Материалы медицинских конференций

Главная / Материалы медицинских конференций / 2003 / Материалы Международных чтений, посвященных 100-летию со дня рождения члена-коррес-пондента АН СССР, академика АН АрмССР Э.А.Асратяна.

Потенциация гиппокампальных ответов при постсинаптической деполяризации

Долговременная потенциация (ДП) является известной моделью для исследования механизмов памяти. Условия вызова ДП хорошо изучены, однако механизмы ее поддержания являются дискуссионными. В последние годы широко принятой является гипотеза «постсинаптически молчащих» синапсов [1]. Согласно этой гипотезе в ЦНС (особенно в раннем онтогенезе) имеется большое количество синапсов, в которых функционируют постсинаптические глутаматные рецепторы только одного НМДА типа (НМДАР), в то время как рецепторы АМПА типа (АМПАР) отсутствуют или функционально неэффективны. Таким образом, эти синапсы являются «постсинаптически молчащими» при «нормальном» (около -60 мВ) постсинаптическом мембранном потенциале (МП), но проявляют ответы при положительном МП (около +40 мВ), что объясняется снятием магниевой блокады НМДАР. В рамках такой гипотезы ДП объясняется появлением фунционирующих АМПАР в результате их фосфорилирования и/или встраивания (экзоцитоза) из постинаптического пула. Однако, недавно получены данные о том, что «молчащие» синапсы содержат АМПАР и «молчат» из-за недостаточно высокой вероятности выброса глутамата, т.е. являются «пресинаптически», а не «постсинаптически молчащими» [2]. Если это так, то не ясно, почему доля «выпадений» (ДВ) возбудительных постсинаптических токов (ВПСТ) и коэффициент вариации (КВ) их амплитуд уменьшаются при положительных МП. Мы предположили, что причиной этого является развитие кратковременной потенциации или ДП во время деполяризации.

Для проверки такого предположения записывались минимальные ВПСТ от пирамидных нейронов области СА1 срезов гиппокампа крыс (возраст 10-21 день) по методике «точечной» регистрации в конфигурации «целая клетка» [3]. Протокол опыта приблизительно повторял протокол опытов, в которых описывались «постсинаптически молчащие» синапсы [4], однако температура внеклеточного раствора была более «физиологической» (32°С) и ответы тестировались при разных частотах (от 0.1 до 1 Гц). В основной серии опытов использовались парные стимулы (интервал 50 мс), подаваемые с частотой 0.5 Гц. Исследовались изменения их амплитуд, ДВ, КВ и величина парного облегчения (ПО) при «нормальном» МП=-60 мВ и при деполяризации (+40 мВ).

Обнаружено, что часть синапсов, активных при тестирующей стимуляции с частотой около 0.1 Гц, становятся «молчащими» при повышении частоты до 0.5 Гц. Однако, судя по сохранению ВПСТ в ответ на второй стимул в паре и восстановлению ответов при возвращении к более низкой частоте стимуляции, их превращение в «молчащие» происходило в результате развития низкочастотной депрессии, т.е. известного феномена, связанного со снижением вероятности выброса передатчика. Переход к МП +40 мВ вызывал восстановление ответов на первый стимул в случае их полного отсутствия до деполяризации («молчащие синапсы») и уменьшением ДВ в синапсах, проявлявших ответы до постсинаптической деполяризации. Уменьшение ДВ при деполяризации сопровождалось уменьшением КВ в соответствии с литературными данными [1]. Дополнительно обнаружено, что как в исходно «молчащих», так и в активных клетках, снижение ДВ и возрастание амплитуд ВПСТ после перехода к положительному МП происходило постепенно и сопровождалось уменьшением ПО. Изменения ДВ, КВ, ПО и амплитуд ВПСТ при постсинаптической деполяризации сохранялись при измерении фармакологически изолированных ВПСТ, опосредуемых АМПАР. В исходно молчащих синапсах эти изменения сохранялись также после возвращения к «нормальному» МП.

Постепенное снижение ДВ, уменьшение ПО, сохранение всех описанных изменений при измерении ВПСТ, опосредуемых АМПАР, а также сохранение этих изменений при возвращении к «нормальному» МП противоречат предсказаниям гипотезы о «постсинаптически молчащих» синапсах. Так, например, снятие магниевого блока при деполяризации должно происходить практически мгновенно, а не постепенно и не должно вызывать последействия. ВПСТ, опосредуемые АМПАР, согласно этой гипотезе не должны изменяться в процессе деполяризации, так что ДВ таких ВПСТ должна быть такой же, как при нормальном МП.

Все эти изменения, так же как уменьшение КВ, вполне согласуются с гипотезой о том, что при деполяризации происходит кратковременная или даже долговременная потенциация. Изменения ПО указывают на то, что наиболее существенным механизмом такой потенциации является возрастание вероятности выброса глутамата, в том числе в синапсах с исходно низкой вероятностью, которые выглядят «молчащими» при нормальном МП, в особенности при слишком частом тестировании одиночными стимулами.

В целом полученные данные поддерживают представление о том, что «молчащие» синапсы гиппокампа и новой коры в основном являются «пресинаптически» молчащими, а число «постсинаптически молчащих» синапсов мало, если они вообще имеются. Большое количество молчащих синапсов, регистрируемых в условиях, далеких от физиологических (низкая температура, высокая частота стимуляции, одиночные пресинаптические стимулы), связаны с низкой вероятностью выброса глутамата в таких условиях, особенно в гиппокампе новорожденных животных [2] и в культивированном гиппокампе [5]. Полученные данные согласуются с предположением о том, что не экспрессия АМПАР, а возрастание вероятности выброса глутамата является основным механизмом ранней фазы ДП. Эти данные не отрицают того, что комбинированные пре- и постсинаптические изменения, в том числе экспрессия АМПАР и НМДАР лежат в основе более поздних фаз ДП и, вероятно, поведенческой памяти.

Работа поддержана грантами INTAS 99-1481, Wellcome Trust и РФФИ 01-04-48207.