ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2009, том 425, № 1, с. 123-125
= ФИЗИОЛОГИЯ =
УДК 591.18:612.825:612.273:591.3
ИЗМЕНЕНИЕ АДАПТИВНЫХ МЕХАНИЗМОВ МОЗГА В ОНТОГЕНЕЗЕ КРЫС, ПЕРЕНЕСШИХ ПРЕНАТАЛЬНУЮ ГИПОКСИЮ
© 2009 г. И. А. Журавин, Н. Л. Туманова, Д. С. Васильев
Представлено академиком В.Л. Свидерским 14.05.2008 г. Поступило 04.06.2008 г.
На модели острой гипоксии в период эмбриогенеза нами было показано нарушение процесса обучения и памяти в онтогенезе крыс [1]. Эти нарушения могут быть связаны с изменениями структурно-функциональных свойств нейронных сетей кортикальных отделов мозга, главным образом с нейромедиацией или структурными межклеточными взаимодействиями, поскольку количество нервных элементов как в гиппокампе, так и в коре мозга у взрослых крыс, перенесших гипоксию, не отличалось от контроля. Известно, что при нарушении когнитивных функций и изменении метаболизма амилоидного пептида, в частности при развитии деменции и болезни Альцгейме-ра, происходит снижение экспрессии белка преси-наптических терминалей - синаптофизина, а также актинассоциированного белка шипикового аппарата - синаптоподина [2]. Снижение экспрессии синаптоподина может вызывать нарушение формирования цитоскелета лабильных дендритных шипиков и снижение пластичности нейронных сетей [3, 4]. Целью работы явилось сравнительное исследование распределения синаптоподина в коре и гиппокампе мозга в онтогенезе контрольных крыс и крыс, перенесших прена-тальную гипоксию. В результате проведенного иммуногистохимического исследования нами впервые получены данные о снижении количества лабильных синаптоподинпозитивных дендритных шипиков в нейропиле кортикальных отделов мозга крыс после пренатальной гипоксии, что может указывать на изменение адаптивных свойств нейронных сетей и объяснить нарушения в реализации когнитивных функций.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В период нейроногенеза (14-й день беременности) часть самок крыс линии Вистар подвергали действию гипоксии (7%-ный 02, 3 ч). Исследование нервной ткани сенсомоторной коры и поля СА1 гиппокампа потомства контрольных (46) и экспериментальных (52, гипоксия на Е14) крыс проводили на 5-е, 10-е, 20-е, 30-е, 60-е и 90-е сутки постнатального развития. Часть материала фиксировали раствором 10%-ного нейтрального формалина на 0.1 М фосфатном буфере (рН 7.4), затем изготавливали срезы на санном замораживающем микротоме МС-2 или криостате Leica CM 1510S (Leica "Microsystems", Германия). Другую часть материала перфузировали 4%-ным раствором параформальдегида (рН 7.4) для заливки в парафин. При иммуногистохимическом исследовании синаптоподина использовали моноклональ-ные антитела к этому белку ("Sigma", разведение 1 : 1000), выработанные в кролике, визуализацию осуществляли с помощью Су3-конъюгированных моноклональных вторичных антител против IgG кролика ("Sigma", разведение 1 : 500), выработанных в козе.
Для выявления проапоптотических белков использовали антитела к Р53 ("Abcam", разведение 1 : 400), выработанные в мыши, и антитела к кас-пазе-3 ("Abcam", разведение 1 : 500), выработанные в кролике. При нахождении их колокализа-ции использовали FITC-конъюгированные моно-клональные вторичные антитела против IgG мыши ("Sigma") и фикоэритрин-конъюгирован-ные моноклональные вторичные антитела против IgG кролика ("Sigma"). Иммунофлуоресцент-ное исследование выполняли на микроскопе Leica DMR, оборудованном конфокальным сканером Leica TCS Sl (Leica "Microsystems", Германия). Количественные характеристики структуры нервной ткани, окрашенной по методу Ниссля, анализировали с использованием программы анализа изображений "ВидеоТест-Мастер-Морфология" (ООО "ВидеоТест", СПб, Россия).
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова
Российской Академии наук, Санкт-Петербург
124
200
м
SS 150
ч м о
4
5 100
tr
«
0 К
1 50
О
(а)
10
о м и
о ч о
н
«
о к и
о
а
140
120
100 80
60 ~ Л / / / /
40 / S / / рг/
20
0 1
20 30 (в)
ЖУРАВИН и др.
л % а,« 160
140 120 100 80 60 40 20 0
60 90
10
20
30
90
День
(б)
10
160 140 120 100 80 60 40 20 0
20 30 (г)
60 90
10
20 30 День
90
Рис. 1. Средняя плотность расположения клеток (а, б) и синаптоподинпозитивных дендритных шипиков (в, г) в нервной ткани новой коры (а, в) и поля СА1 гиппокампа (б, г) в постнатальном онтогенезе контрольных крыс (1) и крыс, перенесших гипоксию на Е14 (2); звездочками отмечены статистически значимые различия (р < 0.05).
0
5
5
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
У животных, перенесших гипоксию на Е14, наблюдали дегенерирующие пирамидные нейроны (набухание тела клетки и отростков, неокрашенные области цитоплазмы) во II, III и V слоях новой коры, а также в stratum pyramidale поля СА1 гиппокампа. В цитоплазме таких нейронов отмечали колокализацию проапоптотических белков Р53 и каспаза-3, что может свидетельствовать о гибели по механизму каспаззависимого апоптоза. В обоих отделах происходило снижение общей плотности расположения клеток на 20-е сутки постнатального онтогенеза (рис. 1а, б). Уменьшалось среднее количество пирамидных нейронов во II, III и V слоях новой коры [5], а также в stratum pyramidale поля СА1 гиппокампа. Все эти изменения наблюдались лишь в конце первого месяца постнатального онтогенеза животных, перенесших пренатальное воздействие, и не наблюдались у взрослых.
Иммуногистохимическое исследование белка шипикового аппарата синаптоподина позволило оценить среднее количество синаптоподинпозитивных шипиков в нейропиле коры и гиппокампа. В коре максимальная плотность расположения синаптоподинпозитивных шипиков наблюдалась в молекулярном слое, являющемся важной зоной ассоциативных связей мозга. Наибольшая плотность расположения шипиков в поле СА1 гиппокампа отмечалась в stratum radiatum-moleculare. Начиная с 20-х суток в коре и с 30-х - в гиппокампе постнатального онтогенеза у крыс, перенесших гипоксию, было обнаружено статистически значимое снижение среднего количества синаптоподинпозитивных шипиков в этих слоях (рис. 1в, г). Такое различие сохранялось (и даже увеличивалось) у взрослых животных (60-90-е сутки).
В последнее время актинассоциированный белок шипикового аппарата синаптоподин связывают с обеспечением пластичности нейронных сетей за счет перестройки цитоскелета лабильных
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 425 < 1 2009
ИЗМЕНЕНИЕ АДАПТИВНЫХ МЕХАНИЗМОВ МОЗГА
125
шипиков [3-4]. Можно предположить, что наблюдаемое нами снижение числа лабильных си-наптоподинпозитивных шипиков указывает на изменение пластичности нервной ткани кортикальных отделов мозга. Снижение плотности расположения этих шипиков у животных, перенесших пренатальную гипоксию, начинается на 20-е сутки постнатального развития, когда происходит дегенерация и гибель крупных пирамидных нейронов коры и гиппокампа, апикальные денд-риты которых формируют шипики в молекулярном слое новой коры и в stratum radiatum-molecu-lare гиппокампа.
В постнатальном онтогенезе животных, перенесших пренатальную гипоксию, происходит снижение активности ряда металлопротеиназ (непри-лизина, эндотелинконвертирующих и инсулинде-градирующих ферментов), осуществляющих катаболизм амилоидного пептида [6]. Известно, что снижение содержания синаптоподина и си-наптофизина, а также экспрессии других белков, имеющих пре- и постсинаптическую локализацию, имеет место при нарушении катаболизма амилоидного пептида [2]. Не исключено, что нарушение формирования нейронных сетей кортикальных отделов мозга является одним из общих механизмов функциональных нарушений как в результате деструктивных пренатальных воздействий, так и в случае возникновения различных нейродегенеративных заболеваний в процессе старения [7].
Таким образом, проведенное исследование позволило нам впервые выявить снижение количества лабильных шипиков в высших интегратив-ных зонах головного мозга после пренатальной гипоксии и сделать вывод о том, что причиной когнитивных нарушений и поведения в постнатальном онтогенезе может являться изменение пластичности нейронных сетей в процессе взросления животных.
Работа поддержана РФФИ (проект 06-0448414), программами Президиума РАН "Фундаментальные науки - медицине" и СПБ НЦ РАН.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Журавин И.А., Дубровская Н.М., Туманова Н.Л. // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2003. Т. 89. С. 522-532.
2. Dickey C.A., Loring J.F., Montgomery J. et al. // J. Neuroso!. 2003. V. 23. P. 5219-5226.
3. Deller T., Korte M, Chabanis S. et al. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2003. V. 100. № 18. P. 10494-10499.
4. Asanuma K., Kim K., Oh J. et al. // J. Clin. Invest. 2005. V. 115. P. 1188-1198.
5. Васильев Д.С., Туманова Н.Л, Журавин И.А. // Жури. эволюц. биохимии и физиологии. 2008. Т. 44. № 3. С. 258-266.
6. Nalivaeva N.N., Fisk L., Canet Aviles R.M. et al. // Let. Pept. Sci. 2003. V. 10. P. 455-462.
7. Arendt T. // Progr. Neurobiol. 2003. V. 71. P. 83-248.
ДОКЛАДЫ AKAДEMИИ НАУК том 425 < 1 2009
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.