Geum.ru

Реферат циклу наукових праць

Вид материалаРеферат

Содержание


Наукова новизна
Практична значимість одержаних результатів.
Основні результати досліджень
Подобный материал:
РЕФЕРАТ

циклу наукових праць

“ВЛАСТИВОСТІ ТА МОДУЛЯЦІЯ ХЛОРНИХ

КАНАЛІВ У НЕЙРОНАХ ГОЛОВНОГО МОЗКУ”

виконаного авторським колективом у складі

к.б.н., ст.н.с. Федоренко Олени Андріївни, к.б.н., ст.н.с. Розумної Наталії Миколаївни (Інститут фізіології ім.О.О.Богомольця НАН України).


На ядерних та плазматичних мембранах клітин головного мозку виявлено багато різних типів іонних каналів з відмінними біофізичними властивостями. Досить суперечливим залишається питання щодо функції цих іонних каналів. Припускають, що деякі канали можуть брати участь у функціонуванні ядерної оболонки як кальцієвого депо, з якого Са2+ потрапляє всередину ядра. Дослідження ядерної оболонки являє інтерес у декількох відношеннях. По-перше, ядерна оболонка може брати активну участь y регуляції транспорту між цитоплазмою та нуклеоплазмою і регуляції генетичного апарату клітини. По-друге, зовнішня ядерна мембрана є частиною ендоплазматичного ретикулуму, тому іонні канали ядерної оболонки можна розглядати як канали ЕР. Деякі нейротрансмітери та нейромодулятори (дофамін, норадреналін), широко розповсюджені в головному мозку ссавців, можуть модулювати хлорні канали, спряжені з ГАМК-А рецепторами на плазматичній мембрані, і, таким чином, змінювати баланс між процесами збудження та гальмування.

Мета даного циклу робіт полягала в проведенні комплексного дослідження основних біофізичних властивостей хлорних іонних каналів, які експресуються на мембранах ядерної та плазматичної оболонки клітин головного мозку, а також прослідкувати модуляцію цих каналів різними нейромодуляторами і співставити отримані результати з можливим фізіологічним значенням даних каналів.

Наукова новизна даного циклу робіт полягає у встановленні наявності та описанні основних властивостей хлорних іонних каналів, які експресуються на ядерних мембранах Jurkаt клітин, пірамідних нейронів ділянки СА1 та клітин-зерен зубчастої звивини гіпокампа; представлені данні, що відкидають гіпотезу про зв’язок каналу для пасивної дифузії комплексу ядерної пори та катіонного каналу великої провідності ядерної оболонки нейронів Пуркін’є мозочка; описаний новий можливий механізм регуляції тривалості Са2+ сигналу в ядрі клітини.

Всі данні, які стосуються впливу дофаміну на ГАМК-ергічну передачу в моторній корі головного мозку, отримані в експериментах на неанестезованих тваринах, в умовах, максимально наближених до фізіологічних. Встановлено, що дофамін нейтралізує пригнічуючі впливи ГАМК та агоністів ГАМКА-рецепторів на нейронні реакції, таким чином, дофамінергічна система в природних умовах здатна пригнічувати гальмівний ефект ГАМК на фонову активність та викликані відповіді нейронів моторної кори. Експериментально доведено здатність дофамінергічної нейромедіаторної системи неокортексу модулювати ГАМК-ергічну передачу під час умовнорефлекторної діяльності в природних умовах на рівні ГАМКА- рецепторів, і тим самим стабілізувати імпульсну нейронну активність на необхідному рівні.

Показано модуляцію ГАМКА–ергічної передачі в СА1 зоні гіпокампа під впливом бета2-агоніста метапротеренола, яка проявлялася в посиленні розгальмовуючого ефекту бікукуліну, блокатору ГАМК–А рецепторів, на нейронну активність.

Практична значимість одержаних результатів. Робота має насамперед велике фундаментальне значення оскільки сприяє більш глибокому розумінню механізмів внутрішньоклітинної регуляції, зокрема передачі клітинних сигналів всередину ядра та цитоплазми, що спричиняє зміни у активності генетичного апарату та внутрішньоклітинних процесів, і, таким чином, поширює знання про функціонування нервової клітини. Окрім теоретичного, отримані результати можуть мати важливе практичне значення. Зокрема, результати проведених досліджень вказують на можливість диференційованого фармакологічного впливу на іонні канали, селективних до аніонів, які знаходяться у цитоплазматичній та внутрішньоклітинних мембранах. Тобто, можлива розробка фармакологічних агентів, які би вибірково впливали на аніонні канали мембрани ядерної та плазматичної оболонки, не змінюючи властивостей іонних каналів інших типів. Дані дослідження дають підставу для подальших досліджень властивостей ядерної оболонки та її зв’язку з фізіологічними явищами в клітині, таких, наприклад, як апоптоз, нейродегенерація тощо.

Отримані в роботі дані відносно модулюючих впливів ДА на гальмівну передачу в неокортексі та НА в гіпокампі можуть сприяти більш повному розумінню та дослідженню патогенезу ряда психічних захворювань, розробці науково-дослідних моделей та методів корекції патологічних станів людини, а також більш детальному поясненню механізму дії деяких психотропних препаратів, які широко використовуються у сьогоднішній час. Встановлені зміни ГАМК-ергічної передачі в корі головного мозку під дією ДА та в гіпокампі під дією НА вказують на те, що терапія рухових порушень повинна бути комплексною, з урахуванням взаємодії різних медіаторних систем.

Матеріали комплексу робіт висвітлені в 23 наукових публікаціях (з них 13 реферованих). Загальний індекс цитування робіт претендентів - 10.


ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ


У результаті проведених експериментів було досліджено основні біофізичні властивості хлорних іонних каналів, які експресуються на мембранах ядерної та плазматичної оболонки клітин головного мозку, а також вивчено модуляцію цих каналів нейромодуляторами.

При дослідженні зовнішньої мембрани ядер пірамідних нейронів СА1 ділянки гіпокампа ми виявили іонні канали з характерною кінетикою та чітко вираженою потенціалзалежністю. При позитивних потенціалах вони були майже весь час закриті й дуже рідко спостерігалися поодинокі та досить короткотривалі спрацьовування. При від’ємних потенціалах робота каналів різко змінювалась - активність каналу значно збільшувалась.

При дослідженні поодиноких іонних каналів від мембран ядерної оболонки гранулярних нейронів зубчастої звивини гіпокампа було виявлено декілька їх типів з різними біофізичними властивостями. У зовнішній ядерній мембрані ми зареєстрували іонний канал, який демонстрував досить повільну кінетику роботи та не мав чіткої потенціал залежності. У внутрішній ядерній мембрані було виявлено канали двох типів. Вони мали майже однакову провідність, проте різко відрізнялися за характером своєї роботи. Отже, на мембранах ядерної оболонки гранулярних нейронів зубчастої звивини було виявлено три різні типи іонних каналів, один з яких знаходився на зовнішній ядерній мембрані, а два інших – на внутрішній.

Частину хлорних каналів, які були нами зареєстровані, можна віднести до каналів родини СІС, оскільки вони мають два рівних за амплітудою рівні провідності. Ці канали мають подібну кінетику, але суттєво відрізняються за провідністю. Тому можна стверджувати, що ми маємо справу з різними типами іонних каналів, але зі схожою молекулярною будовою. Іншу частину хлорних каналів ми не змогли віднести до будь-якої групи вже відомих каналів, оскільки таке завдання не вдається вирішити електрофізіологічними методами. Отже, в даній роботі було вперше виявлено низку іонних каналів, які експресуються в мембранах ядерної оболонки клітин трьох типів, а також описані їх основні біофізичні властивості.

В даному циклі експериментальних досліджень було продемонстровано модуляцію хлорних каналів різними нейромодуляторами через їх впливи на ГАМК–ергічну передачу в моторній корі та гіпокампі. При дослідженні впливу іонофоретичної аплікації дофаміну (ДА) на реакції нейронів моторної кори, що викликались іонофоретичною аплікацією ГАМК, ми виявили, що ГАМК-ергічне пригнічення імпульсної активності підлягає модуляції з боку дофамінергічної системи. В своїх дослідах ми спостерігали, що модуляція дофаміном ГАМК-ергічних відповідей нейронів моторної кори відбувається шляхом або пригнічення, яке в умовах наших дослідів спостерігалося частіше, або її полегшення. Про пригнічення ГАМК ефектів під дією ДА свідчить той факт, що сумарним ефектом одночасної дії ДА та ГАМК на популяцію всіх досліджених клітин було або полегшення імпульсної активності, або вона незначно зменшувалася. Тобто можна зробити висновок, що ДА “утримує” імпульсну активність нейронів на необхідному рівні, що, ймовірно, диктується поточними фізіологічними потребами.

Активація мусцимолом ГАМКА – рецепторів та одночасна аплікація дофаміну виявили, що характер взаємодії між ДА - та ГАМКА- ергічною системами дуже схожий на той, що спостерігався нами при вивченні ефектів одночасної аплікації ДА та самої ГАМК. Виявляється такий самий двоїстий вплив ДА на ГАМК-ергічні відповіді коркових нейронів. Ефекти ізольованої аплікації ДА та бікукулліну мали однаковий знак у більшості випадків, але при одночасній аплікації сумації ефектів речовин не спостерігалося. Більш того, більший полегшуючий ефект бікукулліну не відтворювався при одночасній аплікації його з ДА. Це може свідчити про те, що за фізіологічних умов ДА може стабілізувати імпульсну нейронну активність шляхом зміни ефективності гальмівної синаптичної передачі.

Агоніст β2 - адренорецепторів метапротеренол головним чином зменшував ГАМК - опосередковуване пригнічення викликаних відповідей в гіпокампі, але міг також викликати й протилежний ефект. Наші експерименти показали, що бікукулін збуджує нейрони гіпокампу, що призводить до включення більшої кількості нейронних популяцій у викликану відповідь, про що свідчить поява множинних відповідей. Під час одночасної аплікації метапротеренолу та бікукуліну ми спостерігали, що агоніст бета2–адренорецепторів не скасовував розгальмовуючий ефект бікукуліну, а навіть в деякій мірі потенціював його.

ВИСНОВКИ

У даній роботі на внутрішній та зовнішній мембранах ядерної оболонки пірамідних нейронів СА1 ділянки і грануляних нейронів зубчастої звивини гіпокампа були виявлені іонні канали й описані їх біофізичні властивості:
  1. Набори іонних каналів на внутрішній та зовнішній ядерних мембранах дуже різко відрізняються, що дає підставу стверджувати про фізіологічну спеціалізацію цих двох мембран.
  2. Були отримані докази того, що катіонні канали великої провідності, які знаходяться на мембранах ядерної оболонки нейронів Пуркін’є мозочка не пов’язані з комплексами ядерної пори, а забезпечують транспорт одновалентних катіонів між цитоплазмою або нуклеоплазмою та люменом ядерної оболонки.
  3. На внутрішній ядерній мембрані пірамідних нейронів СА1 ділянки гіпокампа вперше були виявлені інозитолтрифосфатні рецептори. Отримані результати дають підстави припускати, що ядерна оболонка цих клітин функціонує як кальцієве депо, з якого Са2+ вивільняється в нуклеоплазму.
  4. На мембранах ядер гранулярних нейронів зубчастої звивини гіпокампа не вдалося зареєструвати ні інозитолтрисосфатних рецепторів, ні рианодинових, що може бути пояснено різними механізмами у регуляцій кальцієвої сигналізації в ядрах клітин різних типів.
  5. Інозитолтрифосфатні рецептори та катіонні канали великої провідності на ядерних мембранах центральних нейронів інгібувалися негативним потенціалом у перинуклеарному просторі. Потенціалзалежність активності цих каналів може бути одним з механізмів регуляції тривалості вивільнення Са2+ з внутрішньоклітинних депо під час кальцієвого сигналу.

Показано модуляцію хлорних каналів плазматичної мембрани різних структур головного мозку через впливи модуляторів на ГАМК–ергічну передачу.
  1. ДА, при аплікації спільно з мусцимолом, агоністом ГАМК–ергічної передачі, пригнічував його гальмівну дію на фонову активність та нейронні реакції, які викликаються умовною стимуляцією. Одночасна мікроіонофоретична аплікація ДА та антагоністу ГАМКА- рецепторів не відтворювала ні сумації полегшуючих ефектів речовин, ні ефекту самих антагоністів, що говорить про те, що ДА в умовах пригнічення гальмівної передачі здатен стримувати надмірну імпульсну активність нейронів моторної кори.
  2. ДА-ергічна нейромедіаторна система неокортексу під час умовнорефлекторної діяльності в природних умовах здатна модулювати ГАМК-ергічну передачу на рівні ГАМКА- рецепторів, і тим самим стабілізувати імпульсну нейронну активність на необхідному рівні.
  3. Показано модуляцію ГАМК–ергічної передачі в СА1 зоні гіпокампа під впливом бета2-агоніста метапротеренола. Агоніст β2 - адренорецепторів метапротеренол головним чином зменшував ГАМК - опосередковане пригнічення викликаних відповідей, але міг також викликати й протилежний ефект. Ці подвійні ефекти метапротеренола на ГАМК - ергічне гальмування викликаної активності в СА1 зоні гіпокампа можна пояснити різною модуляцією ГАМКА - і ГАМКВ - рецепторів під час активації β2 – адренорецепторів .
  4. Агоніст β2 - адренорецепторів метапротеренол посилював розгальмовуючий ефект бікукуліну, блокатору ГАМК–А рецепторів, на нейронну активність.
  5. ДА – та НА – ергічні системи мозку відіграють важливу роль в регулюванні рівня гальмування та збудження в корі головного мозку та гіпокампі, що в свою чергу може забезпечувати потужний шлях для зміни збудливості пірамідних нейронів даних структур мозку.



Загальна кількість публікацій, в яких відображена робота:
  1. Storozhuk V., Khorevin V., Rozumna N., Villa A., Tetko I. Dopamine modulation of activity of cat sensorimotor cortex neurons during conditioned reflexes // Neurosci. Lett. - 2002. - Vol. 330, № 2. – P. 171-180.
  2. Rozumna N.M. Interaction between the dopaminergic and GABA-ergic systems of the cortex during conditioning // Нейрофизиология/Neurothysiology. – 2002. – T. 34, № 2/3. - С. 226–228.
  3. Storozhuk V.M., Khorevin V.I., Razumna N.N., Tetko I.V., Villa A.P. The effects of activation of glutamate ionotropic connections of neurons in the sensorimotor cortex in a conditioned reflex // Neurosci. Behav. Physiol. – 2003. – Vol. 33, N 5. - P.479-488.
  4. Storozhuk V.M., Khorevin V.I., Rozumna N.M., Villa A.E., Tetko I.V. Dopamine modulation of glutamate metobotropic receptors in conditioned reaction of sensory motor cortex neurons of the cat // Neurosci. Lett. – 2004. - Vol. 356, № 2. - P. 127-130.
  5. Розумна Н.М. Модуляція дофаміном ГАМК-ергічної передачі в моторній корі кота при активації та блокуванні ГАМКА-рецепторів // Нейрофизиология/ Neurophysiology. – 2004. – Т. 36, № 1. – С.88-89.
  6. Разумная Н.Н. Влияние агониста бета2-адренорецепторов метапротеренола на тормозную ГАМК - ергическую передачу в гиппокампе крыс іn vіtro // Нейрогуморальные механизмы регуляции функций в норме и при патологии. П/ред. Гурина В.Н., Калюнова В.Н., Попутникова Д.М. – Минск, Бизнесофсет, 2007. – с. 184-188.
  7. Fedorenko O.A., Duzhyy D.E., Marchenko S.M. Spontaneous active ion channels of the nuclear envelope membranes of pyramidal hippocampal neurons // Neurophysiology. – 2007; 39(1):3-8.
  8. Fedorenko O.A., Duzhyy D.E., Marchenko S.M. Nuclear ionic channels of the granule cells from the dentate gyrus // Fiziol Zh. - 2007; 53(3):9-15 [in Ukrainian].
  9. Разумная Н.Н. Влияние норадренергической системы через β2-адренорецепторы на ГАМК –эргическую передачу в СА1 зоне гиппокампа крыс іn vіtro. // Нейрофизиология/ Neurophysiology. – 2010. – Т.42 , № 3. – С. 199-205.
  10. Razoumnaya N. N. β2 Adrenoreceptor-Mediated Noradrenergic Effect on GABA-ergic Transmission in the CA1 Zone of the Rat Hippocampus in vitro // Neurophysiology. – 2010. – V. 42, N. 3. – P. 163-168.
  11. Fedorenko O.A., Marchenko S.M. Spontaniously acyive ion channels of the nuclear envelope membranes // Fiziol. Zh. - 2010; 56(5):95-105 [in Ukrainian].
  12. Сторожук В.М., Хоревин В.І., Розумна Н.М. Вплив дофаміну та ГАМК на глутаматну передачу між нейронами сенсомоторної кори при умовному рефлексі // Архив клин. и эксперим. медицины. - 2001. – Т. 10, № 2. – С. 219.
  13. Розумна Н.М., Молдаван М.Г.. Вплив дофаміну та ГАМК на активність нейронів сенсомоторної кори // Фізіологічн. журн. – 2002. – Т. 48, № 2. – С. 43.
  14. Khorevin V.I., Levchuk T.E., Rozumna N.M. Involvement of dopamine D1-receptors in modulation of impulse activity of sensory motor cortex neuron in cat performed in a conditioned placing reaction // Program and abstracts, Second Bogomoletz-Nenski Symposium. - Kiev. - 2002. - P. 8.
  15. Rozumna N.M. Dopamine modulation of gaba-ergic transmission in the motor cortex during conditioning. Program and abstracts, IASN 2004, Crimea. - Yalta. - 2004. - P. 40.
  16. Розумна Н.М. Модуляція дофаміном ГАМК-ергічної передачі в моторній корі кішки при виконанні умовного рефлексу// Фізіологічн. журн. – 2006. – Т. 52, № 2. – С. 54.
  17. Dujyy D.E., Fedorenko O.A., Marchenko S.M. Study of ion channels from the inner nuclear membranes of pyramidal hippocampal neurons // Fiziol Zh. – 2006, 52(2), p.18 [in Ukrainian].
  18. Fedorenko O.A., Duzhyy D.E., Marchenko S.M. Ionic channels of the nuclear membranes from the central neurons // Thesis of the International conference “Mechanisms of the physiological systems functioning”, Lviv, 2006, p.7.
  19. Fedorenko O.A. The nuclear envelope is the regulatory cell organelle // thesis of the International conference “The youth and the science: results and perspectives”, Saratov, 2006, p.148.
  20. Fedorenko O.A., Duzhyy D.E. and Marchenko S.M. Ion channels of the nuclear membranes of hippocampal neurons // Thesis of the Young Physiologists’ Symposium “Experiment meets theory: integrated approaches to neuroscience”, Cambridge, 2008, p.9.
  21. Rozumna N.M. Beta-adrenergic modulation of gaba receptor-mediated inhibition in the rat hippocampus in vitro// Fiziol Zh. – Abstracts, MMICS 2009, Kiev. – 2009. – Т. 55, № 6. – С. 131.
  22. Розумна Н.М. Вплив аплікації агоністу β2-адренорецепторів на гальмівну ГАМК-ергічну передачу в гіпокампі щурів іn vіtro // Фізіологічн. журн. – 2010. – Т.56 , № 2. – С. 48.
  23. Fedorenko O.A. and Marchenko S.M. Investigation activity of ion channels of the membranes of the nuclear envelope of neurons // Ukr. Biochem. J. – 2010; 82(4): 148.


Автори:

ст.н.с. відділу фізіології головного мозку

Інституту фізіології ім.О.О.Богомольця

НАН України,

к.б.н. О.А. Федоренко


ст.н.с. відділу фізіології головного мозку

Інституту фізіології ім.О.О.Богомольця

НАН України,

к.б.н. Н.М. Розумна


Підписи Розумної Н. М., Федоренко О.О. підтверджую:


Вчений секретар Інституту фізіології

ім. О.О. Богомольця HAH України к.б.н. В.М. Києнко