ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2007, том 57, № 2, с. 229-236
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ ^^^^^^^^ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
УДК 612.821.6
ВЛИЯНИЕ Р-АМИЛОИДА (25-35) НА ОБУЧЕНИЕ У ВИНОГРАДНОЙ УЛИТКИ
© 2007 г. Т. А. Коршунова, Е. И. Самарова, Н. И. Браваренко, П. М. Балабан
Лаборатория клеточной нейробиологии обучения Института высшей нервной деятельности и
нейрофизиологии РАН, Москва, е-таН: balaban@ihna.msk.ru Поступила в редакцию 12.10.2006 г. Принята в печать 09.11.2006 г.
Исследовано влияние нейротоксичного фрагмента Р-амилоида (25-35) на процесс формирования поведенческой сенситизации и условного оборонительного рефлекса на пищу. Показано, что введение Р-амилоида (25-35) виноградным улиткам до начала обучения приводит к достоверному снижению величины сенситизации оборонительной реакции, ослаблению процесса формирования условного оборонительного рефлекса на пищу и нарушениям памяти у виноградной улитки. Механизмом наблюдаемых нарушений поведенческой пластичности могут служить показанные ранее изменения синаптической пластичности при воздействии Р-амилоида.
Ключевые слова: болезнь Альцгеймера, бета-амилоидный пептид (25-35), виноградная улитка, обучение, память.
Beta-Amyloid Peptide Influences Behavioral Plasticity in Terrestrial Snail
T. A. Korshunova, E. I. Samarova, N. I. Bravarenko, P. M. Balaban
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow,
e-mail: balaban@ihna.msk.ru
Influence of neurotoxic fragment of P-amyloid peptide (25-35) on Helix lucorum behavioral plasticity (sensitization and food-aversion learning) was investigated. After P-amyloid peptide (25-35) injection a significant reduction of behavioral long-term sensitization was observed. It was found, that P-amyloid peptide (25-35) may interfere with associative learning and memory. Our results clearly demonstrate that P-amyloid peptide (25-35) may play a significant role in behavioral plasticity by chronically eliminating certain underlying forms of synaptic plasticity.
Key words: Alzheimer's disease, amyloid-beta peptide (25-35), snail Helix lucorum, learning, memory.
Болезнь Альцгеймера - заболевание, сопровождающееся дегенеративными процессами в нервных клетках, приводящими к нарастающим нарушениям когнитивных функций и памяти. При болезни Альцгеймера наблюдается накапливание избыточного количества белка в-амилоида (Ав) в виде внеклеточных сенильных бляшек, нарушение межнейронных взаимодействий и гибель нервных клеток [18]. Токсичность Ав считают одной их главных причин нарушений, наблюдающихся при болезни Альцгеймера [7, 15, 18]. Эксперименты, проводимые с синтетическим аналогом Ав на животных, показывают патологическое влияние Ав на процессы обучения и памяти.
Способность влиять на когнитивные процессы характерна не только для полноразмерного пептида, но и для некоторых фрагментов Ав, в частности для ундекапептида Ав(25-35). Считают, что этот пептид является функциональным доменом Ав, ответственным за его нейро-токсические свойства [3, 16, 19, 23]. Так, показано, что введение Ав(25-35) приводит у мышей к возникновению амнезии, у крыс - к нарушениям пространственной рабочей памяти при тестировании в Y-образном, радиальном и водном лабиринтах и ухудшению выработки реакции пассивного избегания [2-4, 10, 13, 19, 22].
Ранее в исследованиях на изолированной нервной системе виноградной улитки было об-
наружено, что добавление Aß(25-35) в омывающий изолированную нервную систему раствор достоверно снижает величину долговременной сенситизации синаптических ответов командных нейронов оборонительного поведения. Кроме того, на небольшом статистическом материале была показана возможность влияния Äß(25-35) на характеристики пластичности поведенческих реакций [17]. Поскольку сенситизация синаптических входов может служить механизмом поведенческой сенситизации у улитки [5], в настоящей работе мы детально исследовали влияние этого ней-ротоксического пептида на выработку поведенческой сенситизации и условного оборонительного рефлекса (УР) на пищу у виноградной улитки.
МЕТОДИКА
В эксперимент брали интактных половозрелых, активно ползающих улиток Helix lucorum. Сенситизацию и оборонительный условный рефлекс на пищу вырабатывали у двух разных групп улиток по стандартной методике [1, 5] на специальной установке, позволяющей животным свободно передвигаться.
В ходе выработки долговременной поведенческой сенситизации после предварительного тестирования (Т), заключающегося в тактильной стимуляции средней интенсивности (20-40 г/мм2; длительность 0.2 с) кожи ноги улитки позади омматофора (3-5 раз), производилось электрическое раздражение средней области ноги (9 мА; 9 Гц; 0.5 с). Последующие тестирующие тактильные стимуляции проводились через 1 ч (Т1) и через 2 ч (Т2) после электрического воздействия (рис. 1, Ä). Оценивали амплитуду втягивания омматофора (ипсилатерального по отношению к точке приложения тактильного стимула) в качестве поведенческого ответа на тактильную стимуляцию. Величину втягивания оценивали визуально в процентах от максимально возможного втягивания (с точностью 10%) с применением метода двойного слепого контроля. Улитки были разделены на три группы. Животным первой группы (контрольной) за 24 ч до начала выработки сенситизации вводили физиологический раствор (n = 7). Двум другим группам (экспериментальным) вводили ß-амилоид (2535) ("Sigma", USA) в концентрации 10-4М объемом 0.2 мл. Амилоид разводили на физиологическом растворе. Введения проводили подкожно с таким расчетом, чтобы раствор по-
ступал к нервной системе улитки. Выработку сенситизации у животных второй группы (п = = 6) проводили через 24 ч после введения амилоида, а у животных третьей группы (п = 7) через 72 ч.
Оборонительный условный рефлекс на пищу вырабатывали у голодных улиток по следующей схеме (рис. 2, А). В процессе предварительного тестирования (Т) интактным улиткам последовательно, с интервалом не менее 20 мин, предлагали кусочки моркови и капусты; при этом экспериментатором измерялся временной период от момента предъявления пищи до первого жевательного движения. Улиткам экспериментальной группы за 24 ч до начала обучения вводили Ав(25-35) в концентрации 10-4М, объемом 0.2 мл, а улиткам контрольной группы - физиологический раствор в том же объеме. Введение Ав(25-35) и физиологического раствора (в той же концентрации) повторяли через 3 дня. В процессе обучения животные получали разряд тока в момент откусывания моркови. Если в течение 120 с улитка не касалась моркови, то данное предъявление пищи прекращалось без подкрепления и в протокол заносилось данное значение латентности. Величина тока подбиралась индивидуально (1-3 мА). Одновременно с выработкой УР на морковь улиткам обеих групп давались несочетанные (без удара током) предъявления капусты в качестве дифференцировочных стимулов. После окончания обучения с использованием двойного слепого контроля проводили три тестирования: через 1 день после окончания обучения (Т1), через 5 (Т2) и через 14 дней (Т3), в ходе которых улиткам последовательно предлагали кусочки моркови (без сопровождения ударом тока, даже если улитка делала попытку откусить) и кусочки капусты. Как и в ходе обучения, в течение 120 с регистрировали временной период от момента предъявления пищи до первого жевательного движения. Для оценки статистической значимости различий использовали метод Манна - Уитни.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Тестирование перед нанесением сенситизи-рующего электрического раздражения не выявило достоверных различий между амплитудой втягивания омматофоров у контрольной группы (19.0 ± 3.4%) и у животных, которым вводили Ар(25-35) за 24 ч (15.0 ± 1.7%) и за 72 ч (27.6 ± 3.8%) до начала эксперименталь-
Электрическое Т раздражение
Т1
Т2
А
Время
/
♦
/ / * f f t
ft
ft
удар током Т, Т1, Т2-тестирование О перерыв 1 ч
Б
% 100
80 60 40 20 0
■ Контроль □ AP 24 ч AP 72 ч
i
I
I
I
Т Т1 Т2
До электрического 1ч после 2 ч после
раздражения электрического электрического раздражения раздражения
Рис. 1. Выработка поведенческой сенситизации. А - протокол эксперимента для выработки сенситиза-ции оборонительной реакции улитки. Б - величина сокращения омматофоров у контрольных улиток (n =7), у улиток, которым был введен АР(25-35) за 24 ч (n = 6) и за 72 ч (n = 7) до выработки сенситизации. Тестирования до (обозначена T на графике), через 1 (T1) и 2 ч (T2) после сенситизирующего электрического раздражения. По оси ординат - величина сокращения омматофора, % от длины максимально вытянутого щупальца. * -p < 0.05, ** -p < 0.01, *** -p < 0.001 (пояснения в тексте). Fig. 1. Behavioral sensitization. A - protocol of behavioral sensitization experiments. Б - tentacle withdrawal in control snails (n =7) and АР(25-35) injected snails 24h (n = 6 ) and 72h (n = 7) before the sensitization session. Testing before electric shocks (T), and 1 (T1) and 2 hours (T2) after electric shocks. Y axis - amplitude of tentacle withdrawal, % of maximal length. * -p < 0.05, ** -p < 0.01, *** -p < 0.001.
ной сессии. Однако при тестирующих тактильных воздействиях, проведенных через 1 ч (Т1) и через 2 ч (Т2) после нанесения электрического раздражения, были найдены достоверные различия (р < 0.001) в амплитуде втягивания омматофоров между контрольными животными и животными экспериментальных групп. Так, амплитуда втягивания щупальца (выраженная в процентах от максимальной величины) через 1 ч (Т1) после нанесения электрического раздражения у контрольных животных была достоверно (р < 0.001) больше начальной (Т) и составляла 88.0 ± 3.8%. У животных, получивших АР(25-35) за 24 ч до начала экспериментальной сессии, процедура сенситизации также вызывала достоверное
увеличение амплитуды ответов (с 15.0 ± 1.7% до 37.2 ± 6.6%,р < 0.01), однако такое увеличение ответов было существенно (р < 0.001) меньшим, чем у контрольных животных. У животных, получивших Ав(25-35) за 72 ч до начала экспериментальной сессии после процедуры сенситизации, наблюдалась тенденция к увеличению амплитуды ответов (р < 0.05), однако эт
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.