ВЛИЯНИЕ БЛОКАДЫ СИНТЕЗА БЕЛКА НА КОНСОЛИДАЦИЮ

ВЛИЯНИЕ БЛОКАДЫ СИНТЕЗА БЕЛКА НА КОНСОЛИДАЦИЮ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ
ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ПАМЯТИ,
СОСТОЯНИЕ РРНК И СПЕКТР ЭЭГ ГИППОКАМПА*
Е.А. Муганцева
Институт Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН, ПущГУ
Р.Я. Гордон
Институт Биофизики Клетки РАН
И.Я. Подольский
Институт Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН, ПущГУ
[email protected]
* Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исседований (гранты №
01-04-49826, № 02-04-48877), а также гранта ведущие научные школы НШ-1872.2003.4
Показано, что блокада синтеза белка в гиппокампе нарушала консолидацию
долговременной пространственной памяти (Meiri, Rosenblum, 1998). Введение циклогексимида,
блокатора синтеза белков, на стадии транслокации, способствовало образованию тяжелых
полирибосом. В результате этого в них снижалась доступность рибосомальной РНК (рРНК)
лигандам, в частности флуоресцентному красителю акридиновому оранжевому (АО), что и
отражало подавление белоксинтезирующей активности рибосом в нейронах (Gordon at all,
Cytometry, 1997).
Вопрос о связи нарушения консолидации долговременной памяти, вызванной блокадой
синтеза белка, с изменениями ЭЭГ гиппокампа и других структур головного мозга недостаточно
изучен (Davis, Squire, 1984).
Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) отображает функциональную активность головного мозга,
уровень которой определяется взаимодействием тормозящих и активирующих корковоподкорковых структур. Осцилляции ЭЭГ являются результатом суперпозиции возбуждающих и
тормозных мембранных потенциалов нейронов. Возникновение ионных токов (в силу
существования электрохимических градиентов) приводит к изменениям зарядов по обе стороны
мембраны, что влечет за собой возникновение электрических сигналов. В результате суммации
синхронных потенциалов возникает ритмическая активность ЭЭГ. Волны, составляющие ритмы,
не являются монохроматическими. Частота доминирующего ритма флуктуирует внутри
определенного диапазона. Волны обычно деформированы за счет наложения колебаний с другими
периодами. Фурье-анализ позволяет выявлять множественность составляющих частот ЭЭГ.
Вопрос о зависимости механизма ЭЭГ от синтеза белка в нейронах остается неизвестным.
Немногочисленные литературные данные, касающиеся этого вопроса, противоречивы (Davis,
Squire, 1984).
Ранее нами было показано, что билатеральное введение в боковые желудочки мозга
циклогексимида (200мкг/15 мкл/полушарие) подавляло синтез белка в гиппокампе на 97 %
(Щеглов и соавт., 2001)
Задачей предлагаемой работы было изучение влияния блокады синтеза белка в гиппокампе
на консолидацию долговременной пространственной памяти, состояние рРНК и спектр ЭЭГ
дорзального гиппокампа у крыс.
Долговременную пространственную память изучали в водном лабиринте Морриса по
модифицированной процедуре. Обучение проводилось в одном сеансе, состоящем из 5 проб.
Сохранение проверяли через 48 часов, повторяя сеанс обучения (Подольский, Щеглов, 2004).
С помощью стереотаксиса животным вводился электрод в дорзальный гиппокамп (поле
СА 1) и канюли в боковые желудочки мозга по соответствующим координатам (Paxinos, Watson,
1982). Подавление синтеза белка вызывали билатеральным введением в боковые желудочки
циклогексимида в дозе 200 мкг/15 мкл/полушарие. Используя флуоресцентный краситель
акридиновый оранжевый, соотношение его красной и зеленой флуоресценции, определяли
кинетику состояния рРНК в рибосомах после введения циклогексимида (Gordon at all, Cytometry,
1997). ЭЭГ отводили монополярно у бодрствующих крыс в свободном поведении в небольшой
камере.
Используя метод быстрого преобразования Фурье, вычисляли вероятность появления
выраженных экстремумов (максимумов) в спектрах ЭЭГ и спектральную мощность этих
максимумов в трех диапазонах частот (от 0,5 до 30 Гц).
Показано, что в нейронах гиппокампа циклогексимид максимально подавлял
интенсивность флуоресценции до 20% через 4 часа после его введения. Через 4 суток
интенсивность флуоресценции увеличивалась. Это свидетельствовует о том, что изменялось
состояние рРНК в образовавшихся тяжелых нетранслирующих полирибосом, что существенно
уменьшало белоксинтезирующую активность нейронов гиппокампа. Циклогексимид, введенный
за 3 ч до обучения, нарушал сохранение информации через 48 ч, ухудшая консолидацию
долговременной пространственной памяти в водном лабиринте Морриса.
Обнаружили, что введение циклогексимида увеличивало частоту нерегулярных тетаосцилляций в ЭЭГ и повышало вероятность появления выраженного максимума в тета диапазоне
(4 – 10 Гц) по сравнению с контролем (0,9% раствор NaCl).
Вероятность появления экстремумов в дельта (от 0,5 до 4 Гц) и бета (от 10 до 30 Гц)
диапазонах существенно не изменялась по сравнению с контролем. Вероятность появления
экстремумов в тета диапазоне увеличивалась с течением времени. Спектральная мощность
максимумов ЭЭГ достоверно не изменялась. Увеличение вероятности появления экстремумов в
диапазоне тета-осцилляций соответствовало кинетике подавления синтеза белка в центральной
нервной системе.
По распространенному представлению источником тета-ритма являются нейроны
медиального септума – ядра, эфферентные пути которого поступают в гиппокамп. Тета-ритм в
гиппокампе возникает как реакция на предъявление любых новых сигналов (Vinogradova, 1995).
Существенным показателем нарушения консолидации долговременной пространственной
памяти может быть изменение ЭЭГ гиппокампа в виде нерегулярных осцилляций в тета
диапазоне, вызванных блокадой синтеза белка. Можно предполагать, что блокада синтеза белка не
только нарушает процесс изменения ультраструктуры синапсов, но и ухудшает обработку
информации в нейронных сетях.
Возможно, что подавление синтеза белка существенно влияет на уровень мембранных
белков (ионных каналов, рецепторов) и поэтому вызывает изменения в ЭЭГ. Однако, описанный
нами эффект может иметь другой механизм. При блокаде синтеза белка нарушается большинство
молекулярных процессов в нейронах. Это может переводить мозг в другое функциональное
состояние. Повышение вероятности появления экстремумов в тета диапазоне можно
рассматривать как реакцию на состояние мозга, вызванное блокадой синтеза белка.
Таким образом, полученные результаты показали, что подавление синтеза белка и
снижение доступности рРНК акридиновому оранжевому в тяжелых полирибосомах существенно
изменяло спектральные параметры ЭЭГ гиппокампа. Однако вопросы о механизмах влияния
блокады синтеза белка на консолидацию долговременной памяти и генез ЭЭГ продолжают
оставаться открытыми.
Литература:
1. Meiri N., Rosenblum K. (1998) Brain Res., v. 789, № 1, p. 48-55.
2. Gordon R.Ya. at all. (1997) Cytometry, v. 29, p. 215-221.
3. Davis H.P., Squire L.R. (1984) Psychol. Bull, v. 96, p. 518-559.
4. Щеглов И.В. и соавт. (2001) Нейрохимия, т. 18, с. 200-205.
5. Подольский И.Я., Щеглов И.В. (2004) Журн. высш. нерв. деят., т. 54, с. 57-65.
6. Paxinos G., Watson C. (1982) The rat in stereotaxic coordinates. Acad. Press, 221 p.
7. Vinogradova O.S. (1995) Prog. Neurobiol., v. 45, p. 523-583.