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.

Гипотеза о glu/no-зависимой триггерной инкапсуляции как пъезобиохимическом языке межнейронного диалога

Можно сказать, что L-глутамат (Glu) и оксид азота (NO) являются двумя последовательными «словами» типа «вопрос-ответ» в биохимическом диалоге между зернистыми клетками и клетками Пуркинье, объединёнными процессом глутаматного каскада в синапсах параллельных волокон (ПВ), аксонов зернистых клеток (ЗК), на дендритах клеток Пуркинье (ПК) мозжечка. Успешное функционирование любой нейроглиальной сети, как информационной системы, возможно лишь при наличии в ней способности обеспечивать стабильность условий функционирования, то есть поддерживать баланс межклеточного взаимодействия, иными словами, обладать активными [Дунин-Барковский, 1978] компенсаторно-адаптивными  реакциями на внешние воздействия.  Для изучения возможностей компенсаторно-адаптивной системы (КАС) изолированного мозжечка (МЖ) были проведены эксперименты по раздельному влиянию избыточных концентраций Glu и NO in vitro (Glu, NaNO₂ – 1мМ), моделирующих влияние дисбаланса межнейронного диалога между ЗК и  ПК, на структуру ПВ-ПК-синапсов изолированного мозжечка лягушки. Результаты экспериментов показали [Ларионова, 2001], что эти синапсы обладают зеркальной инкапсуляционной пластичностью. Так в верхнем молекулярном слое МЖ при повышенной концентрации Glu количество синапсов с шипиковой инкапсуляцией бутонов превышало количество синапсов с бутонной инкапсуляцией шипиков. А в оксиде азота – наоборот, бутонная инкапсуляция шипиков доминировала над шипиковой инкапсуляцией бутонов [Ларионова, 2001]. 

Наличие противоположно направленных инкапсуляций, их зеркальность, в условиях, моделирующих избыточность пре- или постсинаптической активности нейронов (ЗК или ПК, соответственно), дало основание выдвинуть гипотезу о существовании в изолированном мозжечке функционального триггерного механизма бутонно-шипиковой инкапсуляции [Ларионова, 2001]. Мобильная инкапсуляция синаптических терминалей триггерного типа может усиливать метаболическое влияние одного нейрона на другой, что позволяет предотвратить медиаторный дисбаланс в нейроглиальной сети МЖ при возбуждающе-тормозном взаимодействии [Ларионова, 2001; Бызов, Максимов, 1998] таких нейронов, как зернистые клетки (возбуждающие) – основные входные нейроны МЖ и клетки Пуркинье (тормозные) – единственные выходные нейроны МЖ. То есть триггерная бутонно-шипиковая инкапсуляция, согласно гипотезе, является мобильным механизмом, предотвращающим как возбуждающий, так и тормозный медиаторный дисбаланс в нейроглиальной сети МЖ, давая возможность оперативно согласовывать его вход-выходные информационные потоки [Ларионова, 2003]. Она позволяет расширить диапазон условий функционирования МЖ, например, в среде с низким содержанием кислорода, тормозя выброс глутамата в синаптическую щель за счёт шипиковой инкапсуляции бутонов [Ларионова, 2001]. Инкапсуляционная триггерность является эффективным способом поддержания нейтральности среды, как жизненно важного условия комфортного межклеточного взаимодействия, за счёт конструкции ПВ-ПК-синапсов, в которых константы равновесных диссоциаций для Glu (бутоны) и L-аргинина, как источника NO (шипики), равны 4.7 и 12, соответственно, то есть лежат по разные стороны от нейтрального значения на шкале функционального кислотно-щелочного диапазона, что позволяет максимально эффективно нейтрализовать кислотно-щелочной дисбаланс в синаптической щели [Ларионова,  2003]. Таким образом, согласно гипотезе, активная бутонно-шипиковая триггерная инкапсуляция, расширяющая функциональные возможности МЖ и позволяющая  ему функционировать в режимах экстремальных ситуаций [Ларионова, 2001; 2003], является одним из фундаментальных механизмов мощной и самостоятельной  компенсаторно-адаптивной  системы  мозжечка [Lariоnova, 2002]. Реализация перечисленных выше возможностей существенно зависит от величины изгиба синаптического контакта. При слабых изгибах АЗ (единицы градусов) возможно очень быстрое (гиперзвуковое) межъядерное общение нейронов, вследствие акустоконформационных переходов в цитоскелетных микротрубочках [Samsonovich et al, 1992], тогда как при усилении изгиба (десятки градусов) такая возможность снижается. То есть, в случае слабой инкапсуляции можно говорить об активной, мобильной триггерности, тогда как при сильной инкапсуляции – о «пассивной», хотя она и условна, так как зависит от длительности дисбалансного влияния. Во всяком случае, эти разновидности инкапсуляционного межклеточного триггерного механизма можно рассматривать как две принципиально разные системы межнейронного взаимодействия: (I) как высокоскоростную, мобильную, стабилизирующую пороги возбудимости и ширину частотного диапазона взаимодействующих нейронов, и (II) как инерционную, способную сколь угодно долго удерживать необходимый функциональный режим, делая это с максимальной эффективностью, находясь в равновесном состоянии с минимумом свободной энергии Гиббса для конкретных (в том числе и  экстремальных) условий. На основании анализа имеющихся данных, можно сделать вывод  о существовании следующих уровней морфологических коррелятов долговременной фиксации «следа памяти» о внешнем влиянии на межнейронный диалог: клеточного, ядерного (возможно, генетического), синаптического инкапсуляционного (и не только инкапсуляционного [Larionova, 1991]), а также нейроглиального [Larionova, 1991; Cамосудова c соавт., 1996; Ларионова, 2003]. В последнем случае имеется в виду, прежде всего, усиление глиально-нейронной инкапсуляции ПВ-ПК-синапсов по типу спиралевидных глиальных «обкруток» под влиянием стимуляции ПВ в чистом растворе Рингера  [Cамосудова с соавт., 1996].

Таким образом, согласно гипотезе, триггерная бутонно-шипиковая   инкапсуляция, являясь одним из фундаментальных механизмов КАС мозжечка, не только расширяет его возможности, позволяя функционировать в экстремальных режимах [Ларионова, 2003 (в печати)], но также является тем переключателем, который обеспечивает переход с одного языка межнейронного общения на другой, позволяя  записывать и хранить информацию о «следе памяти» на всех возможных клеточных уровнях, улучшая характеристики мозжечка, как информационной системы.