Роль функциональных межмолекулярных взаимодействий в нейрональной синаптической пластичности

• Автор: Проскура, Анна Леонидовна
• Шифр специальности: 03.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 136 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Синаптическая пластичность

1.1. Глутаматэргические синапсы зоны СА1 гиппокампа

1.1.1 Микродоменная организация дендритного шипика поля СА1 гиппокампа

1.1.2. Цитоскелет как базис структурной пластичности дендритного шипика

1.2. Изменение и поддержание синаптической эффективности

1.2.1. Вакуолярная система нейрона

Фосфоинозитиды вакуолярной системы нейрона

Белки-транспортеры, доставляющие везикулы в деццригы и шипики

1.2.2. Вклад малых ГТФаз в процессы синаптической пластичности
Малые ГТФазы в вакуолярной системе нейрона
Малые ГТФазы — ключевые регуляторы динамики цитоскелета
1.3. Регулирование динамики глутаматных рецепторов в шипике
1.3.1. Поддержание плотности АМ11А рецепторов в неактивном синапсе
1.3.2. Зависимая от активности НМДА рецептора динамика АМПА рецепторов в процессах синаптической пластичности
1.4. Представление синаптической пластичности в базе данных ОепеКЫ
Глава 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объект исследования
2.1.1. Подготовка срезов
2.1.2. Выделение одиночных клеток
2.2. Электрофизиологические методы
2.2.1. Электрическая стимуляция и запись ответов нейронов поля СА1 гиппокампа
2.2.2. Запись мембранного потенциала одиночных нейронов Еутпаеа stagnalis
2.3.1. Эксперименты с брефельдином А
2.3.2. Эксперименты с Ехо1
2.3.3. Эксперименты на изолированных нейронах
2.3.4. Статистическая обработка экспериментальных данных
2.4. Биофизическая модель
2.5. Реконструкция межбелковых взаимодействий
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1.1. Анализ динамики изменеши амплигуды п-спайка нейронов поля СА1 гиппокампа после ВЧС
3.1.2 Теоретический анализ межбелковых взаимодействий ионотропных глутаматных рецепторов
3.1.3. Математический анализ динамики перераспределения АМПА рецепторов в ранней фазе ДВП
3.1.4. Экспериментальное исследование изменеши активности одиночных нейронов в зависимости от предыдущего опыта

3.2. Оценка значимости целостности биосинтетического пути для изменения и поддержания эффективности синаптической передачи в поле СА1 гиппокампа после высокочастотной стимуляции
3.2.1. Экспериментальная оценка роли целостности различных этапов доставки вновь синтезированных
белков из сомы для развития и поддержания ДВП
3.2.2. Теоретический анализ процессов доставки вновь синтезированных белков из сомы в децдригные шипики
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Растущие потребности создания инновационных методов и аппаратно-программных средств диагностики, профилактики и коррекции нейропатологий, скрининга фармакологически перспективных соединений, разработки новых поколений информационных устройств усилили актуальность исследований в области нейронаук. Происходит стремительное накопление значительных объемов экспериментальных данных об эволюции, структуре, функции мозга и нервной системы на самых различных уровнях их иерархической организации (Hanse, Gustafsson, 1992; Попов и др., 2004; Балабан, Гуляева, 2006; Newpher, Ehlers, 2008; Балабан, Коршунова, 2011; Kandel, 2012). Представление о нейроне как о простом передатчике сигналов уже не кажется убедительным. Поэтому ключевой задачей современной нейробиологии является выявление свойств нервных клеток, лежащих в основе обучения, памяти и других процессов, являющихся базой когнитивности. Как именно достигается сочетание стабильного хранения воспоминаний с высокой пластичности межнейронных связей остается еще одной важнейшей нерешенной проблемой. Несмотря на огромный объем аналитических данных, практически отсутствуют реальные концептуальные модели нейрона и, в частности, синапса, способные объединить накопленный эмпирический материал в систему знаний.
Нейрональную пластичность можно определить как фундаментальное свойство центральной нервной системы (ЦНС), связанное с изменением возбудимости нейрона, вызванное процессами обучения, основу которого составляют сложные и недостаточно изученные межмолекутярные взаимодействия, приводящие к долгосрочным изменениям нейронных сетей и опирающиеся на экспрессию генов (Анохин, 1998; Greer, Greenberg, 2008). Нейрон — функциональная единица ЦНС, синапсы же являются местами их контактов между собой или клетками других типов (Smrt, Zhao, 2010). По существующим представлениям именно синаптические межклеточные контакты являются элементами, которые обеспечивают нейрональную пластичность, а молекулярные механизмы изменения эффективности синаптической передачи лежат в основе процессов памяти и обучения (Martinet al., 2000; Smrt, Zhao, 2010; Nalloor et aL, 2012).
Наиболее разработанной клеточной моделью для изучения синаптической пластичности in vitro является долговременная потенциация (ДВП) — длительное увеличение эффективности синаптической передачи, возникающее после интенсивного и непродолжительного выброса нейротрансмиттера, например, в результате высокочастотной стимуляции афферентных входов (Bliss, Collingridge, 1993). Преобладающее большинство нейрофизиологических исследований направлено на изучение элекгрогенной активности. При этом их взаимосвязь с молекулярными
из внутриклеточных компартментов к нейрональной поверхности при базальных условиях низка (Passafaro et al., 2001).
Все субъединицы АМПА рецепторов еще в ШЭР объединяются в комплексы с белками TARPs, которые служат вспомогательными субъединицами рецептора и способствуют его закреплению в синаптической зоне через взаимодействие со скаффолд-белками ПСУ (семейство MAGUK) (Tomita etal., 2003).
Вы ход АМПА рецепторов из юмпартментов биосинтетического пути и их встраивание в синаптическую мембрану определяется, главным образом, подмембранными цитоплазматическими карбоксильными юнцами субъединиц (С-хвосты субъединиц). Они различаются своими сайтами для фосфорилирования и сайтами для взаимодействия со своими специфичными цитозольными партнерами. У субъединиц GluRl этот цитоплазматический хвост более длинный, чем у субъединиц GluR2 и GluR3 и связывается со скаффолд-белками ПСУ SAP97 (DLG1) (Braithwaite et al., 2000). Более того, данное взаимодействие может происходить только после активации синапса (Greger, Esteban, 2007). Короткие хвосты субъединиц GluR2 и GluR3 несут сайты для взаимодействия с PDZ доменами белшв GRIP1/ABP (Braithwaite et al., 2000).
Glutamate-receptor-interacting protein (GRIP1) — белок с молекулярной массой 130 кДа, обладающий семью PDZ доменами, из которых четыре или пять опосредуют связывание с короткими С-хвостами GluR2 и GluR3. АМРА receptor binding protein (АВР) относится к тому же семейству GRIP и обладает 64-93% гомологией с GRIP1 в структуре PDZ доменов. Определено две формы белков АВР. Первая имеет молекулярную массу 130 кДа и несет 7 PDZ доменов (ее еще называют GRIP2). Вторая форма является ушроченной, имеет низкий молекулярный вес (98 кДа) и обладает лишь шестью PDZ доменами, связывающимися с короткими С-хвостами GluR2 и GluR3. АВР могут формировать мугьтимерные комплексы между собой и с GR1P1 (Srivastava et al, 1998). Считается, что взаимодействие с данными белками важно для перемещения АМРА рецепторов в нейронах (Braithwaite et aL, 2000).
В нейронах СА1 поля гиппокампа существует два пути регулирования плотности АМПА рецепторов. Один из них не зависит от состояния активности синапса, протекает постоянно и направлен, главным образом, на поддержание существующей плотности рецепторов на синаптической мембране. Такой механизм называют конститутивным кругооборотом (рециркулироваиием) рецепторов АМПА типа, который поддерживает плотность рецепторов GluR2/3 субъединичного состава. Другой путь запускается при активации синапса и направлен как на изменение субъединичного состава, так и плотности АМПА рецепторов в зависимости от механизма синаптической пластичности (Shepherd, Huganir, 2007).