Содержание к диссертации
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 13
1.1. Структурная и функциональная характеристика катехоламинергической
системы мозга взрослых животных и в онтогенезе 13
1.1.1. Катехоламинергическая система взрослых животных 13
1.1.1.1. Функциональные характеристики ДА-нейронов 13
-
Синтез катехоламинов 13
-
Деградация катехоламинов L5
-
Функциональная активность ДА-нейронов 18
-
Топография и морфология ДА-нейронов 21
-
Топография норадренергической и адренергической систем 24
-
Функциональное значение ДА-ергической системы, ее нервная и гуморальная регуляция 25
1.1.2. Дифференцировка ДА нейронов гипоталамуса и мезэнцефалона в
онтогенезе 27
1.1.2.1. Развитие ДА-нейронов гипоталамуса 28
-
Образование ДА-нейронов гипоталамуса 28
-
Морфогенез развивающихся ДА-нейроыов гипоталамуса 29
-
Функциональная активность развивающихся ДА-нейронов гипоталамуса . 30
1.1.2.1.4. Гипотеза о кооперативном синтезе ДА недофаминергическими
нейронами гипоталамуса 33
1.1.2.2. Развитие ДА-нейронов мезенцефалона 36
1.1.2.2.1. Образование ДА-нейронов мезэнцефалона 36
1.1,2.2.2,Морфогенез развивающихся ДА-нейронов мезэнцефалона.... 37
-
Морфогенез развивающихся отростков мезэнцефалона 38
-
Функциональная активность развивающихся ДА-нейронов мезэнцефалона 39
1.1.2.3. Функциональная активность развивающихся норадренергических
и адренергических нейронов 40
1.2. Структурная и функциональная характеристика гонадотропин-рилизинг
гормон-продуцирующей системы мозга взрослых животных ив онтогенезе 41
1.2.1. ГРГ-система взрослых животных 41
-
Структура и метаболизм гонадотропин-рилизинг гормона 41
-
Топография ГРГ-нейронов ...44
-
Функциональное значение ГРГ системы у взрослых животных, ее нервная и гуморальная регуляция 48
1.2.2, Развитие ГРГ системы в онтогенезе 50
-
Образование и миграция ГРГ нейронов 50
-
Дифференцировка ГРГ нейронов 52
ГЛАВА П. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 57
II. 1. Животные 57
Н.2. Эксперименты и взятие материала 58
П.2.1. Энцефалэктомия плодов крыс 58
II.2.2. Взятие мозга, надпочечников и крови для определения
содержания катехоламинов 59
П.2.3. Выделение мозга и взятие крови для определения содержания
ГРГ 61
И.2.4. Выделение медиобазального гипоталамуса и мезэнцефалона,
приготовление суспензии клеток 62
11.3. Статичная инкубация и перфузия суспензии клеток медиобазального
гипоталамуса и мезэнцефалона плодов 64
И.4. Высокоэффективная жидкостная хроматография с электрохимической
детекцией 66
II.5. Радиоиммунологическое определение ГРГ 67
II. 6. Статистическая обработка результатов 68
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ 69
III. 1. Содержание L-ДОФ А и ДА в МБГ, в мезэнцефалоне и в инкубационной
среде 69
Ш.1.1. Медиобазальный гипоталамус 69
III. 1.2. Мезэнцефалон 69
Ш.2. Концентрация катехоламинов в плазме крови, мозге и надпочечниках 73
III.2.1. Концентрация катехоламинов в крови и в мозге интактных
животных , 73
III. 2.1.1.18-й день эмбрионального развития 73
III. 2.1.2. 21-й день эмбрионального развития 73
III. 2.1.3. 3-й день постнатального развития 74
III. 2.1.4. 30-й день постнатального развития 75
Ш.2.2. Концентрация катехоламинов в крови и надпочечниках
энцефалэктомированных плодов 81
Ш.2.2.1. Концентрация катехоламинов в крови 81
Ш.2.2.1. Концентрация катехоламинов в надпочечниках 81
Ш.З. Концентрация ГРГ в плазме крови и в мозге 84
1IL3.1. Интактные животные 84
Ш.3.2. Энцефалэктомированные животные 86
Ш.3.3. Беременные самки 86
ГЛАВА IV. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 88
IV.1 .Кооперативный синтез дофамина недофаминергическими
нейронами в онтогенезе и его функциональное значение 88
IV. 2. Катехоламины мозга и их значение в развивающемся организме.
IV. 3. Концентрация ГРГ в плазме крови и в мозге 101
ВЫВОДЫ 108
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 109
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
А - адреналин
ГАМК - гамма-аминомаснянная кислота
ГВК - гамма-ванилиновая кислота
ГРГ - гонадотропин-рилизинг гормон
ДА - дофамин
ДАА - декарбоксилаза ароматических аминокислот
ДБГ - дофамин-р-гидроксилаза
ДГБА - 3,4-дигидроксибензиламин
L-ДОФА - L-диоксифенилаланин
ДОФУК- 3,4-дигидроскифенилуксусная кислота
ВМАТ - везикулярный моноаминовый транспортер
ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография
КОМТ - котехот-о-метилтрансфераза
ЛГ - пютеинезирующий гормон
МАО- моноаминоксидаза
МБГ - медиобазальный гипоталамус
НА - норадреналин
П - день постнатального периода развития
СВ - срединное возвышение
СОТП - срединный орган терминальной пластинки
ТГ - тирозингидроксилаза
ФНМТ - фенилэтаноламин-К-метилтрансфераза
ФСГ - фолликулостимулирующий гормон
Э - день эмбрионального периода развития
Введение к работе
Хорошо известно, что мозг представляет собой совокупность нейрональных ансамблей, в пределах которых информация от нейрона к нейрону передается с помощью классических нейротрансмиттеров, нейропептидов и аминокислот. Ярким представителем классических нейротрансмиттеров является дофамин (ДА), а нейропептидов - гонадотропин-рилизинг гормон (ГРГ).
Существует несколько ДА-ергических центров, выполняющих в зависимости от локализации различные функции. Нигростриатная система контролирует двигательную активность (Engel, 1972), а гипоталамическая осуществляет нейроэндокринную регуляцию, влияя на выделение ГРГ в срединном возвышении, а-меланоцитстимулирующего гормона в промежуточной доле гипофиза и пролактина в передней доле гипофиза (Everitt et al., 1992). Гибель ДА-ергических нейронов в патологии приводит к серьезным нарушениям функций мозга и организма в целом. Например, дегенерация ДА-ергических нейронов гипоталамуса приводит к развитию синдрома гиперпролактинемии (Wuttke, 1977), а нигростриатной системы - к болезни Паркинсона (Eadie, 1971).
Одним из важнейших вопросов, связанных с изучением патогенеза, профилактики и прогнозирования исхода заболеваний является изучение механизмов адаптации при функциональной недостаточности ДА-ергической системы. Примером такого механизма у взрослых животных является увеличение экспрессии ДА-рецепторов на клетках-мишенях в ответ на уменьшение содержания ДА в нигростриатной системе (Neve et al., 1985). Предполагается, что другим механизмом адаптации может являться гипотетический кооперативный синтез ДА недофаминергическими моноферментными нейронами. Другими словами, моноферментные нейроны, экспрессирующие тирозингидроксилазу, продуцируют L-ДОФА, который затем переносится в нейроны, содержащие декарбоксилазу ароматических аминокислот (ДАА) для дальнейшего превращения в ДА. Если у взрослых животных данный механизм является адаптивным, возникающим вследствие патологии, то у плодов крыс совместный синтез ДА может происходить в норме, в процессе развития. Так, было показано, что медиобазальный гипоталамус (МБГ) плодов крыс на 21-й день эмбрионального развития (Э21) содержит преимущественно нейроны, экспрессирующие по одному ферменту синтеза ДА (99%) и лишь единичные - оба фермента (биферментные нейроны) (<1%) (Balan et al., 2000; Ershov et al., 2002). Несмотря на небольшое содержание ДА-ергических нейронов, МБГ плодов способен синтезировать ДА (Melkikova et al., 1998) в количестве, достаточном для обеспечения контроля секреции пролактина аденогипофизом (Melkikova et al., 1999). На основании упомянутых данных и была выдвинута гипотеза о кооперативном синтезе ДА недофаминегрическими нейронами (Ugrumov et al., 2002), однако прямых экспериментальных доказательств данной гипотезы пока не получено.
ГРГ-продуцирующая система мозга у взрослых животных является ключевым звеном центральной регуляции репродуктивной функции. ГРГ образуется в нейронах переднего мозга и выделяется в гипофизарную портальную систему циркуляции, стимулируя выделение лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов гипофиза (Labrie, 1990; Hoffman et al., 1992; Silverman et al., 1994). Нарушения развития ГРГ-продуцирующих нейронов приводит к серьезным врожденным заболеваниям.
Одним из них является синдром Каллманна. В этом случае врожденная патология регуляции репродуктивной функции обусловлена нарушением миграции ГРГ нейронов из места их образования в назальной части черепа в область окончательной локализации в септо-преоптической области (Seminara et al., 1998).
В настоящее время считается, что у незрелорождающихся животных мозг в конце внутриутробного развития и в раннем постнатальном периоде, т.е. до полного формирования нейрональных ансамблей никоим образом не участвует в нейроэндокринной регуляции функций висцеральных органов и только в постнатальном периоде после формирования нейрональных систем берет под свой контроль гипофиз, а опосредованно через него - и всю остальную неироэндокринную систему. Однако ряд факторов указывает на возможную функцию мозга в период онтогенеза, предшествующий формированию нейрональных ансамблей, в качестве эндокринной железы, участвующей в регуляции развития висцеральных органов. Во-первых, вскоре после образования и задолго да установления нейрональных связей, нейроны начинают экспрессировать специфический фенотип и синтезировать физиологически активные вещества (Pares-Herbute et al., 1989). Во-вторых, в вышеуказанный период отсутствует гемато-энцефалический барьер (ГЭБ) и данные вещества могут беспрепятственно попадать в кровь. В-третьих, было показано, что периферическая плазма крови плодов содержит большое количество катехоламинов (КА) (Ben-Jonathan and Maxon, 1978; Peleg et al., 1984), которые отчасти могут иметь мозговое происхождение. И, наконец, в-четвертых, в этот период наблюдается активная экспрессия рецепторов к пептидам и катехоламинам на периферических органах-мишенях (Svennilson and Aperia, 1999).
Цель и задачи исследования.
Целью данной работы явилась проверка гипотезы о том, что развивающийся мозг до формирования межнейрональных связей и ГЭБ функционирует как эндокринная железа секретирующая в общий кровоток ФАВ и промежуточные продукты их синтеза. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: определить динамику концентрации ГРГ в мозге и в крови у крыс в пре- и постнатальном онтогенезе; оценить вклад мозга в содержание ГРГ в крови у плодов крыс; определить динамику концентрации ДА в мозге и в крови у крыс в пре- и постнатальном онтогенезе; оценить вклад мозга в содержание ДА в крови у плодов крыс: осуществить экспериментальную проверку гипотезы о кооперативном синтезе ДА недофаминергическими нейронами в гипоталамусе крыс в пренатальном периоде развития на модели in vitro путем фармакологического ингибирования предполагаемого переноса L-ДОФА из моноферментных нейронов, экспрессирующих ТГ в моноферментные нейроны, экспрессирующие ДАА; определить динамику концентрации L-ДОФА в мозге и в крови у крыс в пре- и постнатальном онтогенезе; оценить вклад мозга в содержание L-ДОФА в крови у плодов крыс.
Научная новизна полученных результатов.
Впервые показано, что ДА и ГРГ мозгового происхождения до формирования ГЭБ попадают в общую систему циркуляции плодов и новорожденных крыс и создают концентрацию, достаточно высокую для оказания адекватного физиологического действия на органы-мишени. Эти данные подтверждают сформулированную нами гипотезу, согласно которой нейроны до формирования межнейрональных связей и ГЭБ функционируют как секреторные клетки а мозг в целом как полифункциональная эндокринная железа.
Приведены прямые доказательства совместного синтеза ДА недофаминергическими нейронами, экспрессирующими только первый фермент синтеза ДА - ТГ и только второй фермент - ДАА, в гипоталамусе у плодов крыс. При этом L-ДОФА является конечным продуктом синтеза в ТГ-экспрессирующих нейронах.
Впервые показано, что L-ДОФА мозгового происхождения, как ГРГ и ДА, до формирования ГЭБ попадает в общую систему циркуляции плодов и новорожденных крыс И создает концентрацию, достаточно высокую для включения в синтез ДА периферическими клетками, экспрессирующими только ДАА, например клетками почечного эпителия. Полученные данные подтверждают, что нейроны до формирования межнейрональных связей и ГЭБ функционируют как секреторные клетки, а мозг в целом как эндокринная железа. При этом секреторным продуктом могут служить не только нейротрансмиттеры, но и промежуточные продукты их синтеза.
Научная и практическая значимость работы.
Полученные данные: используются для преподавания нейроэндокринологии и нейробиологии на старших курсах естественнонаучных и медицинских факультетов парижского Университета им. П. И М. Кюри, университета г. Тур (Франция), МГУ, Московской медицинской академии им. И.М. Сеченова и ряда других российских и зарубежных ВУЗов. имеют большое значение для перинатологии - области медицины, изучающей пре- и раннее постнатальное развитие организма и патологии, связанные с нарушениями этого развития. По крайней мере, некоторые врожденные заболевания могут быть связаны с нарушениями метаболизма катехоламинов и ГРГ в критический период развития организма и функциональной недостаточности этих систем. Примером таких заболеваний может служить синдром Каллманна, нарушения полового поведения (Swaab et al., 2002) и многие другие. Новые представления о важной роли мозга в качестве эндокринной железы в процессе развития организма могут привести к тому, что будут пересмотрены существующие представления о патогенезе врожденных заболеваний, связанных с нарушениями метаболизма физиологически активных веществ мозгового происхождения у плодов.
