УДК 611.018.8
АУТОТИПИЧЕСКИЕ СЕПТАЛЬНЫЕ КОНТАКТЫ ГЛИАЛЬНЫХ КЛЕТОК
МОЗЖЕЧКА КАК КОМПЕНСАТОРНО-ПРИСПОСОБИТЕЛЬНАЯ РЕАКЦИЯ В УСЛОВИЯХ ТОКСИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГЛУТАМАТА И NO-ГЕНЕРИРУЮЩЕГО СОЕДИНЕНИЯ
© 2013 г. Н. В. Самосудова1, В. П. Реутов2
Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН, Москва, 101447, Б. Каретный, 19;
электронная почта: nsamos@iitp.ru 2Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, 117485, ул. Бутлерова, 5а;
электронная почта: valentinreutov@mail.ru Поступила в редакцию 22.05.2012 г.
Методом электронной микроскопии исследована структура глиальных клеток (астроцитов) мозжечка (МЖ) лягушки и их взаимодействие с нейронами в условиях повреждения нейронной сети МЖ токсическими дозами глутамата и МО-генерирующего соединения. Повреждения такого рода можно рассматривать как модель повреждений, имеющих место при инсультах. Показано, что отростки астроцитов, сохранившие свою структуру в этих условиях и имеющие большое количество зерен гликогена, способны защищать нервные клетки. Однако сами отростки при этом претерпевают значительную структурную трансформацию. Отросток вытягивается в жгут, практически лишенный цитоплазмы, а расстояние между его стенками уменьшается до 25—30 нм. Внутри жгута появляются поперечные мостики, скрепляющие его стенки. Эта структура носит название аутотипи-ческого септального контакта. Такой жгут может обкручивать либо синапс, либо его элементы (бутон, шипик), образуя плотную капсулу (обкрутку). Чем сильнее повреждение, тем больше рядов в обкрутке, и тем меньше расстояние между стенками жгута (18—20 нм). Предполагается, что ауто-типические контакты могут защищать нейроны зернистого слоя МЖ при токсическом воздействии глутамата и МО-генерирующего соединения.
Ключевые слова: мозжечок, астроциты, аутотипические септальные контакты, глутамат, МО-гене-рирующее соединение.
Б01: 10.7868/80233475513010064
Астроциты — один из типов клеток нейроглии. В значительном количестве они встречаются в центральной нервной системе и характеризуются многочисленными радиально расходящимися от тела клетки отростками, которые заканчиваются на нервных клетках и сосудах. К основным функциям астроцитов относятся опорная, трофическая и защитная [1, 2]. Кроме того, астроциты обеспечивают разнообразные обменные процессы нервных клеток и способствуют их быстрому восстановлению после травм и инфекций [3, 4]. В последние годы стало известно, что астроциты наряду с нейронами включаются в процессы, связанные с синаптической пластичностью, т.е. астроциты помимо их трофической, опорной и защитной функции могут участвовать в обработке и передаче информации [5]. Следует подчеркнуть, что важную роль в реализации основных функций нейроглии играет сигнальная молекула — оксид азота (N0) [6]. Установлено, что возбуждающая
аминокислота глутамат и оксид азота (NO) с продуктами его превращений (например, нитрит-
ионами — NO-) являются причиной гибели нейронов при поражениях головного мозга — инсульте, ишемии/гипоксии, черепно-мозговых травмах, а также при нейродегенеративных процессах [7, 8]. Ранее мы обнаружили, что NO, наряду с глутама-том, участвует в изменении ультраструктуры клеток молекулярного и зернистого слоев мозжечка [9, 10], а также активирует процессы образования аутотипических [11, 12] и нейроглиальных контактов [13—15]. На культуре нейронов мозжечка (МЖ) при сопоставлении повреждающего воздействия глутамата и NO-генерирующего соединения [16], а также при инкубации МЖ с этими соединениями in vitro [17, 18] показана корреляция между модельными исследованиями и клиническими данными, полученными в опытах на крысах линии Крушинского-Молодкиной при развитии гемор-
рагического инсульта, аудиогеннои эпилепсии и при черепно-мозговоИ травме [19, 20]. В ходе этих исследовании и анализа полученных данных обнаружено, что в ответ на повреждающее воздействие токсических доз глутамата и NO-генериру-ющего соединения включаются компенсаторно-приспособительные реакции, способные защитить нейрон от повреждения. Их изучение в модельных экспериментах важно для понимания механизмов защиты при геморрагических инсультах, эпилепсии и в клинике тяжелых черепно-мозговых травм. Эти исследования помогают приблизиться к пониманию механизма действия некоторых лекарственных препаратов, одни из которых — новые пептидные препараты [20, 21].
Повреждения нейронной сети МЖ лягушки токсическими дозами глутамата и NO-генериру-ющего соединения можно рассматривать как модель экспериментального инсульта. Задача настоящей работы состояла в изучении структуры аст-роцитов МЖ, их взаимодействия с нейронами и возможной протекторной роли в условиях модельного инсульта.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В эксперименте использовали 20 взрослых лягушек Rana temporaria — 10 особей для изучения воздействия токсических доз глутамата (1 мМ) и NO-генерирующего соединения (1 мМ) на МЖ по отдельности. Все исследования проведены в соответствии с "Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных" (приказ № 775 от 12.08. 1977 МЗ СССР). МЖ изолировали в перфузионном растворе Рингера.
Для электронно-микроскопического исследования нервной ткани МЖ использовали следующие экспериментальные варианты: 1) МЖ фиксировали сразу после выделения из мозга в растворе Рингера (контроль); 2) после инкубации МЖ в растворе Рингера в течение 2 ч; 3) после стимуляции МЖ в растворе Рингера (1 ч) и его инкубации в том же растворе (1 ч); 4) после инкубации МЖ в растворе Рингера с глутаматом (1 мМ) в течение 2 ч; 5) после стимуляции в растворе Рингера с глутаматом (1 мМ, 1 ч) и его инкубации в том же растворе в течение 1 ч; 6) после инкубации МЖ в растворе Рингера с NO-генери-рующим соединением (NaNO2) — 2 ч; 7) после стимуляции МЖ в присутствии нитрита натрия (NaNO2) в растворе Рингера (1 мМ,1 ч) и его инкубации в том же растворе (1 ч). Таким образом, время воздействия на объект во всех вариантах равно 2 ч. При стимуляции раздражали поверхность молекулярного слоя, т.е. преимущественно параллельные волокна, с помощью биполярных электродов с частотой 0.1 Гц и силой тока 10-4—10-5 А.
Стимуляция МЖ в присутствии Glu или NO-генерирующего соединения служила допол-
нительным источником их образования и накопления в клетках МЖ. Нитрит натрия использовали как вещество, способное генерировать NO в
результате восстановления ионов N O- в NO. Состав оксигенированного раствора Рингера: Na+ — 115 мМ, К+ - 2.5 мМ, Са2+ - 1.2 мМ, NaHCO3 -6.0 мМ, 2 г глюкозы на 1 л раствора, рН 7.2-7.4. Фиксацию осуществляли 2.5% раствором глута-рового альдегида, приготовленном на 0.1 М Na-ка-кодилатном буфере (рН 7.2), содержащем 0.5% тан-ниновой кислоты и 3% сахарозы (1.5 ч при 4°С). Далее материал фиксировали в 1% OsO4 (рН 7.2) в том же буфере, в течение 1 ч при 4°С. Обезвоживание материала проводили в этиловом спирте возрастающей концентрации, абсолютном спирте и ацетоне с последующим заключением в смесь эпон-аральдита. Срезы окрашивали уранилаце-татом и цитратом свинца. Срезы просматривали при помощи электронного микроскопа JEM 100 SX при ускоряющем напряжении 90 кВ.
РЕЗУЛЬТАТЫ
В настоящей работе мы сравнили действие Glu (1 мМ) и NO-генерирующего соединения в той же концентрации на астроциты МЖ, а также при сочетании их действия с электрической стимуляцией параллельных волокон. Показано, что к повреждению, вызываемому Glu или NO-генериру-ющим соединениям, более устойчивы отростки с преобладанием зерен гликогена (рис. 1а—в), ширина которых варьирует от 450 нм до 1.5 мкм. Обнаружено, что отростки с преобладанием в них зерен гликогена ведут себя практически одинаково как при действии Glu, так и при действии NO-генерирующего соединения. Оказалось, что отростки астроцитов, сохранившие свою структуру в присутствии токсических доз Glu или NO-ге-нерирующего соединения и имеющие большое количество зерен гликогена, способны защищать нервные клетки. Однако сами глиальные отростки при этом претерпевают значительную структурную трансформацию. Имеется в виду преобразование отростков из "обычных", содержащих гликоген и все компоненты, присущие клетке, в структуры, лишенные этих структур и меняющие свои размеры от 450 до 25 нм (рис. 4). Отросток при этом вытягивается в "жгут", в котором вместо цитоплазмы появляются поперечные мостики, скрепляющие его стенки; расстояние между ними уменьшается до 20-18 нм. Эта структура носит название аутотипического септального контакта (АСК). Можно предположить, что материал, формирующий эти мостики, представляет собой белок адгезии из семейства кадгеринов. Такое предположение сделано на основании работы [22], где иммунохимическим методом было показано, что бляшки, образующиеся под плазмалем-мой единичной шванновской клетки (ШК) со-
Рис. 1. Распределение зерен гликогена (гл) в отростках астроцитов молекулярного слоя МЖ. а — Отросток астроцита, наполненный зернами гл, в норме; б — отросток астроцита с гл при стимуляции МЖ в присутствии NaNO2 (1 мМ). в — МЖ после действия глутамата (1 мМ), поврежденный синапс (С), окруженный глиальным отростком с гл. Увеличение: а - 65000 х, б - 42000 х, в - 76500 х.
держат адгезивный белок — Е-кадгерин. Е-кадге-рин никогда не выявляли ни между двумя ШК, ни между ШК и аксоном. Жгут, образующийся из отростка астроцита, может обкручивать либо синапс, либо его элементы (бутон, шипик), образуя плотную капсулу. Чем сильнее повреждение, тем больше рядов в "обкрутке" (капсуле), и тем меньше расстояние между стенками жгута (18—20 нм). Такие "обкрутки" представлены на рис. 2а—в. В наших экспериментах мы наблюдали практиче-
ски полное сходство "обкруток", формирующихся в присутствии глутамата или NO-генерирую-щего соединения. Чем сильнее повреждение, например, при сочетании воздействия Glu или NO-генерирующего соединения с электрической стимуляцией, тем плотнее "обкрутка", за счет увеличения числа ее рядов и уменьшения расстояния между стенками до 18—20 нм (рис. 3в, рис. 4). Кроме того, увеличивается длина отрезков обкрутки с четко сформированными мостиками.
Рис. 2. Структура "обкруток" под влиянием глутамата и окси
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.