Главная Коллекция "Otherreferats" Биология и естествознание Вплив штучної гіпоінсулемії на синаптичну активність та пластичність глутаматергічної нейропередачі в культурі нейронів гіпокампа

Вплив штучної гіпоінсулемії на синаптичну активність та пластичність глутаматергічної нейропередачі в культурі нейронів гіпокампа

Гіпоінсулінемія - наслідок патологічних змін при діабеті. Ускладнення з боку функціонування центральної та периферичної нервової системи. Вплив хронічної штучної гіпоінсулінемії на рівень синоптичної активності, пластичність у культурі нейронів гіпокампа.

Рубрика Биология и естествознание
Вид статья
Язык украинский
Дата добавления 09.05.2022
Размер файла 200,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Вплив штучної гіпоінсулемії на синаптичну активність та пластичність глутаматергічної нейропередачі в культурі нейронів гіпокампа

М.С. Шипшина, К.І. Кузнецов, С.А. Федулова, М.С. Веселовський

Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України, Київ;

Гіпоінсулінемія є наслідком патологічних змін при діабеті, що викликає ускладнення з боку функціонування центральної та периферичної нервової системи. Асоційоване з гіпоінсулінемією пригнічення сигнальних каскадів рецепторів інсуліну може стимулювати розвиток патологічних станів, пов'язаних з порушенням когнітивних процесів. Ми досліджували вплив хронічної штучної гіпоінсулінемії на рівень синоптичної активності та короткочасну пластичність у культурі нейронів гіпокампа. Гіпоінсулінемію індукували культивуванням зрілих (16-20 діб in vitro) нейронів гіпокампа щурів у середовищі без додаткового інсуліну протягом 1, 2 та 4 діб. Концентрація інсуліну в контролі становила 100 нмоль/л. З використанням методу patch-clamp у конфігурації «ціла клітина» та методу локальної електричної стимуляції аксона реєстрували та аналізували спонтанні та викликані глутаматергічні збуджувальні постсинаптичні струми (сЗПСС та вЗПСС відповідно) у цих нейронах. Гіпоінсулінемія сприяла суттєвому зниженню середньої частоти сЗПСС порівняно з контролем до 49,9 ± 15,8% (п = 6), 8,5 ± 7,7% (п = 6) та 16,6 ± 5,2% (п = 8) протягом 1-ї, 2-ї та 4-ї доби відповідно. Паралельно відзначалося зменшення середньої амплітуди сЗПСС до 52,6 ± 5,5% (п = 6), 36,6 ± 5,8% (п = 6) та 43,9 ± 8,4% (п = 8) відповідно щодо контролю. Аналіз амплітуд сЗПСС у рамках біноміальної моделі показав поступове зменшення частоти багатовезикулярних викидів глутамату в синапсах досліджуваних нейронів. Гіпоінсулінемія викликала зсув напрямку короткочасної пластичності глутаматергічної нейропередачі від полегшення до депресії. Коефіцієнт парної стимуляції зменшувався від 1,83 ± 0,25 у контролі до 0,59 ± 0,07, 0,77 ± 0,07 та 0,80 ± 0,06 після 1-ї, 2-ї та 4-ї доби культивування без інсуліну. Відповідно збільшувалося співвідношення коефіцієнтів варіаціїпостсинаптичних струмів (CV2/CV1) від 0,82 ± 0,07до 1,30 ± 0,28, 1,52 ± 0,27та 1,61 ± 0,24. Представлені результати свідчать про значне послаблення синаптичної активності та зниження ймовірності багатовезикулярного викиду глутамату в синапсах культивованих нейронів гіпокампа під впливом штучної гіпоінсулінемії.

Ключові слова: гіпоінсулінемія; гіпокамп; глутаматергічна нейропередача; постсинаптичні струми; короткочасна пластичність.

M.S. Shypshyna, K.I. Kuznetsov, S.A. Fedulova, M.S. Veselovsky

EFFECTS OF ARTIFICIAL HYPOINSU- LINEMIA ON SYNAPTIC ACTIVITY AND PLASTICITY OF GLUTAMATERGIC NEUROTRANSMISSION IN CULTURE OF HIPPOCAMPAL NEURONS

O.O. Bogomoletz Institute of Physiology, NAS of Ukraine, Kyiv;

We investigated the effect of chronic hypoinsulinemia on the level of synaptic activity and short-term plasticity in cultured hippocampal neurons. Hypoinsulinemia was induced by culturing mature (16-20 days in vitro) rat's hippocampal neurons without insulin for 1, 2, and 4 days. The control insulin concentration was 100 nmol/l. Spontaneous and evoked glutamatergic excitatory postsynaptic currents (sEPSC and eEPSC, respectively) in these neurons were analyzed using the whole-cell patch-clamp method and the method of local electrical stimulation of individual axon. Hypoinsulinemia during the 1st, 2nd and 4th days led to significantly reduction of the mean sEPSC's frequency to 49.9 ± 15.8% (n = 6), 8.5 ± 7.7% (n = 6) and 16.6 ± 5.2% (n = 8) respectively, relative to control. Also, there was a decrease of the average sEPSC's amplitudes to 52.6 ± 5.5% (n = 6), 36.6 ± 5.8% (n = 6) and 43.9 ± 8.4% (n = 8), respectively, relative to control.

Quantal analysis of the sEPSC's amplitudes showed a decrease of multivesicular glutamate release at the synapses under such conditions. Hypoinsulinemia caused a shift in the direction of short-term plasticity in glutamatergic hippocampal synapses from potentiation to depression.

The paired-pulse ratio decreased from 1.83 ± 0.25 in the control to 0.59 ± 0.07, 0.77 ± 0.07, and 0.80 ± 0.06 after the 1st, 2nd, and 4th days under cultivation without insulin. Accordingly, the ratio of the coefficients of variation of eEPSC's amplitudes (CV2/ CV1) increased from 0.82 ± 0.07 to 1.30 ± 0.28, 1.52 ± 0.27, and 1.61 ± 0.24.

The presented results indicate a significant reduction of synaptic activity and decrease in the probability of multivesicular release of glutamate at the synapses of cultured hippocampal neurons under hypoinsulinemia.

Key words: hypoinsulinemia; hippocampus; glutamatergic neurotransmission; postsynaptic currents; short-term plasticity.

М.С. Шипшина, К.И. Кузнецов, С.А. Федулова, Н.С. Веселовский

ВЛИЯНИЕ ГИПОИНСУЛИНЕМИИ НА СИНАПТИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ И ПЛАСТИЧНОСТЬ ГЛУТАМАТЕРГИЧЕСКОЙ НЕЙРОПЕРЕДАЧА В КУЛЬТУРЕ НЕЙРОНОВ ГИППОКАМПА

Мы исследовали влияние хронической гипоинсулинемии на уровень синаптической активности и кратковременную пластичность в культуре нейронов гиппокампа. Гипоинсу- линемию индуцировали культивированием зрелых (16-20 сут in vitro) нейронов гиппокампа крыс в среде без добавленного инсулина на протяжении 1, 2 и 4 сут. Концентрация инсулина в контроле составляла 100 нмоль/л. С использованием метода patch-clamp в конфигурации «целая клетка» и метода локальной электрической стимуляции аксона регистрировали и анализировали спонтанные и вызванные глутаматергические возбуждающие постсинаптические токи (сВПСТ и вВПСТ соответственно) в данных нейронах. Гипоинсулинемия приводила к существенному снижению средней частоты сВПСТ в сравнении с контролем до 49,9 ± 15,8% (n = 6), 8,5 ± 7,7% (n = 6) и 16,6 ± 5,2% (n = 8) в течение 1, 2 и 4 сут соответственно. Параллельно отмечалось уменьшение средней амплитуды сВПСТ до 52,6 ± 5,5% (n = 6), 36,6 ± 5,8% (n = 6) и 43,9 ± 8,4% (n = 8) от контроля. Анализ амплитуд сВПСТ в рамках биномиальной модели показал постепенное снижение частоты многовезикулярных выбросов глутамата в синапсах исследованных нейронов. Гипоинсулинемия вызывала смещение направления развития кратковременной пластичности глутамат- ергической нейропередачи от облегчения до депрессии. Коэффициент парной стимуляции уменьшался от 1,83 ± 0,25 в контроле до 0,59 ± 0,07, 0,77 ± 0,07 и

0. 80.± 0,06 после 1, 2 и 4 сут культивирования без инсулина. Соответственно увеличивалось соотношение коэффициентов вариации постсинаптических токов (CV2/ CV1) от 0,82 ± 0,07 до 1,30 ± 0,28, 1,52 ± 0,27 и 1,61 ± 0,24. Представленные результаты свидетельствуют о существенном ослаблении синаптической активности и снижении вероятности многовезикулярного выброса глутамата в синапсах культивированных нейронов гиппокампа на фоне гипоинсулинемии.

Ключевые слова: гипоинсулинемия; гиппокамп; глута- матергическая нейропередача; постсинаптические токи; кратковременная пластичность.

ВСТУП

Гіпоінсулінемія визначається як значне зниження концентрації інсуліну порівняно з нормою для утилізації глюкози з периферичної крові. Такий стан є синдромом цукрового діабету і може спостерігатися внаслідок зменшення продукції цього гормону Я-клітинами підшлункової залози як при діабеті 1-го типу, коли відбувається масова загибель клітин підшлункової залози, так і при діабеті 2-го типу внаслідок виснаження регуляторних нейрогуморальних механізмів з компенсації гіперглікемії.

Оскільки ефекти гіпоінсулінемії реалізуються на рівні функціонування різних органів та систем організму, їх визначення доцільно проводити з застосуванням спрощених модельних систем. Тому первинна культура нейронів гіпокампа щурів може успішно використовуватися для визначення впливів тривалої депривації інсуліну на функціонування синаптичних контактів цієї мозкової структури. Протягом останніх років зростає науковий інтерес до визначення ролі інсулінзалежної сигналізації у регуляції процесів нейрогенезу та синаптичної пластичності в гіпокампі - відділі мозку, відповідального за формування процесів навчання та пам'яті [1-4]. Описані різноманітні функції інсуліну у підтриманні метаболізму нейронів головного мозку [5], у стимуляції синаптогенезу [6] та реалізації синаптичної пластичності [7-10]. Також цей гормон стимулює проліферацію та метаболізм інсулінчутливої глії [11], яка у свою чергу впливає на функціональний стан нейронів та властивості їх синаптичних зв'язків. Отже, асоційоване з гіпоінсулінемією пригнічення сигнальних каскадів рецепторів інсуліну може мати негативні наслідки у розвитку патологічних станів, пов'язаних з порушенням когнітивних процесів.

Мета нашої роботи - дослідження впливу хронічної штучної гіпоінсулінемії на рівень синаптичної активності та короткочасну пластичність у культурі нейронів гіпокампа.

МЕТОДИКА

Всі експерименти були проведені із дотриманням міжнародних принципів Європейської конвенції про захист хребетних тварин, що використовуються в експериментальних та інших наукових цілях. Біоетичний комітет Інституту фізіології імені О.О. Богомольця розглянув та схвалив протоколи всіх експериментальних процедур із використанням лабораторних тварин.

Культивування нейронів гіпокампа. Методика приготування культури нейронів гіпокампа не відрізнялася від описаної раніше [12]. Гіпокамп виділяли у неонатальних щурів лінії Вістар після декапітації, поміщали в розчин, що містив мінімальне середовище Ігла («Sigma», США), 20 ммоль/л HEPES, 25 од/мл натрієвої солі бензилпеніциліну та 25 мкг/мл стрептоміцину сульфату. Сегменти гіпокампа обробляли 0,05%-м розчином трипсину (тип II, «Sigma», США) при кімнатній температурі (23-25°С) протягом 10 хв. Після механічної дезагрегації, яку проводили з використанням різних за діаметром кінчика пастерівських піпеток, нейрони висівали на покриті полі^-орнітином чашки Петрі (щільність клітин у культурах - близько 30 тис од/см2). Культури інкубували при 37°C і 5% CO2 у повітряному середовищі. Розчин для культивування виготовляли на базі мінімального середовища Ігла з додаванням 10% кінської сироватки, 2,3 г/л NaHCO3, 8 мкг/мл інсуліну, 50 од/мл бензилпеніциліну натрієвої солі та 50 мкг/мл стрептоміцину сульфату. Проліферацію гліальних клітин у культурах пригнічували цитозин-А-D- арабінофуранозидом (5 мкмоль/л). Гіпо- інсулінемію індукували культивуванням зрілих (16-20 діб in vitro) нейронів гіпокампа щурів у середовищі без додаткового інсуліну протягом 1, 2 та 4 діб. Концентрація інсуліну в контролі становила 100 нмоль/л. Протягом дозрівання культури нейронів додатково не збагачували факторами росту. Електрофізіологічні експерименти проводили на 16-22-ту добу культивування.

Електрофізіологія. З використанням методу patch-clamp у конфігурації «ціла клітина» та методу локальної електричної стимуляції аксона реєстрували та аналізували спонтанні та викликані глутаматергічні збуджувальні постсинаптичні струми (сЗПСС та вЗПСС відповідно) в культивованих нейронах гіпокампа щурів. Експериментальний фізіологічний розчин складався з (ммоль/л): NaCl - 140; KCl - 3; CaCl2 - 2; MgCl2 - 2; глюкоза - 6; HEPES - 20; pH 7,4; внутрішньоклітинний розчин у patch-піпетках - калію глюкона ту - 155; EGTA - 0,5; MgCl2 - 1; HEPES - 20; pH 7,4. Різницю потенціалів на мембранах нейронів гіпокампа підтримували на рівні 70 мВ. мЗПСС у нейронах реєстрували у позаклітинному розчині, що містив 0,5 ммоль/л Са2+, 10 ммоль/л Mg2+ та 0,25 мкмоль/л тетродотоксину. Експерименти проводили при 20-22°С. При реєстрації глутаматергічних постсинаптичних струмів гальмівну передачу блокували додаванням у позаклітинний розчин специфічних бло- каторів ГАМКд- та гліцинових рецепторів (бікукуліну метіодиду, стрихніну). Заміну розчинів, які доповнювалися блокаторами іонотропних глутаматних рецепторів (DNQX, Dl-AP5), здійснювали зі швидкістю 2 мл/хв.

Для оцінки короткочасної пластичності в сенсорних синапсах розраховували коефіцієнт парної стимуляції (КПС) як частку від пікових значень амплітуд двох послідовно зареєстрованих (з інтервалом 50 мс) вЗПСС: КПС = вЗПСС2/вЗПСС1. Коефіцієнти варіації (CV) розраховували як відношення стандартного відхилення амплітуд вЗПСС до їх середнього значення.

Аналіз результатів. Результати представлено як середні ± похибка середнього; розміри вибірки усереднення подано в дужках. Перевірку гіпотези про належність вибірки до нормально розподіленої генеральної сукупності проводили за тестом Шапіро- Уілка. Для статистичного порівняння розподілів аналізованих величин використовували критерій узгодженості Пірсона (х2). Для визначення рівня значущості розбіжностей між середніми значеннями в групах застосовували критерій t Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Для визначення впливу штучної гіпоінсу- лінемії на рівень синапатичної активності в культурі нейронів гіпокампа аналізували частоту виникнення, а також амплітуди сЗПСС. Реєстрували сЗПСС, опосередковані викидом глутамату. Струми мали швидку кінетику наростання і спаду (час наростання 2,21 ± 0,47 мс та постійна часу спаду 5,10 ± 0,72 мс; n = 7). Середні значення амплітуд сЗПСС лінійно залежали від підтримуваного потенціалу на нейронах гіпокампа. Потенціал реверсії сЗПСС становив 5,72 ± 2,03 мВ (n = 5). Позаклітинна аплікація блокаторів іонотропних глутаматних рецепторів DNQX (10 мкмоль/л) та DL-AP5 (10 мкмоль/л) призводила до повного блокування сЗПСС.

Гіпоінсулінемія сприяє зниженню частоти сЗПСС у нейронах гіпокампа. Інкубація нейронів у культуральному середовищі, що не містило додаткового інсуліну, призводила до зниження частоти виникнення сЗПСС у нейронах залежно від тривалості інсулінової депривації (рис. 1; 2).

Рис. 1. Зміна спонтанної активності культивованих нейронів гіпокампа під дією тривалої гіпоінсулінемії. Приклади реєстрацій глутаматергічних спонтанних постсинап- тичних струмів у нейронах гіпокампа: у контролі, в in vitro моделі гіпоінсулінемії протягом 1,2 та 4 діб відповідно

Рис. 2. Зниження частоти глутаматергічних спонтанних постсинаптичних струмів (сЗПСС) у нейронах гіпокампа при тривалій гіпоінсулінемії. Усереднені розподіли частот сЗПСС нормовані на максимальне значення (ММмакс) у контролі, в in vitro моделі гіпоінсулінемії протягом 1,2 та 4 діб відповідно

Гіпоінсулінемія протягом 1 доби викликала суттєве зниження середньої частоти сЗПСС до 46,9 ± 15,8% (n = 6; P < 0,05) порівняно з контролем (середня частота сЗПСС становила 27,7 ± 4,7 с-1). При інкубації нейронів у безінсуліновому середовищі впродовж 2 та 4 діб цей показник знижувався до 8,6 ± 7,7% (n = 6; P < 0,005) та 16,6 ± 5,2% (n = 8; P < 0,001) відповідно порівняно з контролем. Розподіли частот сЗПСС у нейронах, інкубованих в умовах гіпоінсулінемії, статистично вірогідно від- різнялися від контрольних значень. Моди та були істотно нижчими за контроль (табл. 1). медіани частотних гістограм сЗПСС також Розподіли частот сЗПСС у групах нейронів, що підлягали впливу гіпоінсулінемії протягом різного часу, достовірно не відрізнялися.

Таблиця 1. Показники розподілів частот глутаматергічних спонтанних постсинаптичних струмів (с-1) у нейронах гіпокампа під впливом гіпоінсулінемії

Схема досліду

Середнє значення

Медіана

Мода

Контроль

27,7 ± 4,7

15,9 ± 0,7

15,8 ± 1,03

Гіпоінсулінемія

1-ша доба

12,9 ± 4,4*

6,6 ± 0,9

9,25 ± 0,9

2-га доба

2,4 ± 1,3**

1,6 ± 0,6

1,9 ± 1,3

4-та доба

4,6 ± 1,4**

2,9 ± 0,5

9,6 ± 1,1

*P < 0,05; **P < 0,005 щодо контролю

Представлені результати свідчать про пригнічення глутаматергічної синаптичної активності в нейронних мережах гіпокампа під

впливом тривалої гіпоінсулінемії. Як відомо, зниження частоти спонтанних постсинап- тичних відповідей нейронів тісно корелює зі зниженням ефективності функціонування синапсів на постсинаптичних нейронах

[13], через зміни ймовірності та числа зон вивільнення нейромедіатора.

Гіпоінсулінемія сприяє зменшенню амплітуди і квантового вмісту сЗПСС у нейронах гіпокампа. Амплітудні розподіли сЗПСС у контролі та в нейронах, культивованих під впливом гіпоінсулінемії, характеризувалися наявністю декількох рівновіддалених піків, які задовільно апроксимувалися сумою кривих Гауса (рис. 3). Середня відстань між піками таких гістограм відповідала першій моді (-20,1 ± 2,2 пА; n = 12) розподілів, що свідчить про чітко виражений багатоквантовий характер вивільнення глутамату в синапсах культивованих нейронів гіпокампа. Крім того, моди амплітудних розподілів сЗПСС були кратними моді унімодальних амплітудних гістограм мініатюрних мЗПСС (-20,5 ± 0,7 пА; n = 5), які інтерпретуються як значення синаптич- ного струму внаслідок викиду одиничного кванта глутамату в синапсах культивованих нейронів [14]. Кінетика мВПСС відповідала такій сВПСС (час наростання 3,07 ± 0,35 мс, постійна часу спаду 5,51 ± 0,53 мс; n = 5).

Розподіли амплітуд сЗПСС у нейронах гіпокампа, що підлягали впливу гіпоінсу- лінемії, відрізнялися від контрольної групи (Р < 0, 001) меншою кількістю піків при відносно постійних значеннях середньої відстані між ними. При цьому знижувалися частоти спостереження 2-,3- і 4-квантових подій, як це видно при порівнянні амплітудних гістограм (див. рис. 3). Відмінності у розподілах амплітуд сЗПСС у групах нейронів, що підлягали впливу гіпоінсуліне- мії різних тривалостей, не сягали статистично значущого рівня.

Рис. 3. Вплив тривалої гіпоінсулінемії на амплітуду глутаматергічних спонтанних постсинаптичних струмів (сЗПСС) культивованих нейронів гіпокампа. Полімодальні амплітудні розподіли сЗПСС (амплітуди нормовані на максимальні значення; N/Ымакс) представлені у контролі та під дією гіпоінсулінемії протягом 1, 2 та 4 діб відповідно

Середні значення амплітуд сЗПСС, зареєстрованих у нейронах під впливом гіпо- інсулінемії, були суттєво та вірогідно нижчими за контрольні (табл. 2). Протягом 1-ї, 2-ї та 4-ї доби культивування без інсуліну зменшення середньої амплітуди сЗПСС сягало 52,6 ± 5,5% (n = 6; P < 0,05), 36,6 ± 5,8% (n = 6; P < 0,05) та 43,9 ± 8,4% (n = 8; P < 0,05) відповідно щодо контролю. Аналіз амплітуд сЗПСС у рамках біноміальної моделі показав поступове зменшення частоти багатовезикулярних викидів глутамату в синапсах досліджуваних нейронів, що спостерігалося паралельно зі зменшенням квантового вмісту (див. табл. 2).

Таблиця 2. Зміни показників амплітудних розподілів глутаматергічних спонтанних збуджувальних постсинап- тичних потенціалів, зареєстрованих у нейронах гіпокампа, на фоні гіпоінсулінемії

Схема досліду

Середнє значення, пА

Квантовий вміст

Контроль

-78,4 ± 2,7

3,9 ± 1,03

Гіпоінсулінемія

1-ша доба

-41,2 ± 4,4*

2,1 ± 0,2

2-га доба

-28,7 ± 4,6*

1,6 ± 0,3*

4-та доба

-34,4 ± 6,6*

1,5 ± 0,1*

* статистично вірогідна різниця порівняно зі значеннями у контролі

Відповідно до біноміальної моделі, прийнятної для опису ймовірності вивільнення нейромедіаторів у синапсах культивованих нейронів гіпокампа [12], квантовий вміст залежить від імовірності викиду окремих квантів та числа зон їх вивільнення. Очевидно, що під впливом гіпоінсулінемії зменшення інтенсивності баготовезикулярного викиду глутамату синапсами гіпокампальних нейронів асоційоване зі зниженням частотних та амплітудних показників сЗПСС у наших експериментах. Такі результати узгоджуються з даними попередніх досліджень про суттєве зниження числа глутаматергічних синапсів у гіпокампі тварин, нокаутних за рецептором інсуліну 1-го типу [15]. Відомо при стимулюючу функцію інсуліну у підвищенні ефективності викиду глутамату в пресинаптичних терміналях нейронів гіпокампа, що виражається у збільшенні частоти мініатюрних постсинаптичних струмів, асоційованим зі збільшенням числа функціональних синапсів у цих нейронах [16].

Гіпоінсулінемія модулює короткочасну пластичність глутаматергічної нейропередачі в синапсах нейронів гіпокампа. Для оцінки впливу гіпоінсулінемії на короткочасну пластичність у синапсах нейронів гіпокампа досліджували одну з її найбільш поширених форм - пластичність при парній стимуляції (ППС). З використанням методу стимуляції поодиноких аксонів у комбінації з методами patch-clamp аналізували глутаматергічні вЗПСС, викликані парами імпульсів у пре- синаптичних аксонах з інтервалом 50 мс.

Рис. 4. Вплив тривалої гіпоінсулінемії на пластичність при парній стимуляції в глутаматергічних синапсах нейронів гіпокампа: а - усереднені записи збуджувальних постсинаптичних струмів у контролі та в in vitro моделі гіпоінсулінемії; б - гістограма середніх значень коефіцієнтів парної стимуляції у контролі (1), при гіпоінсулінемії (2, 3 та 4 відповідно). **P < 0,01 щодо контролю

Гіпоінсулінемія суттєво впливала на параметри ППС, сприяючи зміні напрямку короткочасної пластичності глутаматергічної нейропередачі в синапсах гіпокампальних нейронів (рис. 4). У контрольній групі відзначалася виражене полегшення ППС (КПС = 1,83 ± 0,25; n = 8). При культивуванні у безінсуліновому середовищі зазначених тривалостей виявлялася депресія ППС, ступінь якої статистично вірогідно не відрізнявся в групах гіпоінсулінемії різної тривалості: значення КПС становило 0,59 ± 0,07 (n = 6; P < 0,01) після 1-ї доби, 0,77 ± 0,07 (n =4; P < 0,01) після 2-ї та 0,80 ± 0,06 (n =5; P < 0,01) після 4-ї доби без інсуліну відповідно.

При аналізі ППС порівнювали коефіцієнти варіації амплітуд 1-го та 2-го вЗПСС (CV1 та CV2). Для нейронів контрольної групи співвідношення CV2/CV1 сягало 0,82 ± 0,07 (n = 8). Таке зменшення варіації 2-го вЗПСС порівняно з 1-м вказує на пресинаптичні механізми розвитку полегшення при парній стимуляції [17], пов'язані зі збільшенням імовірності викиду квантів медіатора при відповіді на 2-й стимул у парі. Під впливом гіпоінсулінемії протягом 1, 2 та 4 діб визначалися вищі за контрольний рівень значення співвідношень CV2/CV1: 1,3 ± 0,3 (n = 6; Р < 0,05), 1,5 ± 0,3 (n =4; P < 0,01) та 1,6 ± 0,2 (n =5; P < 0,01) відповідно. У цих групах нейронів суттєве підвищення варіації 2-го вЗПСС порівняно з 1-м вказує на значне зменшення ймовірності викиду глутамату під впливом гіпоінсулінемії. Отримані результати узгоджуються з даними інших досліджень щодо пресинаптичної модуляції пластичності в глутаматергічних синапсах нейронів гіпокампа під дією інсуліну [18], коли блокада інсулінових рецепторів призводить до зниження ефективності збуджувальної нейропередачі через зменшення ймовірності пресинаптичного вивільнення глутамату.

ВИСНОВКИ

Представлені результати свідчать про значне послаблення синаптичної активності та зниження ймовірності багатовезикулярного викиду глутамату в нейронних мережах культивованих нейронів гіпокампа під впливом штучної гіпоінсулінемії. Модуляція короткочасної пластичності у синапсах нейронів гіпокампа при гіпоінсулінемії залучає пресинаптичні механізми, що стимулюють істотне зниження ймовірності вивільнення глутамату в окремих синапсах цих нейронів.

REFERENCES

гіпоінсулемія діабет синоптична активність нейрон гіпокамп

1. Dou JT, Chen M, Dufour F, Alkon DL, Zhao WQ. Insulin

receptor signaling in long-term memory consolidation following spatial learning. Learn Mem. 2005;12(6):646-55.

2. Zhao WQ, Chen H, Quon MJ, Alkon DL. Insulin and

the insulin receptor in experimental models of learning and memory. Eur J Pharmacol. 2004;490(1-3):71-81.

3. Park CR, Seeley RJ, Craft S, Woods SC. Intracerebroven-

tricular insulin enhances memory in a passive-avoidance task. Physiol Behav. 2000; 68(4):509-14.

4. McNay EC, Ong CT, McCrimmon RJ, Cresswell J, Bo

gan JS, Sherwin RS. Hippocampal memory processes are modulated by insulin and high-fat-induced insulin resistance. Neurobiol Learn Mem. 2010;93(4):546-53.

5. Kleinridders A, Ferris HA, Cai W, Kahn CR. Insulin ac

tion in brain regulates systemic metabolism and brain function. Diabetes. 2014;63(7):2232-43.

6. Chiu SL, Chen CM, Cline HT. Insulin receptor signaling

regulates synapse number, dendritic plasticity, and circuit function in vivo. Neuron. 2008;58(5):708-19.

7. Grillo CA, Piroli GG, Lawrence RC, Wrighten SA,

Green AG, Reagan LP. Hippocampal insulin resistance impairs spatial learning and synaptic plasticity. Diabetes. 2015;64(11):3927-36.

8. Huang CC, Lee CC, Hsu KS. An investigation into signal

transduction mechanisms involved in insulin-induced long-term depression in the CA1 region of the hippocampus. J Neurochem. 2004;89(1):217-31.

9. Spinelli M, Fusco S, Grassi C. Brain insulin resistance and

hippocampal plasticity: mechanisms and biomarkers of cognitive decline. Front Neurosci. 2019;13:788.

10. Zhao F, Siu JJ, Huang W, Askwith C, Cao L. Insulin modu

lates excitatory synaptic transmission and synaptic plasticity in the mouse hippocampus. Neuroscience. 2019;411:237-54.

11. Heni M, Hennige AM, Peter A, Siegel-Axel D, Ordelheide

AM, Krebs N, Machicao F, Fritsche A, Hдring HU, Staiger H. Insulin promotes glycogen storage and cell proliferation in primary human astrocytes. PLoS One. 2011;6(6):e21594.

12. Fedulova SA, Vasilyev DV, Veselovsky NS. Temporal

regularity of neurotransmitter release at single terminal in cultured hippocampal neurons. Neuroscience. 2000;100(2):229-39.

13. Gottmann K, Pfrieger FW, Lux HD. The formation of

glutamatergic synapses in cultured central neurons: selective increase in miniature synaptic currents. Brain Res Dev Brain Res. 1994;81(1):77-88.

14. Edwards FA, Konnerth A, Sakmann B. Quantal analysis

of inhibitory synaptic transmission in the dentate gyrus of rat hippocampal slices: a patch-clamp study. J Physiol.

1990;430:213-49.

15. Trejo JL, Llorens-Martm MV, Torres-Aleman I. The

effects of exercise on spatial learning and anxiety-like behavior are mediated by an IGF-I-dependent mechanism related to hippocampal neurogenesis. Mol Cell Neurosci. 2008;37(2):402-11.

16. Lee CC, Huang CC, Hsu KS. Insulin promotes dendritic

spine and synapse formation by the PI3K/Akt/mTOR and Rac1 signaling pathways. Neuropharmacology. 2011;61(4):867-79.

17. Wilcox KS, Dichter MA. Paired pulse depression in

cultured hippocampal neurons is due to a presynaptic mechanism independent of GABAB autoreceptor activation. J Neurosci. 1994;14(3):1775-88.

18. Ferrario CR, Reagan LP. Insulin-mediated synaptic plasticity in the CNS: Anatomical, functional and temporal contexts. Neuropharmacology. 2018;136(Part B):182-91.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены