Роль протон-чутливих іонних каналів в електричній активності гіпокампа та поведінці щурів у моделі індукованої епілепсії
| dc.contributor.advisor | Кришталь Олег Олександрович, доктор біологічних наук, академік НАН України | |
| dc.contributor.author | Федорюк Михайло Петрович | |
| dc.date.accessioned | 2024-07-16T11:43:54Z | |
| dc.date.available | 2024-07-16T11:43:54Z | |
| dc.date.issued | 2020 | |
| dc.description | Федорюк М.П. Роль протон-чутливих іонних каналів в електричній активності гіпокампа та поведінці щурів у моделі індукованої епілепсії – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.02 – біофізика. Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, Київ, 2020 | |
| dc.description.abstract | Однією з найважливіших умов нормального функціонування організму є сталість позаклітинного середовища, одним з показників якого є врегульована концентрація протонів. У більшості хребетних у нормі цей параметр, або показник водню (pH), дорівнює 7.4. В різних фізіологічних та патофізіологічних станах його значення може помітно змінюватися – при запаленні або ішемії, наприклад, виникає локальне закислення або ацидоз тканин, що супроводжується болем. З огляду на це сформувалась думка, що в організмі існує сенсор, чутливий до протонів. У 1980-му році Кришталь та Підоплічко у роботі на нейронах сенсорних гангліїв щурів показали, що у відповідь на зміну рН позаклітинного розчину з 7.4 до 7 та нижче активується струм, який з’являється за рахунок збільшення проникності мембрани для іонів натрію та калію і досягає максимального значення при рівні pH=5.4. У 1996-му році Валдман із колегами отримали такий же самий струм, але вже у ооцитах жаби. Вони експресували в ооцитах РНК, яка була комплементарна до виділеної ДНК мозку щура. Іонні канали, через які протікає такий струм почали називати чутливими до закислення, або протон-чутливі іонні канали (Acid Sensing Ion Channels або ASICs). ASICs визначають, як підсімейство іонних каналів ссавців сімейства епітеліальних натрієвих та дегенеринових ENaC/DEG каналів. Протягом останніх років, з використанням генетично модифікованих тваринних моделей, з’ясовано їх залучення до багатьох нормальних фізіологічних та патологічних процесів, що включають больові відчуття, синаптичну пластичність, вираження страху та нейродегенерацію після ішемії. Все це робить їх потенційно цікавими мішенями для фармакології, проте на даний час ще не винайдено препаратів для ASICs, які б можливо було застосовувати клінічно. Більшість структур ASICs були отримані від курячого ASIC1а, який поділяє близько 90% ідентичності послідовностей з людским та щурячим ASIC1a. ASICs існують у трьох функціональних станах: закритому, відкритому та десенсибілізованому. Субодиниці ASICs переважно експресуються в нервовій системі. ASIC1a, ASIC2a, ASIC2b та ASIC4 виявлені в ЦНС і ПНС, а ASIC1b і ASIC3 лише в ПНС, за винятком людського ASIC3, який також демонструє низький рівень експресії в ЦНС. Також ASICs були виявлені в клітинах соми та сенсорних нервових терміналях периферичних нейронів. У нейронах гіпокампа ASIC1a переважно розташовані на тілі клітини та дендритах. ASICs є проникними для іонів Na+ і їх активація призводить до мембранної деполяризації, тим самим індукуючи потенціали дії в нейронах. Таким чином, ASICs часто мають активізуючу дію на нейрони. Для реєстрації електричної активності гіпокампа щурів розроблено та виготовлено бездротовий пристрій, який дозволяє проводити реєстрацію під час поведінкових тестів та має значні переваги в порівнянні з аналогами. В експерименті з реєстрації електричної активності гіпокампа з проведенням поведінкового тесту “відкрите поле” виявлено, що блокування активності ASICs новітнім антагоністом – сполукою 5b призводить до зниження як домінуючої частоти тета-ритму, так і загального рівня локомоторної активності. Епілепсія є поширеним у всьому світі тяжким неврологічним розладом. Епілепсія скроневої частки (TLE) є найбільш поширеною формою часткової епілепсії і часто резистентна до відомих фармакологічних втручань. TLE може бути спровокована по-різному: через травму мозку, гіпоксичну травму мозку, пухлини головного мозку, інсульт, мозкові інфекції, такі як енцефаліт та менінгіт, епілептичний стан (ЕС) та ін. Правильне лікування ЦНС може значно знизити ризик розвитку судом. ЕС, визначений як безперервна судомна активність протягом більше 5 хв або послідовні судоми без відновлення свідомості, може бути серйозним наслідком ураження ЦНС та може бути потенційно небезпечним для життя за рахунок високого рівня смертності, навіть при відповідному фармакологічному втручанні. Епілептичний стан і ранні гострі напади, спричинені інфекціями, часто пов’язані з інсультами і зазвичай виникають одночасно з інфекцією, тоді як епілепсія з хронічними повторюваними припадками розвивається пізніше в результаті процесу, який називають “епілептогенезом. Під час епілептичних припадків рН мозку знижується, і відомо, що ацидоз може закінчитися судомами. Зіман із колегами показали, що порушення гена ASIC1a збільшило ступінь тяжкості припадків, і протилежний ефект спостерігався при надмірній експресії ASIC1a. Також вони з’ясували, що інгібіторні інтернейрони в гіпокампі демонструють більш високі амплітуди ASIC-струмів, ніж пірамідальні нейрони, і, можливо, опосередковане інгібування інтернейронів припиняє напади. Стратегії пошуку нових протиепілептичних препаратів в основному орієнтовані на початкову стадію інсульту та обернення процесу епілептогенезу для запобігання розвитку хронічної епілепсії. Для перевірки потенційного протиепілептичного лікування у гризунів використовують каїнатну, пілокарпінову або літій-пілокарпінову модель індукованої епілепсії, які довели свою корисність у вивченні патофізіології та прогресуванні TLE. Ці моделі можуть відтворити поведінкові, електрографічні та невропатологічні особливості TLE людини. Системне або внутрішньомозкове введення каїнату, потужного агоніста глутамату, широко застосовується для індукції епілептичних нападів у тварин. Ці періодичні напади швидко генералізуються. У каїнатній моделі у щурів повторювані напади можуть тривати протягом змінних періодів до декількох місяців. Втрата нейронів зони CA1 та характер дисперсії клітин у клітинному шарі зубчастих звивин, що нагадує гістологічні зміни у людей зі скроневою епілепсією, спостерігалась після мікроін’єкції каїнату в дорзальний гіпокамп мишей. Дієвість каїнатної моделі робить її дуже корисною для розуміння патофізіологічних змін, що відбуваються при скроневій епілепсії. В нашій роботі ін’єкції каїнату в зону CA1 гіпокампа in vivo викликали стійку епілептиформну активність і використовуючи антагоніст ASICs – сполуку 5b, ми вперше показали, що блокада провідності цих каналів має помітний антиепілептичний ефект, зменшуючи частоту виникненя епілептиформних явищ. Ін’єкція пілокарпіну, яка робиться через 20 годин після ін’єкції літію, призводить до ЕС і після латентного періоду без припадків, переростає в хронічний стан, що характеризується спонтанними рецидивними припадками. Літій-пілокарпінову модель можна вважати корисним інструментом для дослідження фармакологічних втручань для інгібування припадків, викликаних, наприклад, інфекціями ЦНС. Серед інших зон мозку гіпокамп особливо вразливий до пошкодження нейронів, спричиненого пілокарпіном. Гіпокамп є центром уваги в галузі дослідження TLE, оскільки він містить багато чітко визначених нейронних зв’язків, пов’язаних з генезисом припадків. Епілептичні напади спричиняють серйозні ураження пірамідальних клітинних шарів зон СА1, СА3 та зубчастої звивини гіпокампа. Епілепсія характеризується кількома поведінковими супутніми розладами, такими як когнітивна дисфункція, яка є поширеною серед хворих на епілепсію. В наших експериментах на щурах з індукованою епілепсією вперше показано, що блокування активності ASICs істотно впливає на загальний рівень локомоторної активності в тесті “піднятий хрестоподібний лабіринт”, а також призводить до нормалізації знижений рівень тривожності. Тварини з індукованою епілепсією демонструють значне погіршення пам’яті та здібностей до навчання, які проявляються у початковому латентному періоді, в якому ще немає нападів. Ми з’ясували, що фармакологічна блокада ASICs у щурів значно відновлює порушене внаслідок індукції епілепсії емоційне навчання, що зумовлене страхом. | |
| dc.identifier.uri | https://repository.biph.kiev.ua/handle/123456789/60 | |
| dc.subject | ASICs | |
| dc.subject | індукована епілепсія | |
| dc.subject | сполука 5b | |
| dc.subject | електрична активність | |
| dc.subject | поведінкові тести | |
| dc.subject | тривожність | |
| dc.subject | емоційне навчання | |
| dc.title | Роль протон-чутливих іонних каналів в електричній активності гіпокампа та поведінці щурів у моделі індукованої епілепсії | |
| dc.type | Thesis |