Механизмы нейропротекторного действия уабаина при эксайтотоксическом стрессе в нейронах коры крыс презентация

А.Е.
03.03.01 – физиология

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН
Лаборатория сравнительной физиологии мозжечка
Научный руководитель: д.б.н. Антонов С. М.
Санкт-Петербург, 2015г.

Эксайтотоксичность (от англ. exite – возбуждать) - патологический токсический процесс, развивающийся при гипервозбуждении рецепторов глутамата.

Глутаматэргическая теория нейродегенеративного процесса: «Универсальный механизм развития всех нейродегенеративных заболеваний - эксайтотоксичность в результате избыточной активации постсинаптических глутаматных рецепторов NMDA-типа».

Нейродегенеративные болезни поражают десятки миллионов людей в мире и приносит ущерб в сотни миллиардов долларов. (Fillit, Hill, 2005).

Разработки и изучение эндогенной защиты мозга от нейродегенеративного повреждения - возможность направленной регуляции состояния клеток модулирующими веществами.
Данная работа посвящена одному из претендентов этой группы - уабаину.

уабаина.

Изучение механизмов действия уабаина в широком диапазоне концентраций в нормальных условиях и эксайтотоксическом стрессе, вызванном агонистами ионотропных рецепторов глутамата в первичной культуре нейронов коры крыс.

Исследовать влияние уабаина в субнаномолярных концентрациях (от 0,01 нМ до 1 нМ) в условиях цитотоксического действия NMDA и КА на нейроны коры крыс для оценки его нейропротекторного потенциала;

2. Исследовать механизм собственного цитотоксического действия уабаина на нейроны коры в широком диапазоне концентраций (от 0,1 нМ до 0,1 мМ);

3. Оценить возможное тоническое действие эндогенного глутамата в нормальных условиях на электрогенез нейронов;

4. Исследовать действие субнаномолярных концентраций уабаина на интегральные токи, вызываемые NMDA и КА, и спонтанную синаптическую активность нейронной сети;

5. Исследовать роль внутриклеточного Са2+ сигнала в запуске эксайтотоксичности и при реализации эффектов субнаномолярных концентрации уабаина;

Цель

задачи исследования

от апоптоза благодаря регуляции внутриклеточной концентрации кальция с помощью увеличения активности по его выведению из нейронов Na+/Ca2+–обменником, образующим функциональную группу взаимодействия с Na+/K+-АТФазой.




Нейропротекторное действие уабаина не связано с блокадой каналов рецепторов глутамата и замещением K+ в ионном транспорте Na+/K+-АТФазы, но задействует её сигнальную функцию в субнаномаолярных концентрациях, используя фермент в качестве «рецептора» и стабилизируя значения частоты сВПСТ при насыщающих концентрациях агонистов рецепторов глутамата.

NMDA + 1 нМ Oub

KA + 1 нM Oub

в конфигурации «целая клетка».
На фото культура нейронов и стеклянный микроэлектрод.

Интактная культура нейронов. Скопления нейронов и мощные тяжи отростков между ганглиями. Съёмка изображения с применением фазового контраста.

Установка для пэтч-кламп

[Ca2+]i

двум направлениям, которые характеризуются различной скоростью ответов. Первое – стабилизация Ca2+ клиренса через образование функиональных групп Na+/К+–АТФаза/NCX и быструю откачку Ca2+ после первичной кальциевой дерегуляции, вызванной агонистами глутаматных рецепторов. Этот ответ проявляется сразу и является быстрым. Второе – инициация внутриклеточных антиапоптотических сигнальных каскадов, которая выражается в экспрессии белка Bcl-2 и восстановлении нормальных клеточных функций, с затратой большего времени (десятки минут – часы), что характеризует этот ответ как медленный.

1. Уабаин в условиях эксайтотоксического стресса оказывает нейропротекторное воздействие, повышая выживаемсть кортикальных нейронов путём купирования развития апоптоза в результате стабилизации клеточного метаболизма, отражением чего является повышение экспрессии антиапоптотического белка Bcl-2. Нейропротекторное действие уабаина сохраняется в интервале двух порядков субнаномолярых концентраций от 0,01 нМ до 1 нМ.

2. В субнаномолярных концентрациях уабаин не оказывает на кортикальные нейроны токсического влияния - соотношение живых, некротических и апоптотических клеток соответствует интактной культуре. Собственный цитотокчический эффект уабаина развивается, начиная с концентрации 10 нМ, определяется, очевидно, ингибированием ферментативной активности Na+/K+-АТФазы и развивается по пути некроза. Нейропротенторное действие уабаина не связано с транспортной функцией этого фермента.

3. В культуре нейронов коры головного мозга в покое происходит неквантовое тоническое высвобождение глутамата, который в условиях нарушения функционирования глутаматных транспортеров может обеспечивать выброс нейромедиатора, достаточный для запуска нейродегенеративных процессов.

4. Действие NMDA и КА сопровождается генерацией входящих деполяризующих токов и значительным повышением частоты сВПСТ. Увеличение частоты спонтанных синаптических токов полностью нивелируется уабаином в концентрации 1 нМ и определяется увеличением концентрацией свободного кальция в пресинаптических терминалях. Загрузка нейронов хелатором Са2+ ВАРТА, аналогично 1 нМ уабаина, вызывает уменьшение частоты сВПСТ при действии NMDA.

5. При длительной аппликации насыщяющих концентраций NMDA уровень [Са2+]i вырастает и характеризуется двумя волнами внутриклеточной кальциевой дерегуляции, первичной – в связи с открытием каналов рецепторов и вторичной – в связи с нарушением целостности митоходриальных депо. Уабаин в наномолярных концентрациях существенно ослабляет рост [Са2+]i , приводя её к контрольным значениям.