Перейти к:
Нейрофизиологические эффекты кортикотропин-рилизинг-фактора в переживающих срезах обонятельной зоны коры мозга крыс
https://doi.org/10.14341/probl11446
Аннотация
Аппликация кортикотропин-рилизинг-фактора (КРФ) в концентрациях , М на переживающие срезы мозга вызывала активацию пре- и постсинаптических возбуждающих компонентов фокальных потенциалов, регистрируемых в срезах. Амплитуда и длительность AM ПА- и НМДА-компонентов ВПСП при действии КРФ возрастали, тогда как амплитуда ГАМК-опосредуемого ТПСП угнеталась. При большей концентрации КРФ ( М) в клетках срезов регистрировались эпилептоподобные разряды. Эффекты КРФ были обратимы и при его отмывании устранялись. Длительное действие КРФ (90 мин) индуцировало в клетках срезов явления, аналогичные долговременной посттетанической потенциации. Полученные данные свидетельствуют о том, что КРФ обладает выраженными активирующими свойствами и оказывает влияние на глутамат- и ГАМКергические системы.
Ключевые слова
Для цитирования:
Мокрушин А.А., Шаляпина В.Г. Нейрофизиологические эффекты кортикотропин-рилизинг-фактора в переживающих срезах обонятельной зоны коры мозга крыс. Проблемы Эндокринологии. 2003;49(1):51-53. https://doi.org/10.14341/probl11446
For citation:
Mokrushin A.A., Shalyapina V.G. Neurophysiological effects of corticotropin-releasing factor in the undergoing sections of the olfactory area of the rat cerebral cortex. Problems of Endocrinology. 2003;49(1):51-53. (In Russ.) https://doi.org/10.14341/probl11446
Кортикотропин-рилизинг-фактор (КРФ) и КРФ-подобные эндогенные гипоталамические нейропептиды играют ключевую роль в реакции организма на разнообразные стрессы [8, 13]. В организацию стрессовых реакций активно вовлекается экстра- гипоталамическая КРФ-система [12]. Она образована популяциями нейронов различных структур мозга, продуцирующих КРФ [17], а также специфическими рецепторами. К настоящему времени выделено 2 типа рецепторов: КРФ-1 и КРФ-2 [7, 15], причем КРФ-1-рецепторы, через которые опосредует свои эффекты КРФ, локализованы в коре, амигдале, обонятельной луковице и других структурах мозга [5, 16].
Экзогенное введение КРФ в мозговые структуры индуцирует разнообразный спектр поведенческих реакций, проявление которых зависит от исходного функционального состояния животных и дозы гормона. В таких исследованиях можно выявить закономерность, согласно которой КРФ дозозависимо усиливает поведенческие реакции [2, 8, 13]. Этот активирующий вектор действия КРФ на поведение означает наличие у него отчетливых нейротропных свойств. Внутрижелудочковое введение или микроаппликация КРФ в отдельные области мозга, действительно, индуцирует в них возбуждающие эффекты, что проявляется в увеличении частоты спонтанных разрядов нейронов [3, 6, 9, 10, 18, 19]. Электрофизиологический механизм активирующего действия КРФ на экстрагипоталамические нейроны заключается, по-видимому, в деполяризации их цитоплазматической мембраны [3].
Несмотря на достигнутый прогресс в исследовании нейротропных эффектов КРФ, остаются неизвестными молекулярноклеточные механизмы его взаимодействия с глутаматергической системой, широко представленной в мозге и являющейся одной из ключевых в развитии как нормальных, так и патологических процессов.
В данной работе представлены результаты исследований влияния экзогенного КРФ на электрофизиологические характеристики переживающих срезов обонятельной коры мозга крыс. Отметим, что в нижнем этаже этой сенсорной системы - обонятельной луковице - выявлены нейроны, продуцирующие КРФ, а также рецепторы типа КРФ-1 [5, 16, 17]. В обонятельной коре также обнаружено 2 подтипа глутаматных ионотропных рецепторов: а-амино-3-гидрокси-5-метил-изоксазол-4-пропио- новые (АМПА) и N-MeTwi-D-аспартатные (НМДА) [1]. Изучить влияние КРФ на эти рецепторные системы, учитывая, что глутамат является основным возбуждающим медиатором в мозге, на ГАМК-тормозные системы, а также на длительную посттетаническую потенциацию, рассматриваемую как модель обучения и формирования энграммы памяти, было целью наших исследований.
Материалы и методы
Работа проведена на тангенциальных переживающих срезах обонятельной коры мозга крыс толщиной 400-500 мкм (рис. 1, ci). Состав инкубационной среды (в мМ): NaCl - 124; КС1 - 5; СаС12 - 2,6; КН2РО4- 1,24; MgSO4 - 1,2; NaHCO3- 3; глюкоза - 10; трис-НС1 - 23. Раствор тщательно насыщали кислородом, температуру поддерживали на уровне 37°С, pH 7,2-7,3. Срез перфузировали со скоростью 2 мл/мин. Эффекты КРФ ("Sigma") исследовали в концентрации 5 • 10"8 и 5 • 10 0 М.
До начала тестирования в срезах регистрировали контрольные фокальные потенциалы (ФП) на одиночные ортодромные
Рис. 1. Схема среза обонятельной коры мозга крыс (а) и схема ФП, регистрируемого в нем (б).
а - структуры мозга, входящие в срез, вид с пиальной поверхности: 1 - латеральный обонятельный тракт; 2 - периформная кора; 3 - обонятельный бугорок; 4 - часть кортикального амигдалярного ядра; 5- граница среза; локализации стимулирующего (СЭ) и регистрирующего (РЭ) электродов; б - схема ФГ1 с указанием соответствующих компонентов. Пунктир - изолиния. Стрелки - измерения амплитуд компонентов ФП. Полярность колебаний: негативность - вверх, позитивность - вниз от изолинии. раздражения латерального обонятельного тракта (ЛОТ) с интервалом 5 мин. Затем перфузия переключалась на среду с КРФ в одной из концентраций. Длительность тестирования составляла 20 мин. В течение этого времени с интервалом 5 мин регистрировались ФП в ответ на одиночные раздражения ЛОТ. Вслед за этим в течение 15 мин проводили отмывание срезов контрольной средой.
Анализировали амплитуды возбуждающих и тормозных потенциалов, имеющих различную рецепторную организацию и ионные механизмы генеза (рис. 1, б). Возбуждающие потенциалы - пресинаптический компонент (ПД ЛОТ) - свидетельствуют о прохождении возбуждения по волокнам ЛОТ. Постсинаптические возбуждающие потенциалы (ВПСП) опосредованы неМ-метил-Э-аспартатом (неНМДА) и НМДА-компонента- ми ВПСП. Первый из них связан с активацией АМПА-рецеп- торов, второй - с НМДА-рецепторами. Среди тормозных постсинаптических потенциалов (ТПСП) регистрировали и анализировали медленный ТПСП (ТПСПМ) (см. рис. 1, б). Генерация этого потенциала связана с активацией ГАМКБ-рецепторов и сопряженных с ними хлорных токов. Быстрый ТПСП (ТПСПб) в данной работе не анализировали, поскольку его возникновение было нестабильным. Способы измерения амплитуд соответствующих компонентов ФП указаны стрелками на рис. 1, б.
Статистическую обработку полученных результатов проводили с применением методов непараметрической статистики, а также с использованием г-критерия.
Результаты и их обсуждение
Как показали проведенные исследования, КРФ в концентрации 10_8М вызывал активацию пре- и постсинаптических возбуждающих компонентов ФП. Эффекты возникали быстро и были отчетливо выражены через 1 - 1,5 мин. Увеличивались амплитуды пресинаптического компонента ФП - ПД ЛОТ, но особенно постсинаптических - AM ПА и НМДА ВПСП. При этом длительность НМДА-компонента ВПСП существенно возрастала. Тормозной компонент - ТПСПМ - прогрессивно угнетался и, начиная с 5-й минуты, был полностью блокирован (рис. 2, а, б). Наблюдаемые явления, индуцируемые КРФ, были устойчивы и сохранялись в течение 20 мин (время наблюдения) (см. рис. 2, а, б).
Эффекты КРФ были обратимыми, поскольку при отмывании срезов они почти полностью устранялись (см. рис. 2, а, б).
Применение меньшей концентрации КРФ (10-9 М) давало аналогичные эффекты, но менее выраженные. Это свидетельствует о дозозависимом характере действия КРФ на электрогенез отдельных компонентов ФП в переживающих срезах обонятельной коры мозга крыс.
Следует отметить, что перфузия срезов с КРФ в концентрации 5 • 10-8 М приводила в некоторых срезах (л = 3) к повышению спонтанной электрической активности и появлению апериодических спонтанно возникающих эпилептогенных разрядов. Последние часто усиливались при электрической низкочастотной (1/с) стимуляции срезов и выражались в значительном возрастании амплитуды суммарного ВПСП и появлении на нем быстрых высокоамплитудных волн.
Эти данные свидетельствуют о том, что КРФ обладает нейротропным свойством и способен длительно модифицировать все базисные электрофизиологические процессы в срезах обонятельной коры. Он оказывает, по-видимому, неспецифические влияния на аксональную возбудимость (увеличение амплитуды пресинаптического компонента ФП - ПД ЛОТ). Повышение активности в волокнах ЛОТ приводит к увеличению количества выделяемого медиатора. Это в свою очередь повышает эффективность деятельности синапса и, очевидно, способствует организации стрессовой реакции организма.
Другими компонентами в формировании стрессовой реакции являются изменения постсинаптических процессов при действии КРФ. Эти модификации были наиболее выражены в отношении НМДА-компонента ВПСП и менее - для AM ПА ВПСП. Возрастание амплитуды НМДА-компонента ВПСП свидетельствует об увеличении входящих кальциевых токов, а ее удлинение указывает на увеличение времени открытого состояния этих каналов. Это приводит к повышению возбудимости нервных клеток и способствует формированию стрессовой реакции. Такой вывод подтверждается экспериментальными данными об увеличении внутриклеточной концентрации кальция при появлении нейрогормона в экстраклеточной среде [4].
КРФ оказывал также значительное потенцирующее влияние на АМПА-генерируемые процессы. Как известно, их активация сопряжена с усилением входящих натриевых токов, КРФ бла-
6
Рис. 2. Изменения профилей ФП в срезах обонятельной коры мозга крыс при перфузии средой с КРФ в концентрации 10 s М.
а: К - контроль; 1, 2, 3 - ФП через 1, 5, 20 мин от начала перфузии с КРФ; 4 - отмывание среза через 15 мин. Калибровка: 0,1 мВ; 10 мс; б; суммарные данные изменений амплитуд отдельных компонентов ФП при действии КРФ в концентрации 10“к М. Здесь и на рис. 3: по оси ординат - амплитуда (в % к контролю); по оси абсцисс - время (в мин). К - контроль; ОТ - отмывание через 15 мин (л = 7). / - ПД ЛОТ; // - AM ПА; /// - НМДА.
гоприятствовал этим процессам и также способствовал общему повышению возбудимости нервных клеток.
Что касается тормозных процессов, то они под действием КРФ прогрессивно угнетались и блокировались. Это выражалось в уменьшении амплитуды ТПСПМ и, следовательно, КРФ действовал на ГАМКБ-рецепторы угнетающим образом и также способствовал повышению возбудимости нервных клеток. Снижение тормозящего и увеличение возбуждающего компонента в балансе процессов возбуждения и торможения в нервной системе под действием КРФ сопровождалось в наших экспериментах возникновением эпилептогенных разрядов. Подобные явления также обнаружены in vivo [10, 14] и in vitro на срезах гиппокампа [3]. Полагают, что возникновение судорожных разрядов опосредуется действием КРФ на КРФ-1-рецепторы.
Представленные данные о действии КРФ как ключевого гормона стресса на электрогенез в переживающих срезах мозга обонятельной коры мозга крыс следует, на наш взгляд, рассмат-
Рис. 3. ДПП, индуцируемая электрической тетанизацией латерального обонятельного тракта и аппликацией КРФ (Ю-8 М) в течение 90 мин.
По оси абсцисс: К - контроль, Т и стрелка - тетанизация латерального обонятельного тракта и введение КРФ соответственно. / - тетанизация (п = 19); // - КРФ (л = 7).
ривать как электрофизиологическую основу тех процессов, которые разворачиваются в мозге при стрессовых ситуациях. Можно полагать, что КРФ, способствуя формированию стрессовой реакции организма, может стимулировать развитие некоторых пластических изменений в ЦНС, тем более что известно модулирующее влияние КРФ на некоторые процессы поведенческого обучения и памяти [11]. Кроме того, КРФ активировал ДМ ПА- и НМДА-компоненты ВПСП в наших опытах и вызывал повышение уровня внутриклеточного кальция [4].
Для того, чтобы проверить это предположение, срезы мозга перфузировали с КРФ в течение 90 мин. Возбуждающий эффект КРФ проявлялся через 1 - 1,5 мин, достигал своего максимума через 15-20 мин и сохранялся в течение 90 мин (время наблюдения), причем величина декремента амплитуды НМДА ВПСП составляла к концу наблюдения примерно 20% (рис. 3). Эти данные свидетельствуют о том, что КРФ самостоятельно индуцировал в клетках срезов мозга явление, аналогичное долговременной посттетанической потенциации (ДПП). Ход ее развития несколько отличался от электрически-вызванной ДПП (см. рис. 3). Эти отличия проявлялись в фазе индукции тем, что КРФ-вы- званная ДПП развивалась более медленно, но в фазу сохранения была более устойчивой. Это еше раз доказывает, что эндогенные пептиды принимают активное участие в развитии пластических процессов в мозге, способствуя трансформации кратковременных базисных процессов возбудимости в длительно сохраняющиеся [1].
Полученные данные раскрывают основные нейрофизиологические механизмы вовлечения возбуждающей (глутаматерги- ческой) и тормозной (ГАМКергической) систем мозга в ответ на действие КРФ, секреция которого при стрессе быстро возрастает не только в гипоталамусе, но и во многих структурах мозга. Длительная активация возбуждающих процессов при синхронном подавлении тормозных в нервных клетках, возникновение в них явления устойчивого возбуждения, аналогичного ДПП, индукция спорадических эпилептогенных разрядов - вот те электрофизиологические механизмы, которые, по всей вероятности, лежат в основе реакций мозга на разнообразные стрессы.
Выводы
- Перфузия переживающих срезов обонятельной коры мозга крыс средой с КРФ (10“9, 10"8 М) вызывала увеличение амплитуды и длительности AM ПА- и НМДА-компонентов ВПСП. Напротив, амплитуда ТПСПМ угнеталась.
- При действии КРФ в большей концентрации (10~8 М) в срезах возникали эпилептоподобные разряды.
- Длительная (90 мин) перфузия срезов раствором с КРФ индуцировала в них процессы, аналогичные электрически-вызванной долговременной посттетанической потенциации.
Список литературы
1. Мокрушин А. А. Пептид-зависимые механизмы нейрональной пластичности в обонятельной коре: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. - СПб., 1997. - С. 3-42.
2. Шаляпина В. Г., Рыбникова Е. А., Ракицкая В. В. // Рос. физиол. журн. - 1998. - Т. 84, № 10. - С. 1146-1151.
3. Aldenhoff J. В., Gruol D. L., Rivier J. et al. // Science. - 1983. Vol. 221, N 4613. - P. 875-877.
4. Aldenhoff J. B. // Psychoendocrinology. - 1986. - Vol. 11, N 2. - P. 231-236.
5. Chaimers D. T., Lovenberg T. W., De Souza E. B. // J. Neuro- sci. - 1995. - Vol. 15. - P. 6340-6350.
6. Curtis A. L., Lechner S. M., Pavcovich L. A. // J. Pharmacol. Exp. Ther. - 1997. - Vol. 281. - P. 163-172.
7. De Souza E. B. // J. Neurosci. - 1987. - Vol. 7. - P. 88- 100.
8. Dunn A. J., Berridge C. W. // Brain Res. Rev. - 1990. - Vol. 15, N 2. - P. 71-100.
9. Eberly L. B., Dudley C. A., Moss R. L. // Peptides. - 1983. - Vol. 4. - P. 837-841.
10. Ehlers C. L., Henriksen S. J., Wang M. ct al. // Brain Res. - 1983. - Vol. 278. - P. 332-336.
11. Koob G. E, Bloom F. E. // Fed. Proc. - 1985. - Vol. 44. - P. 259-263.
12. Koob G. E, Markou A., Weiss F. // Semin. Neurosci. - 1993. Vol. 5. - P. 351-358.
13. Koob G. F., Heinrichs S. C. // Brain Res. - 1999. - Vol. 848, N 1-2. - P. 141-152.
14. Marrosu E, Mereu G., Fratta W. // Ibid. - 1987. - Vol. 408 P. 394-398.
15. Perrin M., Donaldson C., Chen R. et al. // Endocrinology. - 1993. - Vol. 133. - P. 3058-3061.
16. Perrin M., Donaldson C., Chen R. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1995. - Vol. 92. - P. 2969-2973.
17. Swanson L. W., Sawchenko P. E., Rivier J. et al. // Neuroendocrinology. - 1983. - Vol. 36. - P. 165-186.
18. Valentino R. J., Foote S. L., Aston-Lones G. // Brain Res. - 1983. - Vol. 270, N 2. - P. 363-367.
Об авторах
А. А. МокрушинИнститут физиологии им. И. П. Павлова Российской академии наук
Россия
В. Г. Шаляпина
Институт физиологии им. И. П. Павлова Российской академии наук
Россия
Рецензия
Для цитирования:
Мокрушин А.А., Шаляпина В.Г. Нейрофизиологические эффекты кортикотропин-рилизинг-фактора в переживающих срезах обонятельной зоны коры мозга крыс. Проблемы Эндокринологии. 2003;49(1):51-53. https://doi.org/10.14341/probl11446
For citation:
Mokrushin A.A., Shalyapina V.G. Neurophysiological effects of corticotropin-releasing factor in the undergoing sections of the olfactory area of the rat cerebral cortex. Problems of Endocrinology. 2003;49(1):51-53. (In Russ.) https://doi.org/10.14341/probl11446
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY-NC-ND 4.0).