НЕЙРОХИМИЯ, 2010, том 27, № 1, с. 31-35
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ^^^^^^^^^^^^ РАБОТЫ
УДК 612.82.:586.682.135.398
ВЛИЯНИЕ L-ДОФА НА АКТИВНОСТЬ ГЛУТАМАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ В НЕЙРОНАХ МОЗГА КРЫС С РАЗЛИЧНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ
АКТИВНОСТЬЮ
© 2010 г. А. В. Сергутина
Научный центр неврологии РАМН, Москва
Исследовали мозг крыс Вистар (устойчивые к стрессу) и Август (предрасположенные к стрессу) в норме и после длительного введения Ь-ДОФА. В сенсомоторной коре (слои III и V), хвостатом ядре, прилежащем ядре, гиппокампе (поле СА 3) гистохимически выявляли активность глутаматдегидрогеназы (ГДГ). В норме активность ГДГ количественно различается в структурах мозга крыс Вистар и Август в зависимости от высокой или низкой локомоции этих животных в "открытом поле". Сравнение крыс Август и Вистар выявило более высокий уровень ГДГ в слое V сенсомоторной коры, хвостатом ядре, но более низкий уровень ГДГ в гиппокампе крыс Август с низкой локомоцией, чем у крыс Вистар с высокой ло-комоцией. Введение Ь-ДОФА вызывало увеличение активности ГДГ в сенсомоторной коре, хвостатом ядре и прилежащем ядре мозга крыс Вистар с высокой локомоцией в "открытом поле". У крыс Вистар с низкой локомоцией введение Ь-ДОФА сопровождалось увеличением активности ГДГ в гиппокампе, но ее снижением в хвостатом ядре и прилежащем ядре мозга. У крыс Август с низкой локомоцией введение Ь-ДОФА вызывало увеличение активности ГДГ в хвостатом ядре и прилежащем ядре и ее снижение в слое V сенсомоторной коры мозга. Обсуждаются локальные особенности активности ГДГ в мозге крыс в норме и при гиперфункции дофаминергической системы.
Ключевые слова: глутаматдегидрогеназа, цитохимия нейронов, стресс, поведение в "открытом поле".
Не так давно функциональное взаимодействие сенсорных и моторных структур мозга млекопитающих было представлено как гипотеза о сенсомо-торном балансе. Были рассмотрены возможные, но не обязательные формы вовлечения структур в ин-тегративную деятельность мозга и показаны структурно-функциональные основы формирования опережающих реакций организма [1]. Однако мор-фохимические основы пластичности образований мозга, ответственных за формирование и реализацию целенаправленного поведения животных, оказались недостаточно разработанными.
Активность глутаматдегидрогеназы (ГДГ), фермента обмена глутаминовой кислоты, относится к показателям клеточного метаболизма, которые, по-видимому, можно рассматривать как маркеры пластичности. Так, роль глутамата или Ь-глутаминовой кислоты, субстрата катализируемой ГДГ реакции, широко обсуждается в метаболической, биоэнергетической и нервной регуляции мозга [2]. Реакция образования глутамата является одной из центральных реакций в метаболизме аминокислот, поскольку глутамат служит донором аминогрупп при их биосинтезе в реакциях трансаминирования. Образование глутамата под воздействием ГДГ является первой стадией образования у-аминомасляной кислоты (ГАМК), тормозного нейромедиатора цен-
* Адресат для корреспонденции: 105064 Москва, пер. Обуха, д. 5; e-mail: skif1306@mail.ru
тральной нервной системы, который образуется через вторую стадию в ГАМК-шунте [3]. Окислительное дезаминирование глутамата с помощью ГДГ является одним из звеньев образования и распада аминокислот, участвующих в биосинтезе белков.
Глутамат является возбуждающим нейромедиа-тором и агонистом различных функциональных типов глутаматных рецепторов [4] и участвует в процессах внутриклеточной регуляции ЦНС. Первый путь внутриклеточной регуляции происходит через активацию Са2+-проводящего хемоуправляемого канала — ММОА-рецептор, а второй путь через активацию системы вторичных мессенджеров — глу-таматергические метаботропные рецепторы. При накоплении глутамата в синаптической щели при адаптивных и патологических процессах мозга индуцируется большое количество Са2+, которое оказывает на клетку цитотоксическое действие.
Роль глутаматной нейромедиаторной системы учитывается в локальных и системных процессах мозга. При этом установлена связь между глутама-тергической и дофаминергической системами мозга. Так, показано, что глутамат оказывает ингибиру-ющее действие на высвобождение дофамина [5].
Избыточную секрецию нейромедиаторов, в первую очередь глутамата и гомоцистеина, и нарушение регуляции глутаматергической синаптиче-ской передачи, которые приводят к накоплению Са2+, в конечном итоге вызывающего деструктив-
32
СЕРГУТИНА
ные реакции обмена веществ нервных клеток и их гибель, рассматривают в числе основных факторов ишемической патологии центральных нейронов [6].
Задачей настоящей работы являлось исследование активности гистохимически выявляемой ГДГ в структурах мозга (сенсомоторная кора, стриатум и гиппокамп), у типологически различных крыс Август и Вистар в норме и при длительном введении L-ДОФА. Крысы Вистар известны своей устойчивостью к эмоциональному стрессу, тогда как крысы линии Август предрасположены к нему.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В работе использовали половозрелых крыс — самцов Вистар массой 200—220 г и крыс-самцов Август массой 180—200 г, которых содержали в стандартных условиях вивария по 5—6 особей в клетке. Для изучения индивидуальных особенностей крыс их тестировали в "открытом поле" в тихой слабо-освещенной (матовая лампочка 40 Вт на высоте 2.5 м) комнате. В "открытом поле" размером 100 х х 100 см с деревянными бортиками высотой 40 см сторона квадрата имела 20 см. Локомоцию (пересечение квадратов крысами) визуально фиксировали в течение 5 мин. Выбор животных по показателям локомоции осуществляли условно. Отбирали животных с высокой и низкой локомоцией так, чтобы при сравнении уровень двигательной активности различался у них примерно вдвое и более. Животных со средними показателями двигательной активности в эксперименте не использовали.
У крыс Вистар исследовали группу из 25 животных с двигательной активностью более 140 пересечений квадратов (высокая локомоция) и группу из 25 животных с двигательной активностью менее 70 пересечений квадратов (низкая локомоция). Крысы Август в "открытом поле" обладали меньшей подвижностью, чем крысы Вистар. Индивидуальные особенности у крыс Август изучали в группе из 15 животных с двигательной активностью более 120 пересечений квадратов (высокая локомоция) и группе из 10 животных с двигательной активностью менее 70 пересечений квадратов (низкая локомоция).
Для исследования влияния L-ДОФА экспериментальным животным в течение 2 недель вводили Мадопар-125 (Roche, Швейцария), который включает на 100 мг L-ДОФА 25 мг ингибитора его периферического расщепления бенсеразида. Использовали Мадопар-125 в дозе 25.5 мг/кг массы тела ежесуточно, что соответствует действию L-ДОФА в дозе 50 мкг/кг массы тела. Мадопар-125 разводили в дистиллированной воде из расчета 25.5 мг препарата на 2 мл воды и применяли свежеприготовленную суспензию в виде внутрибрюшинной инъекции.
Влияние L-ДОФА изучали у крыс Вистар с высокой локомоцией и низкой локомоцией и крыс Август с низкой локомоцией. Каждая из этих групп
имела свой собственный контроль. Контрольным животным вводили физиологический раствор.
Декапитацию крыс проводили под легким эфирным наркозом. Мозг замораживали при температуре —8°С в микротоме Cryo-Cat (США) в течение 10— 15 мин и затем изготовляли срезы (толщина 20 мкм) сенсомоторной коры, хвостатого ядра, прилежащего ядра и гиппокампа мозга. Типологические и индивидуальные группы животных в норме сравнивали, размещая срезы их мозга либо на одном и том же предметном стекле, либо на разных предметных стеклах, но в одной и той же серии эксперимента. Срезы мозга контрольных и опытных животных размещали на одном и том же предметном стекле.
В срезах мозга тетразолиевым методом [7], используя NAD+, глутамат натрия и нитросиний тет-разолий (все "Sigma"), выявляли активность ГДГ в цитоплазме и отростках нервных клеток в виде гранул диформазана синего цвета. Количественную оценку активности фермента осуществляли на микроскопе ЛЮМАМ- И 3 (ЛОМО, Россия) при длине волны 589 нм, используя зонд диаметром 2.5 мкм. Измеряли по 150 нейронов исследуемых структур мозга (слои III и V сенсомоторной коры, хвостатое ядро, прилежащее ядро, поле СА 3 гиппокампа) в каждой подгруппе крыс. По полученным экспериментальным данным для оценки значимости различий между группами был проведен однофакторный дисперсионный анализ (One-way ANOVA) с использованием пакета программ Statistica.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Показано, что в норме у крыс Вистар с низкой и высокой локомоцией активность ГДГ в нейронах слоя III сенсомоторной коры сходная в обеих сериях исследования. В нейронах слоя V сенсомоторной коры и хвостатого ядра она значимо преобладает у крыс с низкой локомоцией в одной из исследованных серий, а в другой — сходная у животных с высокой и низкой локомоцией. В нейронах прилежащего ядра она значимо выше у крыс с низкой локомоцией по сравнению с крысами, обладающими высокой локомоцией в "открытом поле", в обеих сериях исследований. В нейронах гиппокампа (поле СА 3) активность ГДГ, наоборот, значимо ниже у крыс с низкой локомоцией по сравнению с животными с высокой локомоцией, но лишь в одной серии исследований (табл. 1).
У крыс линии Август в норме активность ГДГ преобладает во всех исследованных структурах мозга у животных с низкой локомоцией по сравнению с животными, обладающими высокой локомоцией (табл. 1).
При сравнении активности ГДГ у типологически различных крыс Вистар и Август выявлено, что у этих животных она сходная в нейронах слоя III сенсомоторной коры, а в нейронах слоя V сенсомо-торной коры и хвостатого ядра значимо выше у крыс Август по сравнению с крысами Вистар. В
ВЛИЯНИЕ L-ДОФА НА АКТИВНОСТЬ ГЛУТАМАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ
33
Таблица 1. Сравнение активности глутаматдегидрогеназы в ЦНС крыс Вистар и Август с высокой и низкой локомоцией (ВЛ и НЛ, соответственно) в норме (M ± SEM)
Серии, крысы Вистар-I Вистар-II Август
Подгруппы крыс ВЛ-I НЛ-I ВЛ-II НЛ-II ВЛ НЛ
Слой III коры 0.894 ± 0.009 0.893 ± 0.009 0.759 ± 0.005 0.775 ± 0.005 0.448 ± 0.003 0.554 ± 0.005
99.9% 102% 123.7%*
Слой V коры 0.970 ± 0.010 1.137 ± 0.010 0.954 ± 0.007 0.986 ± 0.00
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.