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.

Знак эфаптической обратной связи изменяется в зависимости от направления постсинаптического тока

Согласно гипотезе А.Л. Бызова, в крупных «перфорированных» синапсах с большим сопротивлением синаптической щели существует электрическая (эфаптическая) обратная связь (ЭОС), возникающая из-за влияния постсинаптического тока (ПСТ) на пресинаптическое окончание. В возбудительных синапсах ЭОС должна быть положительной и усиливать генерируемые ПСТ. Предполагается, что такой механизм может участвовать в работе центральных синапсов, в том числе и в проявлении эффектов долговременной пластичности.  Нашей группой уже были получены первые данные, свидетельствующие в пользу такого предположения. Целью данной работы стала дальнейшая проверка существования в центральной нервной системе синапсов с ЭОС с помощью компьютерной модели центрального синапса, а также проверка предсказаний этой модели в электрофизиологических экспериментах на нейронах центральной нервной системы.

В качестве модели использовалась модель шипикового синапса с бызовской обратной связью (доступна на сайте http://www.iitp.ru/projects/eq/). Эта модель отражает характерные для центральных синапсов феномены парного облегчения (ПО) и парной депрессии. В настоящей работе мы исследовали влияние ЭОС на ПО. При нормальном мембранном потенциале (МП), равном –65 мВ, в глутаматном синапсе постсинаптические токи были деполяризующими и, за счёт ЭОС (при её наличии), вызывали деполяризацию пресинаптической мембраны, тем самым увеличивая вероятность выброса передатчика. Таким образом, при перекрытии ответов, средняя амплитуда второго ПСТ была тем больше, чем больше была средняя амплитуда первого ПСТ, то есть наблюдалась положительная корреляция. При деполяризации постсинаптической мембраны до +40 мВ (выше потенциала реверсии) ПСТ становились гиперполяризующими, знак ЭОС менялся и корреляция между первым и вторым ПСТ в паре становилась отрицательной. Для наглядности, все полученные пары ответов были разделены на две группы. В группу «0» были выделены записи, в которых ответ на первый стимул пары отсутствовал; в группу «1» – остальные записи (амплитуда ответа на первый стимул для которых была отлична от нуля). Средняя амплитуда вторых ответов для группы «0» и «1» значимо отличались. Если интервал между парой пресинаптических импульсов был больше, чем длительность первого постсинаптического ответа (то есть постсинаптические ответы на первый и на второй импульс не перекрывались), корреляция между амплитудами первого и второго постсинаптических ответов отсутствовала при любом значении МП. Компьютерные эксперименты показали, что при неперекрывающихся ответах или отсутствии эфаптической обратной связи средние амплитуды второго ПСТ в группах «0» и «1» не отличались. Если же в модель вводилась ЭОС, то при МП = –65 мВ амплитуда второго ответа в группе «1» была больше амплитуды второго ответа в группе «0», а при МП = +40 мВ наблюдалась обратная картина. Еще одним свойством ЭОС является нелинейное возрастание амплитуды ответа на первый стимул при гиперполяризации (МП= –90 мВ) постсинаптической мембраны.

Электрофизиологические эксперименты проводились на переживающих срезах гиппокампа крыс. С помощью метода whole-cell clamp в режиме фиксации потенциала записывались ПСТ от пирамидных нейронов области СА3 гиппокампа при стимуляции мшистых волокон. Параметры стимуляции подбирались таким образом, чтобы вызвать минимальное возбуждение ПСТ с «выпадением» на первый импульс в паре, подаваемой раз в 6-15 с. Регистрацию проводили сначала при нормальном МП = -65 мВ, затем при гиперполяризации (МП = -90 мВ) и при деполяризации (МП = +40 мВ). В каждом случае регистрировали от 60 до 160 пар ответов. Оценивалась пиковая амплитуда среднего ответа. Для измерения одиночных ответов использовалась модификация метода главных компонент. Так как при небольших интервалах между парами стимулов артефакт стимуляции затруднял измерение амплитуды первого ответа, для увеличения длительности ПСТ использовали преинкубацию среза в растворе конканавалина А (концентрация 0.05 мг/мл). При гиперполяризации амплитуда второго ответа нелинейно возрастала, что свидетельствует в пользу существования ЭОС. При МП = –65 мВ (интервал между парными стимулами 70 мс) и при МП = +40 мВ (интервал между стимулами 150 мс) ответы не перекрывались; средняя амплитуда вторых ответов в группе «1» не отличалась от средней амплитуды вторых ответов в группе «0». То есть, в соответствии с предсказаниями модели, отсутствовала корреляция между величиной первого и второго ПСТ, то есть ЭОС не проявлялась. При уменьшении интервала между парой стимулов до 20 мс (при таких интервалах второй ПСТ начинался на фоне первого) хорошо заметно, что при МП = –65 мВ амплитуда второго ответа в группе «1» была больше амплитуды второго ответа в группе «0», тогда как при МП = +40 мВ соотношение было обратным. Таким образом, корреляция амплитуд ответов изменялась с положительной на отрицательную при изменении направления постсинаптического тока, что характерно для синапсов с выраженной ЭОС.

Можно утверждать, что предсказания компьютерной модели химического синапса с электрической обратной связью полностью подтвердились в электрофизиологическом эксперименте, что дает новые весомые свидетельства в пользу существования электрической обратной связи в крупных центральных синапсах.