 квантів глутамату [17]. Тому можливість того, що в основі депресії глутаматергічної синаптичної передачі між кокультивованими ГКС та нейронами NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4 347 КОРОТКОЧАСНА ПЛАСТИЧНІСТЬ ГЛУТАМАТ- ТА ГАМК-ЕРГІЧНОЇ СИНАПТИЧНОЇ ПЕРЕДАЧІ SC лежить ефект виснаження пула готових до ви- вільнення синаптичних везикул, виглядає малоймо- вірною. Для оцінки внеску можливих пре- та постсинап- тичних механізмів, що лежать в основі феноменів депресії та полегшення, ми використовували визна- чення коефіцієнта варіації. Згідно з описаним вище підходом усі точки на графіку залежності від для НМДА-опосередкованих вПСС були локалізовані в ділянці, яка відповідає змінам пре- синаптичних параметрів при депресії (рис. 3, А). У той же час для неНМДА-опосередкованих вПСС відповідні точки знаходилися в ділянці, що від- повідає комплексу змін і пре- і постсинаптичних параметрів синаптичної дії в разі депресії (Б). На графіку залежності від для ГАМКА- опосередкованих струмів усі точки потрапили в ді- лянки змін виключно пресинаптичних параметрів в умовах полегшення (В). Використовуючи базовий та повний квантовий аналізи, ми отримали оцінки квантового параметра q та біноміальних параметрів p та n для вПСС, ви- кликаних пред’явленням першого та другого сти- мулів, при всіх міжстимульних інтервалах. Як було згадано раніше, інтервал між парами ПД складав 2.0 с. Цього було достатньо для повного віднов- 0 20 40 60 80 100 120 % 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 с 0 100 200 300 400 0 20 40 60 80 100 120 50 мс 2 с 500 мс 200 10050 10 nA 50 мс 20 nA 50 мс 50 nA 20 A 1 4 5 6 2 3 Б В Р и с. 1. Депресія та полегшення збуджувальних та гальмівних викликаних постсинаптичних струмів (вПСС) при парній пресинаптичній стимуляції. А–В – приклади записів НМДА-, неНМДА- та ГАМКА-опосередкованих вПСС при різних міжстимульних інтервалах (1–3 відповідно) та графіки залежності коефіцієнта парної стимуляції (КПС) від міжстимульного інтервалу як чисельної характеристики змін ефективності синаптичної передачі, опосередкованої активацією виключно НМДА-, неНМДА- та ГАМКА-рецептор-канальних комплексів (4–6 відповідно). , де А1 та А2 – амплітуди першого та другого вПСС у парі відповідно. NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4348 Г. В. ДУМАНСЬКА, О. В. РИХАЛЬСЬКИЙ, М. С. ВЕСЕЛОВСЬКИЙ лення вПСС, викликаного дією першого стимулу; тому квантові та біноміальні параметри, розрахо- вані для перших вПСС, вважалися контрольними. Контрольні параметри, оцінені для кожної окре- мої синаптично зв’язаної пари клітин, вірогідно не розрізнялися (P > 0.05). Для визначення пре- або постсинаптичної природи КТП глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокуль- тивованими ГКС та нейронами SC ми аналізува- ли середні нормовані зміни параметрів q, p, n та КПС. Такі зміни були розраховані наступним чи- ном: , де – середня величина того або іншого параметра (n, p, q або КПС), оці- неного для вПСС, який викликався пред’явленням другого стимулу; – середня величина параме- тра (n, p, q або КПС), оціненого для першого вПСС. Для НМДА-опосередкованих вПСС ефект депре- сії спостерігався поряд із вірогідним зменшенням (Р < 0.05) біноміального параметра n порівняно з таким у контролі. Дане зменшення складало в се- редньому 42.13, 38.23, 19.24 та 13.24 % при міжсти- мульних інтервалах 20, 50, 100 та 200 мс відповід- но (рис. 3, а). Отже, з урахуванням вищеописаних припущень прийнятої нами моделі під час оцін- ки квантових та біноміальних параметрів депре- сія даних струмів зумовлюється зменшенням пре- синаптичного фактора n і, відповідно, зменшенням квантового вмісту m. У деяких публікаціях ефекти депресії або полегшення синаптичної передачі по- 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 % 50 мс 25 пА пА % 40 мВ -100 -80 -60 -40 -20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1 А Б В 2 3 A1 A1 A2 A2 Р и с. 2. Депресія та полегшення викликаних збуджувальних постсинаптичних струмів (вЗПСС) при парній пресинаптичній стимуляції. А – приклади записів трансмембранних струмів та потенціалів у синаптично зв’язаній парі гангліозних клітин сітківки (ГКС) та нейронів superior colliculus (SC) з використанням парного петч-клемпу в конфігурації «ціла клітина» в режимах фіксації струму/напруги одночасно на пре- та постсинаптичній клітинах. 1 – пара викликаних потенціалів дії (ПД), генерованих пресинаптичною ГКС при міжстимульному інтервалі 100 мс; 2, 3 – пара вЗПСС, виниклих у відповідь на парну пресинаптичну стимуляцію при значенні підтримуваного потенціалу – 70 мВ. Б – графік залежності коефіцієнта парної стимуляції від нормованої амплітуди вПСС, виниклого у відповідь на дію першого стимулу для синаптично зв’язаної пари клітин, відведення від якої представлені на А. В – гістограми розподілу амплітуд А1 та А2 вПСС, виниклих у відповідь на пред’явлення першого та другого ПД. NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4 349 КОРОТКОЧАСНА ПЛАСТИЧНІСТЬ ГЛУТАМАТ- ТА ГАМК-ЕРГІЧНОЇ СИНАПТИЧНОЇ ПЕРЕДАЧІ яснювалися зміною кількості “вільних” сайтів ви- киду трансмітера в перебігу парної стимуляції [8]. Для неНМДА-опосередкованих вПСС ефект депре- сії відповідав вірогідному зменшенню (Р < 0.05) квантового параметра q на 27.36, 24.33, 22.32 та 20.13 % при міжстимульних інтервалах 20, 50, 100 та 200 мс відповідно, зменшенню біноміального па- раметра p на 21.36, 17.33, 14.24, 13.97 та 11.03 % при інтервалах 20, 50, 100, 200 та 500 мс та змен- шенню біноміального параметра n на 24.33, 21.24 та 16.24 % при міжстимульних інтервалах 20, 50 та 100 мс відповідно (б). Отже, в даному випадку де- пресія може зумовлюватися не тільки особливос- тями роботи пресинаптичної терміналі (зменшен- ням пресинаптичних факторів n та p, пов’язаним із відповідним зниженням квантового вмісту m), а й можливими постсинаптичними механізмами (де- сенситизацією постсинаптичних рецепторів) [24, 25]. У деяких роботах зміну величини кванта в ході реалізації КТП асоціювали зі зміною кількості мо- 0 1 2 0 1 2 1 А Б В 4 5 6 2 3 0 1 2 0 1 2 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 -100 -50 0 50 100 % * * * * -100 -50 0 50 100 *** * **** * * ** * * * ** 0 100 200 300 500 мс 20020 10050 * * * * * ** * *** * ** Р и с. 3. Графічні представлення результатів, отриманих за допомогою обчислення коефіцієнта варіації та методів базового та повного квантового аналізів. А–В – усереднені графіки залежності від для викликаних постсинаптичних струмів (вПСС), опосередкованих активацією виключно НМДА-, неНМДА- та ГАМКА-рецептор-канальних комплексів відповідно при різних міжстимульних інтервалах (1–3 відповідно) та графіки середніх нормованих змін величин n, p, q (а–в) та коефіцієнта парної стимуляції – КПС (2) щодо контрольних значень при різних міжстимульних інтервалах (4–6). Середні нормовані зміни були розраховані наступним чином: , де – середня величина параметра (n, p, q або КПС), оціненого для вПСС, який викликався дією другого стимулу; – середня величина параметра (n, p, q або КПС), оціненого для вПСС, який викликався дією першого стимулу. q – величина кванту; n та p – біноміальні параметри: n – середня кількість сайтів вивільнення, а p – середня ймовірність вивільнення однієї везикули з одного сайту вивільнення. а б в г NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4350 Г. В. ДУМАНСЬКА, О. В. РИХАЛЬСЬКИЙ, М. С. ВЕСЕЛОВСЬКИЙ лекул трансмітера в одному кванті [26]. Для ГАМКА-опосередкованих вПСС ефект по- легшення спостерігався поряд із вірогідним збільшенням (Р < 0.05) біноміального параме- тра p на 45.02, 41.03, 26.33, 19.33 та 11.02 % при міжстимульних інтервалах 20, 50, 100, 200 та 500 мс відповідно та з вірогідним збільшенням біноміального параметра n на 55.32, 43.20, 37.02 та 22.35 % при міжстимульних інтервалах 20, 50, 100 та 200 мс (рис. 3, в). Таким чином, в основі по- легшення ГАМКА-опосередкованих вПСС лежать пресинаптичні механізми (збільшення пресинап- тичних факторів n, p та, відповідно, збільшення квантового вмісту m) [27, 28]. Максимальні вірогідні зміни параметрів q, p та n спостерігалися при мінімальних міжстимульних інтервалах. Дана робота є частиною спільного наукового проекту НАН України та РФФД „Вивчення клітинних механізмів ней- ропротекторної дії гліпролінів при системних пошкоджен- нях нейронів”, № держреєстрації 0114U005000. Дослідження виконувалися згідно з положеннями Між- народної конвенції із захисту тварин, яких використовують в експериментах (Страсбург, 1985), а також положеннями Комітетів з біоетики Інституту фізіології ім. О. О. Бого- мольця НАН України та Міжнародного центру молекуляр- ної фізіології НАН України. Автори даної роботи – Г. В. Думанська, О. В. Рихаль- ський та М. С. Веселовський – підтверджують, що у них не- має конфлікту інтересів. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. M. Tsodkys and H. Markram, “The neural code between neocortical pyramidal neurons depends on neurotransmitter release probability,” PNAS, 94, 719-723 (1997). 2. D. Debanne, N. C. Guerineau, B. H. Gahwiler, and S. M. Thomp- son, “Paired pulse facilitation and depression at unitary synapses in rat hippocampus: quantal fluctuation affects subsequent release,” J. Physiol., 491, No. 1, 163-176 (1996). 3. H. Markram, Y. Wang, and M. Tsodyks, “Differential signaling via the same axon of neocortical pyramidal neurons,” PNAS, 95, 5323-5328 (1998). 4. R. S. Zucker and W. G. Regehr, “Short-term synaptic plasticity,” Annu. Rev. Physiol., 64, 355-405 (2002). 5. M. C. Bellingham and B. Walmsley, “A novel presynaptic inhibitory mechanism underlies paired pulse depression at a fast central synapse,” Neuron, 23, No. 1, 159-170 (1999). 6. K. Hashimoto and M. Kano, “Presynaptic origin of paired- pulse depression at climbing fiber Purkinje cell synapses in the rat cerebellum,” J. Physiol., 506, No. 2, 391-405 (1998). 7. L. E. Dobrunz and C. F. Stevens, “Heterogeneity of release probability, facilitation, and depletion at central synapses,” Neuron, 18, No. 6, 995-1008 (1997). 8. S. Royer, R. L. Coulson, and M. Klein, “Switching off and on of synaptic sites at Aplysia sensorimotor synapses,” J. Neurosci., 20, 626-638 (2000). 9. J. del Castilio and B. Katz, “Statistical factors involved in neuromuscular facilitation and depression,” J. Physiol., 124, No. 3, 574-585 (1954). 10. M. K. Worden, M. Bykhovskaya, and J. T. Hackett, “Facilitation at the lobster neuromuscular junction: a stimulus- dependent mobilization model,” J. Neurophysiol., 78, No. 1, 417-428 (1997). 11. S. A. Neale and T. E. Salt, “Modullation of GABAergic inhibition in the rat superior colliculus by a presynaptic group II metabotropic glutamate receptor,” J. Physiol., 577, No. 2, 659-669 (2006). 12. C. Henneberger, R. Juttner, T. Rothe, and R. Grantyn, “Postsynaptic action of BDNF on GABAergic synaptic transmission in the superficial layers of the mouse superior colliculus,” J. Neurophysiol., 88, 595-603 (2002). 13. W. Lu and M. Constantine-Paton, “Eye opening rapidly induces synaptic potentiation and refinement,” Neuron, 43, 237-249 (2004). 14. Г. В. Думанська, С. О. Кошелева, М. С. Веселовський, “Хімічна нейропередача між гангліозними клітинами сітківки та нейронами верхнього чотиригорбикового тіла в умовах тривалого суміжного культивування”, Нейрофизиология/Neurophysiology, 43, № 4, 369-371 (2011). 15. M. L. Mayer, G. L. Westbrook, and P. B. Guthrie, “Voltage- depended block by Mg2+ of NMDA responses in spinal cord neurons,” Nature, 309, 261-263 (1984). 16. B. L. Sabatini and W. G. Regehr, “Timing of neurotransmission at fast synapses in the mammalian brain,” Nature, 384, No. 14, 170–172 (1996). 17. Г. В. Думанська, О. В. Рихальський, М. С. Веселовський, “Квантові характеристики вивільнення глутамату та ГАМК в синапсах між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus”, Фізіол. журн., 60, № 1, 3-11 (2014). 18. B. Katz, “Quantal mechanism of neural transmitter release,” Science, 173, 123-126 (1971). 19. L. L. Voronin, “Commentary on the quantal analysis of hippocampal long-term potentiation and related phenomena of synaptic plasticity,” Neuroscience, 56, No. 2, 275-304 (1993). 20. D. S. Faber and H. Korn, “Applicability of the coefficient of variation method for analyzing synaptic plasticity,” J. Biophys., 60, 1288-1294 (1991). 21. H. Kucukdereli, N. J. Allen, A. T. Lee, et al., “Control of excitatory CNS synaptogenesis by astrocyte-secreted proteins Hevin and SPARC,” PNAS, 108, No. 32, 440-449 (2011). 22. M. Vidal-Sanz, G. M. Bray, and A. J. Aguayo, “Regeneration synapses persist in the superior colliculus after the regrowth of retinal ganglion cell axons,” J. Neurocytol., 20, 940-952 (1991). 23. M. Tigges, J. Tigges, G. L. Luttrell, and C. M. Frazier, “Ultrastructural changes in the superficial layers of the superior colliculus in Galago crassicaudatus (primates) after eye enucleation,” Z. Zellforsch., 140, 291-307 (1973). 24. L. G. Wu and J. G. G. Borst, “The reduced release probability of releasable vesicles during recovery from short-term synaptic depression,” Neuron, 23, 821-832 (1999). 25. A. C. Meyer, E. Neher, and R. Schneggenburger, “Estimation of quantal size and number of functional active zones at the calyx of held synapse by nonstationary EPSC variance,” J. Neurosci., 21, No. 20, 7889-7900 (2001). 26. I. A. Fleidervish and M. J. Gutnick, “Paired pulse facilitation of NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4 351 КОРОТКОЧАСНА ПЛАСТИЧНІСТЬ ГЛУТАМАТ- ТА ГАМК-ЕРГІЧНОЇ СИНАПТИЧНОЇ ПЕРЕДАЧІ IPSCs in slices of immature and mature mouse somatosensory neocortex,” J. Neurophysiol., 73, No. 6, 2591-2596 (1995). 27. G. Hess, U. Kuhnt, and L. L. Voronin, “Quantal analysis of paired-pulse facilitation in quinea pig hippocampal slices,” Neurosci. Lett., 77, 187-192 (1987). 28. L. Jiang, S. Sun, M. Nedergaard, and J. Kang, “Paired- pulse modulation at individual GABAergic synapses in rat hippocampus,” J. Physiol., 523, No. 2, 425-439 (2000).

Короткочасна пластичність глутамат- та ГАМК-ергічної синаптичної передачі між кокультивованими гангліозними клітинами сітківки та нейронами superior colliculus

Репозитарії

Схожі ресурси