ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2007, том 57, № 2, с. 205-209
ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
УДК 616.089.843:611.8
ВОВЛЕЧЕНИЕ НЕЙРОПЕПТИДНЫХ МЕХАНИЗМОВ В ПРОЦЕСС ИНТЕГРАЦИИ ГЕТЕРОТОПИЧЕСКИХ ТРАНСПЛАНТАТОВ ЗУБЧАТОЙ ФАСЦИИ С МОЗГОМ РЕЦИПИЕНТА
© 2007 г. 3. Н. Журавлева1, А. А. Ермаков1, Г. И. Журавлев2
1Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 2Институт биофизики клетки РАН, Пущино, e-mail: zhuravleva@iteb.ru Поступила в редакцию 04.09.2006 г.
Принята в печать 09.11.2006 г.
Эмбриональную зубчатую фасцию трансплантировали в соматосенсорную область неокортек-са взрослых крыс. Через 9 мес. произвели ультраструктурный и морфометрический анализ гигантских синапсов, образованных гранулярными нейронами трансплантатов с несвойственными им нейронными мишенями в мозге реципиента. По сравнению с интактными синаптически-ми окончаниями контрольного гиппокампа в них были обнаружены различия в количестве и распределении больших синаптических везикул с электронно-плотным центром, хранящих нейропептидные ко-трансмиттеры. Доля пептидергических пузырьков (от общего везикулярного пула) в эктопических гигантских синапсах составляла 5.8 ± 0.6%, в то время как в контроле - только 3.3 ± 0.6%. Скопления больших плотных везикул около активных зон аберрантных связей наблюдались почти в 7.9 раз чаще, чем в норме. Эти результаты доказывают, что нейропептидные медиаторы являются критичными для поддержания синаптических связей между гетеротопическими трансплантатами зубчатой фасции и мозгом реципиента.
Ключевые слова: гетеротопическая нейротрансплантация, интеграция, зубчатая фасция, гигантские синапсы, большие везикулы с электронно-плотным центром, нейропептидные ко-трансмиттеры.
Involvement of Neuropeptide Mechanisms in the Integration of Heterotopic Dentate Fascia Grafts and Recipient Brain
Z. N. Zhuravleva, A. A. Ermakov, G. I. Zhuravlev
Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences; Institute of Cell Biophysics,
Russian Academy of Sciences, Pushchino, e-mail: zhuravleva@iteb.ru
Embryonic dentate fascia was grafted into the somatosensory neocortex of adult rats. Nine months post-grafting, the ultrastructural and morphometric analysis of the giant synapses established between the grafted granular neurons and inappropriate targets in the recipient brain was performed. As compared to the intact synaptic endings in the control hippocampus, differences were found in both the number and distribution of large dense-core synaptic vesicles, which store the neuropeptide co-transmitters. The peptidergic vesicle proportion (of total vesicle pool) within the ectopic giant synapses was 5.8 ± 0.6% (versus 3.3 ± 0.6% in the control). Clusters of large dense-core vesicles near the active zones of aberrant connections were observed almost 7.9 times more frequently than that of normal contacts. These data provide evidence that neuropeptide transmitters are critical for the maintenance of synaptic connections between the heterotopic dentate grafts and host brain.
Key words: heterotopic neurotransplantation, integration, dentate fascia, giant synapses, large dense-core vesicles, neuropeptide co-transmitters.
Необходимым условием включения нейро-трансплантатов в интегративную деятельность мозга реципиента является установле-
ние между ними функциональных синаптических связей. Ранее мы показали, что при гетеротопической трансплантации зубчатой
фасции гиппокампа аксоны гранулярных нейронов (мшистые волокна) трансплантатов формируют синапсы с несвойственными им в норме клеточными мишенями в неокортексе крыс [1]. Такие аберрантные контакты воспроизводили ультраструктурные особенности гигантских синапсов интактного гиппокампа, в том числе и характерный набор синаптиче-ских везикул: преимущественно малые светлые пузырьки с примесью больших электронно-плотных пузырьков [1, 2, 18]. Нейромедиа-торный состав гигантских синапсов хорошо известен. Основным трансмиттером в них является глутамат, содержащийся в малых светлых везикулах. Большие электронно-плотные пузырьки в синапсах мшистых волокон гиппо-камповой формации хранят нейропептидные ко-трансмиттеры, главным образом динор-фин и энкефалин [8, 12, 14]. Известно, что уровень экспрессии нейропептидов изменяется в процессе развития нейронных структур, а также зависит от их функционального состояния [4, 9, 10, 15]. Значение пептидергической трансмиссии в реорганизации нейронных сетей при регенерации мозга и, в частности, при трансплантации не изучено. Целью настоящей работы было выяснение роли нейропептидных ко-трансмиттеров в организации функциональных контактов между нейронами гетеротопиче-ских трансплантатов зубчатой фасции и нейронами соматосенсорной области неокортекса реципиента. Для этого был проведен сравнительный ультраструктурный анализ электронно-плотных везикул, содержащих нейропепти-ды, в гигантских синаптических окончаниях мшистых волокон в условиях трансплантации и в контрольном гиппокампе.
МЕТОДИКА
Опыты проведены на крысах линии Ви-стар, содержавшихся в стандартных условиях вивария ИТЭБ РАН. В качестве донорского материала использовали закладку зубчатой фасции гиппокампа 20-дневных плодов. Трансплантацию производили крысам самцам (возраст 3 мес.; п = 5) той же породы в соматосен-сорную область неокортекса (АР = +2.0; Ь = = 5.5). Все процедуры проводили под нембута-ловым наркозом (40 мг/кг, внутрибрюшинно) и местной новокаиновой анестезией. Через 9 мес. после операции животных перфузиро-вали раствором глутарового альдегида, выделяли область неокортекса с трансплантатом и гиппокамп из другого полушария мозга для
контроля. Далее материал дофиксировали че-тырехокисью осмия и обрабатывали для электронной микроскопии [1, 18]. Для количественного анализа использовали по 100 случайно выбранных микроизображений гигантских синапсов, имеющих диаметр сечения не менее 3-4 мкм, от экспериментальных и контрольных образцов. В каждом профиле подсчитывали число малых светлых синаптических пузырьков и больших электронно-плотных везикул. Кроме того, определяли число синаптических активных зон, в области которых концентрировались пептидергические везикулы, и без таковых. Пептид-положительными активными зонами считали те из них, в которых присутствовало не менее двух пептидных гранул. Полученные результаты выражали в процентах. Достоверность различий определяли по критерию Стьюдента.
Эксперименты проведены в соответствии с рекомендациями по этике работы с животными, изложенными в Директивах Европейского Сообщества (86/609/ЕС) и одобренными этическим комитетом ИТЭБ РАН.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Трансплантаты были обнаружены у всех оперированных животных. Они в основном содержали характерные для зубчатой фасции гранулярные нейроны (клетки-зерна). Электронная микроскопия показала, что все нейроны имели хорошо дифференцированные дендритные и аксонные отростки, активно вступающие в синаптические взаимодействия друг с другом. Между трансплантатами и мозгом животных-реципиентов происходило взаимное проникновение нервных и глиальных отростков, среди которых идентифицировались тонкие (около 0.1 мкм в диаметре) немиелинизиро-ванные аксоны (мшистые волокна) гранулярных клеток зубчатой фасции. Прилежащий к трансплантату неокортекс реципиента был исследован на глубину до 500 мкм. Синаптические окончания мшистых волокон идентифицировали по известным ультраструктурным признакам: большие размеры пресинаптиче-ской терминали (до 3-5 мкм), интратерми-нальный способ формирования множественных синаптических активных зон с дендритными шипиками и протяженные адгезивные соединения со стволом дендрита [1, 7]. Их пре-синаптические компартменты были заполнены массой малых (30-40 нм) светлых синаптических пузырьков и относительно небольшим
Множественные синаптические контакты гигантских окончаний мшистых волокон (активные зоны указаны толстыми короткими стрелками). А - в контрольном гиппокампе; контакты с разветвленным дендритным шипиком пирамидного нейрона поля CA3. Б - после интракортикальной трансплантации зубчатой фасции; контакты с дендритным шипиком нейрона соматосенсорной области реципиента. Д -апикальный дендрит пирамидного нейрона гиппокампа; дш - головки разветвленных дендритных ши-пиков. Некоторые большие электронно-плотные синаптические пузырьки, хранящие нейропептиды, указаны тонкими стрелками. Масштаб 0.5 мкм.
Multiple synaptic contacts of the mossy fiber giant endings (the active zones are indicated by thick short arrows). A - in the control hippocampus; the contacts with the branched dendritic spine of the CA3 pyramidal neuron. Б -after intracortical dentate fascia transplantation; the contacts with the dendritic spine of the host somatosensory neuron. Д - apical dendrite of the hippocampal pyramidal neuron; дш - heads of the branched dendritic spines. Some large dense-core synaptic vesicles, storing neuropeptides, are indicated by thin arrows. Bar 0.5 mkm.
rt^wr
A
I* J » »Jr
Б
Б
числом больших (80-120 нм) электронно-плотных везикул, которые, как известно, хранят нейропептидные ко-трансмиттеры. Активные зоны определялись по плотным скоплениям синаптических везикул и выраженным пост-синаптическим уплотнениям (рисунок, А, Б). При сравнении распределения больших гранулярных везикул в экспериментальном материале и контрольном гиппокампе выявились значительные различия. В норме они обычно были распределены равномерно по синапто-плазме. Некоторые гранулы находились около плазматической мембраны, но вдали от активных зон, что указывало на экстрасинаптиче-ское освобождение их секрета. Синаптические контакты, около которых наблюдалось более
1-2 пептидных гранул, в контроле были достаточно редки (рисунок, А). В отличие от нормы синаптические окончания аберрантных мшистых волокон, обнаруженные в соматосенсорной области неокортекса реципиента, содержали значительно больше гранулярных везикул. При этом они имели тенденцию концентрироваться около синаптических контактов (рисунок, Б). Возле некоторых активных зон наблюдались скопления до 10-15 гранул.
При
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.