Дзебан Дмитрий Александрович Поиск признаков длительной потенциации в естественной модификации

На правах рукописи
Дзебан Дмитрий Александрович
Поиск признаков длительной потенциации в естественной модификации
функции Маутнеровских нейронов золотой рыбки
03.00.02 – биофизика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Пущино 2004
Работа выполнена в лаборатории ультраструктуры нейрона
Института Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН, г.Пущино
Научный руководитель:
доктор биологических наук, профессор
Д.А. Мошков
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук
В.И. Архипов
заслуженный деятель науки РФ, доктор
биологических наук, профессор
Н.С. Косицин
Ведущая организация:
Институт Биофизики Клетки РАН
Защита состоится «__» _______ 2004 г. в __ часов __ минут на заседании
Диссертационного совета Д 002.093.01 в Институте Теоретической и
Экспериментальной Биофизики РАН по адресу: 142290, г. Пущино,
Московской обл., ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТЭБ РАН по адресу:
142290, г. Пущино, Московской обл., ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН.
Автореферат разослан «__»________ 2004 г.
Ученый секретарь Диссертационного совета,
кандидат физико – математических наук
Н.Ф. Ланина
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования:
Длительная потенциация (ДП), модельная форма синаптической памяти,
тесно связана с адаптацией нервной системы к воздействию внешней среды
(Wickens, 1988; Calvarley, Jones, 1990; Stevens, 1996). Возможно, ДП является
физиологической основой для определенных видов естественной адаптации,
обучения и памяти (Stevens, 1998). Возлагались определенные надежды на то,
что ее всестороннее исследование объяснит, как осуществляется обучение и
запоминание в нейронах на функциональном, структурном и молекулярном
уровнях. Вместе с тем, со времени открытия ДП (Брагин, Виноградова, 1973;
Bliss, Lomo, 1973), несмотря на многочисленные данные о ее механизмах,
участие ДП в памяти до сих пор остается неясным. Вовлечение модельных
форм памяти, чаще всего ДП и длительной депрессии (ДД), в формирование
естественной памяти пытаются выявить, используя преимущественно
различные физиологические и фармакологические подходы (Baudry, 2000;
Абрамцев, 2000; Большаков, 2001). Пока к особому успеху это не привело.
Морфофункциональные исследования взаимоотношения модельных и
естественных форм памяти на системном уровне или на целостном мозге и его
крупных отделах тоже оказались непродуктивными (Bailey, 1999; Thomson,
2000). Это связано с чрезвычайной сложностью организации нервных центров,
в которых их изучают, и невозможностью точно определить вклад функции
этих центров в естественное поведение. По нашему мнению, адекватным
объектом для этих целей могут служить Маутнеровские нейроны (МН) золотой
рыбки, имеющие определенную и легко регистрируемую экспериментально
изменяемую функцию, проявляемую в специфическом поведении. В них
удалось обнаружить различные виды естественной и искусственной
(модельной) пластичности: модификацию поведения, обусловленную
изменениями функционального состояния МН, ДП и ДД смешанных синапсов,
адаптацию (депрессию) химических синапсов (Мошков, 1985; Yang, Faber,
1990; Yang et. al., 1991; Павлик, 1997, 1999; Moshkov et. al., 1998; Oda et. al.,
1998; Faure, 2000). Остается непонятной роль элементов синапсов, вовлекаемых
в повышение проводимости при ДП. Неизвестно, вовлекается ли ДП в
адаптацию, естественную модификацию функции МН. Для понимания роли
различных синаптических структур в регуляции функционирования мозга
необходимы сравнительные морфофункциональные исследования механизмов
ДП и естественной адаптации.
Цель и задачи исследования:
Целью работы было определить специфические ультраструктурные признаки
посттетанической (модельной) ДП в смешанных синапсах МН, а затем
исследовать, не обнаруживаются ли они в этих синапсах при естественно
выработанной модификации функции, проявляемой в свободном поведении
рыбок.
Были поставлены следующие задачи:
1. Изучить ультраструктуру МН золотой рыбки в двух функциональных
состояниях: ДП электротонического ответа (модельной формы памяти) и
адаптации (естественной формы памяти).
2. Выявить похожие структурные изменения в афферентных смешанных
синапсах.
качественный
и
количественный
3. Произвести
сравнительный
ультраструктурный анализ контактов афферентных смешанных синапсов
и других структурных изменений (мостиков).
Научная новизна работы:
Впервые в сравнительном аспекте изучена ультраструктура МН золотой
рыбки в двух функциональных состояниях: ДП электротонического ответа,
модельной формы синаптической памяти, и адаптации, резистенции к
утомлению, естественной формы нейрональной памяти. В обоих случаях в
щели десмосомоподобных контактов (ДПК) афферентных смешанных синапсов
МН выявлено пропорциональное увеличение числа фибриллярных мостиков.
Показано, что фибриллярные мостики в щели ДПК смешанных синапсов
являются специфическим признаком, отличающим их от ДПК химических
синапсов. Впервые с помощью метки фаллоидин – золото установлено, что
мостики содержат филаментозный (Ф-) актин. При сравнительных
цитохимических исследованиях пироантимонатным методом локализации
ионов кальция в смешанных синапсах адаптированных МН, а также при
аппликации блокатора или активатора проницаемости щелевых контактов
(ЩК) впервые показано, что ЩК при адаптации оказываются
заблокированными, индикатором чего было заполнение щели ЩК плотными
преципитатами, отсутствующими в контроле и при усилении проводимости. В
то же время мостики в щели ДПК интенсивно декорировались преципитатом.
Это указывало на вероятность функционирования мостиков в этих условиях как
своеобразных катионных транссинаптических шунтов. Обнаружение
структурного
признака
ДП,
имеющего,
по-видимому,
такие
же
функциональные последствия и в смешанных синапсах адаптированных МН,
дает основание предположить, что ДП, модельная форма пластичности, может
быть естественным свойством нервной системы.