ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2004, том 54, № 2, с. 260-268
ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
УДК 612.822.3+612.821.6
ДОЛГОВРЕМЕННОЕ СННАПТНЧЕСКОЕ ОБЛЕГЧЕНИЕ У НЕЙРОНА ОБОРОНИТЕЛЬНОГО ПОВЕДЕНИЯ УЛИТКИ ПРИ ВЫРАБОТКЕ СЕНСИТИЗАЦИИ ЗАВИСИТ ОТ СИНТЕЗА РНК
© 2004 г. В. П. Никитин, С. А. Козырев
Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. ПК. Анохина РАМН, Москва,
e-mail: shevelkin@mtu-net.ru Поступила в редакцию 22.10.2002 г. Принята в печать 11.03.2003 г.
На командном нейроне оборонительного поведения ЛПл1 полуинтактного препарата виноградной улитки изучено участие процессов транскрипции в обеспечении механизмов нейронной пластичности при выработке ноцицептивной сенситизации. У контрольных улиток обнаружено, что нанесение ноци-цептивных стимулов на голову приводило к увеличению возбудимости мембраны нейрона, а также двухфазным изменениям ответов на тактильные и химические сенсорные раздражения - депрессии реакций в кратковременную стадию и их облегчению в долговременную стадию сенситизации. Выработка сенситизации в условиях подведения ингибитора синтеза РНК актиномицина Д (20 мкм) к нейрону ЛПл1 приводила к полному подавлению синаптического облегчения в ответах на сенсорные раздражения в долговременную стадию сенситизации, не оказывая действия на кратковременную депрессию ответов. Кроме того, в этих условиях не обнаружено влияния ингибитора на изменения возбудимости мембраны. Подведение актиномицина Д через 30 мин после окончания выработки сенситизации (1 ч после начала) не влияло на возбудимость мембраны и синаптическое облегчение. Предполагается, что индукция долговременного синаптического облегчения у нейрона ЛПл1 при выработке ноцицептивной сенситизации зависит от синтеза РНК в относительно узкий временной интервал, тогда как изменения возбудимости мембраны в течение 2-3 ч после выработки сенситизации, а также кратковременная синаптическая пластичность не зависят от процессов транскрипции.
Ключевые слова: моллюск, нейрон, ноцицептивная сенситизация, синаптическая пластичность, геном, актиномицин Д.
Long-term Synaptic Facilitation Depends on RNA Synthesis in LPll Neuron of Sensitized Helix
V. P. Nikitin, S. A. Kozyrev
Anokhin Institure of Normal Physiology, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow
Effects of actinomycin D (transcription inhibitor) on neural mechanisms of nociceptive sensitization were studied in Helix lucorum LP11 command neurons of defensive behavior. In control snails, the sensitizing stimulation (three applications of 10% quinine solution with 15-min intervals) produced an increase in membrane excitability and two-phase changes in neural responses to tactile or chemical sensory stimuli. In the first (within one hour after the beginning of the sensitization) phase the responses were depressed; they were facilitated in the second phase (to 24r). Application of 20 |M actinomycin D to LPll neuron during sensitization of a snail semi-intact preparation did not affect the increase in membrane excitability and short-term depressions of neural responses but suppressed the long-term synaptic facilitation. Actinomycin D application 30 min after the third sensitizing stimulus prevented neither increase in membrane excitability nor the long-term synaptic facilitation of the neural responses evoked by sensory stimuli. It is suggested that the long-term synaptic facilitation in Helix LPll neurons depends on the RNA synthesis in the critical time window (within one hour after the sensitization beginning), whereas membrane excitability changes do not depend on transcription within two-three hours.
Key words: mollusk, neuron, nociceptive sensitization, synaptic plasticity, genome, actinomycin D.
Наиболее общепринято подразделение памяти на кратковременную и долговременную [11, 14, 18, 22]. Кратковременная память продолжается несколько минут или часов и связана с синаптичес-
кой пластичностью нейронов мозга, которая регулируется модификациями уже синтезированных в нервных клетках белковых молекул. Долговременная память и долговременная нейронная плас-
тичность при обучении чувствительны к действию ингибиторов процессов трансляции и транскрипции в течение обучения и сразу после него. Амнезия отсутствует при действии ингибиторов позднее 1 ч после обучения [11, 14, 22]. Это узкое времен-н0е окно для синтеза белков и РНК было обнаружено как у низших животных, так и у млекопитающих при выработке как ассоциативных, так и неассоциативных форм обучения. Таким образом, первые несколько часов после выработки навыков (период консолидации) представляют наибольший интерес для понимания механизмов формирования долговременной нейронной пластичности.
Одной из форм нейронной пластичности, вовлекаемой в процессы обучения, является долговременная потенциация или депрессия синаптичес-кой передачи [16, 18]. В исследованиях, проведенных на различных нейронах срезов гиппокампа, показано, что при определенных параметрах стимуляции афферентных волокон долговременная потенциация или депрессия синаптической передачи сохранялась более 8 ч [15, 16, 18, 20]. Поздняя стадия долговременной потенциации, требующая синтеза белков и РНК в синапсах между коллате-ралями Шаффера и нейронами поля СА1, а также в синапсах между мшистыми волокнами и нейронами поля СА3 гиппокампа возникала через 1-3 ч после тетанизации [15, 20]. Подведение ингибиторов трансляции или транскрипции через 0.5-2 ч после тетанизации не влияло на сохранение долговременной потенциации [12, 20]. В экспериментах in vivo на другой структуре гиппокампа - синапсах, образуемых волокнами перфорантного пути с гранулярными нейронами зубчатой фасции, - обнаружено, что по крайней мере в течение первых 3 ч долговременная потенциация зависела от синтеза белка с предсуществующих мРНК, но не зависела от процессов транскрипции [21]. Другие авторы [12] показали, что долговременная потенциация в указанном пути подавлялась актиномицином Д. В синапсах нейронов поля СА1 срезов гиппокампа крысы сроки возникновения зависимости долговременной депрессии от синтеза макромолекул были относительно короткими. После ее индукции в условиях действия ингибиторов синтеза белка или РНК исходная выраженность ответов восстанавливалась в течение соответственно 40 и 60 мин [16]. Вместе с тем в экспериментах на крысах in vivo была обнаружена зависимость долговременной депрессии в указанных синаптических связях только от процессов трансляции, тогда как блокада синтеза мРНК актиномицином Д не препятствовала экспрессии долговременной депрессии [17].
В исследованиях на морском моллюске аплизии обнаружено, что одна из простых форм обучения -сенситизация рефлекса втягивания сифона или жабры - сопровождается кратковременным и долговременным облегчением синаптических связей между сенсорными и моторными нейронами, ин-
нервирующими эти области тела [18]. Долговременное синаптическое облегчение (сохранявшееся более 24 ч) подавлялось ингибиторами синтеза белка или РНК в относительно узкое временное окно -от момента начала выработки навыка до 0.5 ч после его окончания [10, 19]. Кроме того, при определенных условиях выработки навыка у сенситизирован-ных животных между кратковременной и долговременной стадиями облегчения сенсомоторных связей выявлена промежуточная стадия синаптическо-го облегчения, которая зависела только от процессов трансляции [13].
Таким образом, в начальный период формирования долговременной памяти обнаружен ряд особенностей пластичности нервных клеток, зависящих от их структурно-функциональных характеристик, вида вырабатываемого навыка или его аналога, динамики чувствительности к ингибиторам процессов трансляции и транскрипции.
Ранее нами было обнаружено, что выработка ноцицептивной сенситизации у виноградной улитки приводит к долговременному (более 24 ч) облегчению оборонительных рефлексов, которое сопровождалось увеличением возбудимости мембраны, а также двухстадийным изменением синаптической пластичности командных нейронов оборонительного поведения ЛПл1 и ППл1 [2, 3, 5]. Кратковременная стадия сенситизации сопровождалась депрессией ответов нейронов на сенсорные раздражения, тогда как долговременная стадия -облегчением реакций. В последующих исследованиях были изучены молекулярные механизмы, вовлекаемые в индукцию пластичности нейронов при выработке сенситизации [2, 6, 7, 9]. В частности, выявлено, что синаптическое облегчение подавлялось, если сенситизацию вырабатывали в условиях действия ингибиторов процессов трансляции - анизомицина или циклогексимида [4]. В то же время ингибиторы не оказывали влияния на изменение возбудимости мембраны по крайней мере в течение 2-3 ч после выработки навыка.
В настоящей работе мы исследовали возможность вовлечения процессов транскрипции в механизмы индукции изменений возбудимости мембраны и синаптической пластичности нейрона ЛПл1 при выработке ноцицептивной сенситизации у улитки, а также продолжительность периода (временное окно) зависимости этих механизмов от процессов транскрипции. С этой целью мы подводили ингибитор синтеза РНК актиномицин Д к нейронам во время выработки сенситизации или через 30 мин после ее окончания.
МЕТОДИКА
Опыты проводили на виноградных улитках Helix lucorum. Полуинтактный препарат улиток приготавливали по ранее описанной методике [1, 9].
Перед операцией животное анестезировали охлаждением в смеси воды со льдом в течение 30-40 мин. У улиток удаляли раковину и рассекали по средней линии переднюю часть ноги, за исключением ее головного конца. Затем улитку помещали в ванночку, заполненную парафином, и фиксировали вокруг окологлоточного комплекса ганглиев (ЦНС) силиконовое кольцо объемом 200 мкл. В кольцо постоянно поступал физиологический раствор со скоростью 500 мкл/мин, который имел следующий состав (мМ): 100 NaCl, 4 KCl, 7 CaCl2, 5 MgCl2, 10 трис-HCl, pH 7.6.
Отведение биоэлектрической активности командного нейрона оборонительного поведения ЛПл1 [2] осуществляли стандартными методами [1, 9] с помощью стеклянных микроэлектродов, заполненных смесью 2 М раствора цитрата калия и 2М KCl в соотн
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.