Механизмы дисфункции митохондрий и нарушений ионного гомеостаза при глутаматной нейротоксичности

• Автор: Сурин, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 14.03.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 227 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Принятые сокращения

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Инфаркт мозга и нейротоксическое действие глутамата

1.2 Ионный гомеостаз и основные пути поступления Са2+ в нейроны

в норме и при патогенной стимуляции глутаматных рецепторов

1.3 Развитие отсроченной кальциевой дисрегуляции (ОКД) в культивируемых нейронах

1.4 Биоэнергетика нейронов: роль гликолиза и окислительного фосфорилирования

1.5 Измерение и моделирование электрического трансмембранного потенциала на внутренней мембране митохондрий
1.6 Роль Са2+ в регуляции функционального состояния митохондрий
и способы измерения Са2+ в интактных клетках и митохондриях
1.7 Продукция активных форм кислорода (АФК) в нейронах при гиперстимуляции глутаматных рецепторов
1.8 Митохондриальная неспецифическая пора высокой проводимости
(мРТР) и ее функциональное значение

1.9 Роль арахидоновой кислоты в нарушении Са гомеостаза и дисфункции митохондрий
1.10 Роль ПАРП-1 в возникновении ОКД и последующей гибели нейронов
1.11 Заключение
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Приготовление первичных нейрональных культур
2.2 Трансфекция нейрональных культур
2.3 Флуоресцентно-микроскопические измерения
2.4 Иммуноцитофлуоресцентные исследования распределения
поли(АДФ)рибозы (ПАР) в нейронах

2.5 Измерения [АТР]с и pH в индивидуальных нейронах
2.6 Определение [АТР] в нейрональной культуре
2.7 Определение NAD и NADH в нейрональной культуре
2.8 Анализ выживаемости нейронов 84 Глава 3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
3.1 Исследование взаимосвязи между индуцированной глутаматом отсроченной Са2+ дисрегуляцией, митохондриальной деполяризацией и механизмом последующей гибели нейронов
3.1.1 Синхронность изменений внутриклеточной концентрации свободного Са2+ ([Ca2+]j) и трансмембранного потенциала внутренней мембраны митохондрий (А'Рт)
3.1.2 Математическое моделирование сигналов потенциал-
чувствительных флуоресцентных зондов Rhl23 и TMRM
3.1.3 Продолжительность ОКД и механизм гибели нейронов.
3.1.4 Исследование роли ингибирования протонных насосов и увеличения проводимости внутренней митохондриальной мембраны в возникновении Са2+ дисрегуляции
3.2 Исследование влияния на развитие ОКД внешних факторов,
модулирующих функциональное состояние митохондрий
3.2.1 Изменения митохондриального NAD(P)H и АТ',,, при химической гипоксии, разобщении окислительного фосфорилирования и глюкозной депривации.
3.2.2 Изменения [Са2+]; и ДТт индуцированные Glu в отсутствии глюкозы
3.2.3 Изменения NAD(P)H при глутаматном воздействии
3.3 Вклад эндогенных факторов, возникающих в результате
индуцированной глутаматом активации поли(АДФ-рибоза)полимеразы-1 и фосфолипаз А2, в развитие дисфункции митохондрий и ОКД.

3.3.1 Роль поли(АДФ-рибоза)полимеразы-1 (ПАРП-1) в
возникновении ОКД и гибели нейронов
3.3.2 ОКД и образование активных форм кислорода (АФК)
3.3.3 Иммунофлуоресцентный анализ локалазации
поли(АДФ)рибозы при действии глутамата
3.3.4 Влияние ингибиторов ПАРП-1 на выживаемость нейронов
при токсическом действии доз глутамата
3.3.5 Исследование обратимости ОКД при прекращении
поступления Са2+ из внеклеточной среды
3.3.6 Влияние блокады FlFo-АТФаза на NAD(P)H и АТ,,,
3.3.7 Роль глутамат-индуцированной активации фосфолипазы А2 и
арахидоновой кислоты (АА) в развитии ОКД
3.4 Различия биоэнергетики культивируемых нейронов при
действии глутамата и в нейронах, полученных из животных пренатального и постнатального периода развития
3.4.1. Изменения концентрации АТФ в цитозоле индивидуальных нейронов ([АТР]с) при нейротоксическом воздействии глутамата
3.4.2 Изменения [АТР]с, вызванные химической гипоксией и
глюкозной депривацией в пренатальных и постнатальных нейронах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Кратко взаимосвязь гликолиза и ОксФос может быть описана следующим образом. Глюкоза подвергается в цитозоле нейронов метаболизму, в процессе которого затрачиваются 2 и образуются 4 молекулы АТФ (общий баланс +2 АТФ) и 2 молекулы Руг. Образующийся в результате гликолиза Руг поступает в митохондрии, где его окисляет пируватдегидрогеназа, мультиферментный оксидо-редуктазный комплекс, с восстановлением одной молекулы ЦАЭ+ до ЫАБН. Оставшаяся от Руг ацетильная группа в виде ацетил-коэнзима А поступает в цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, цикл Кребса), где в результате полного окисления этого ацетила происходит восстановление еще трех молекул ЫА1У до ЫА13Н. С окисления ЫАГЗН комплексом I дыхательной цепи (ЫАОН/Убихинон оксид оредуктазой) начинается перенос электрона во внутренней мембране митохондрий на комплекс III (Убихинон/Цитохром с оксидоредуктазу) и далее в комплексе IV дыхательной цепи (Цитохром с/Кислород оксидоредуктазе) на кислород, завершающийся присоединением протонов и образованием воды. Энергия перемещения электрона по внутренней мембране обеспечивает перенос протонов сквозь эту мембрану комплексами I, III и IV дыхательной цепи из матрикса на противоположную сторону внутренней мембраны, обращенную в цитоплазму (в межмембранное пространство митохондрий).
Трансмембранное перемещение положительных зарядов (Н+) и образующаяся в результате этого процесса разность концентраций протонов создают трансмембранную электрическую разность потенциалов и трансмембранный градиент концентраций ионов Н+. Суммарная энергия, запасенная в электрическом и химическом компонентах, получила название трансмембранный электрохимический протонный потенциал (Дцн) (МсЬоПэ & Те^изьоп, 2002; МсЬоПэ, 2008; Скулачев и соавт, 2010):