Введение к работе
Актуальность темы
Процессы кортикогенеза и механизмы его регуляции нельзя сегодня считать изученными. Тем не менее любое нарушение этого процесса может приводить к тяжелым последствиям. Так, частой причиной эпилепсии и других неврологических расстройств являются кортикальные мальформации, возникающие вследствие нарушения клеточной миграции и синаптогенеза в кортикальной пластинке. Со стороны мягкой мозговой оболочки и со стороны желудочков процесс созревания кортикальной пластинки контролируется двумя временными популяциями клеток, расположенными в маргинальной зоне и в подпластинке, соответственно. Эти наиболее филогенетически древние зоны неокортекса содержат дифференцированные нейроны, которые играют роль подмостков для развивающейся коры и исчезают в первый месяц постнатального развития. На молекулярном уровне основным регулятором кортикогенеза является белок экстраклеточного матрикса рилин. У людей гомозиготных по рилин-дефицитному гену наблюдается полное нарушение структуры коры, приводящее к сильному отставанию в развитии генерализованным эпилептическим припадкам, двигательным нарушениям и др. Основным источником рилина в коре являются рано созревающие нейроны маргинальной зоны - клетки Кахаля-Ретциуса. Помимо продукции рилина эти клетки экспрессируют разнообразные каналы и рецепторы для разных нейротрансмиттеров включая ГАМК-рецепторы (ГАМК -гамма-аминомасляная кислот^. Эти клетки получают возбуждающие ГАМК эргические входы и образуют плотные горизонтально ориентированные сплетения аксонов, формирующие контактыс поверхностными клетками кортикальной пла стинки и образующие глубокие нисходящие проекции в подпластинку. Таким образом, клетки Кахаля-Ретциуса (клетки-КР) принимают участие в работе нейронных сетей развивающегося неокортекса однакр детальных данных об источниках и свойствах входов на клетки-КР в настоящее время нет.
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы явилось изучение возбуждающей ГАМК-эргической синаптической передачи на клетки-КР в неокортексе у мышей в ранний постнаталь-
ный период. Исходя из поставленной цели, были сформулированы следующие задачи:
Изучить постсинаптические токи в клетках Кахаля-Ретциуса.
Определить количество ГАМК-эргических входов на клетках Кахаля-Ретциуса и попытаться выявить их возможный(е) источник(и).
Дать фармакологическую характеристику постсинаптических ГАМКд рецепторов и оценить их насыщенность.
Исследовать особенности пресинаптической терминали синапсов на клетках Кахаля-Ретциуса. Дать количественную оценку следующим параметрам: квантовому выбросу и размеру пула везикул, готовых к высвобождению, а также рассчитать вероятности высвобождения медиатора.
Изучить влияние внеклеточной ГАМК на ГАМК-эргическую синаптическую передачу в синапсах на клетках Кахаля-Ретциуса.
Оценить эффективность синаптической передачи (процент стимулов, приводящих к генерации потенциалов действия на постсинаптической мембране) на клетки Кахаля-Ретциуса при разных частотах стимуляции.
Научная новизна работы
В данной работе впервые было показано наличие двух типов ГАМК-эргических синапсов на клетках-КР, образованных разными аксональными проекциями и генерирующих постсинаптические токи с разной кинетикой нарастания. Нами было показано, что эти синапсы различаются постсинаптическими рецепторами и их насыщенностью, а также квантовым выбросом медиатора, вероятностью высвобождения нейротрансмиттера из синаптической везикулы и размером везикулярного пула, готового к высвобождению. В этой работе мы обнаружили, что разные синапсы обладают разной чувствительностью к внеклеточной ГАМК, а также по-разному пропускают сигналы, приходящие с разными частотами.
Теоретическая и практическая значимость результатов исследования
Теоретическое значение работы заключается в том, что впервые были подробно описаны два различных типа входов на клетки-КР. Это, в свою очередь, является качественно новым шагом в понимании того, как организованы нейронные сети на ранних этапах постнатального развития, когда кортикальные нейроны ещё не спо-
собны выполнять свои функции. Полученные данные также указывают на наличие дистантно расположенных потенциальных регуляторов кортикогенеза и раскрывают механизмы, через которые осуществляется контроль и координация процессов миграции и синаптогенеза в развивающейся коре.
Практическая значимость результатов заключается в том, что на базе полученных данных можно осуществлять целенаправленный поиск фармакологических препаратов для изучения регуляции кортикогенеза с целью лечения и профилактики неврологических заболеваний. Полученные данные также могут быть использованы для поиска новых методов ранней диагностики таких заболеваний, как аутизм, шизофрения, эпилепсия и др.
Апробация работы
Основные положения работы были опубликованы в двух западных журналах (Dvorzhak А. и др. 2008; Kirmse К. и др. 2007) и в одном отечественном журнале (Дворжак А.Ю. и др, 2009). Результаты данных исследований также докладывались на научных конференциях сотрудников Института нейрофизиологии Берлинского университета (Германия, 20.02.2007 и 19.02.2008) и на международном форуме европейского общества нейронаук (6* FENS, Женева, Швейцария, 07.2008).
Диссертация апробирована на Совместной научной конференции кафедры фундаментальной и прикладной физиологии МБФ РГМУ и кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ им. Ломоносова (Москва, 2009). Внедрение результатов исследования
Результаты диссертации используются в научно-исследовательской работе и
учебном процессе на кафедре фундаментальной и прикладной физиологии МБФ
Публикации
Материалы диссертации изложены в 4 научных публикациях в отечественных и
зарубежных изданиях, в том числе 2 статьи — в научных журналах, рекомендованных
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из 5 глав: введение, обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты, их обсуждение и список использованной литературы.
Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, включая 42 рисунков и список литературы из 177 источников.
