Нами розроблено систему, з використанням якої злиття синаптичних везикул з плазматичними мембранами синаптосом у присутності розчинних білків синаптосом можна вивчати in vitro. Встановлено, що кальцій в мікромолярних концентраціях викликає злиття. Процес злиття є нечутливим до мілімолярних концентрацій кальцію, але в присутності MgАТФ чутливість даного процесу до злиття може відновлюватись. Зрештою, характеристика таких безклітинних систем надасть можливість ідентифікувати біохімічні події, що опосередковують та регулюють процеси злиття мембран in vivo.

Изложены нейробиологические аспекты активности витамина B₁ (тиамина) и его эндогенных производных в организме. Рассмотрены особенности метаболизма витамина B₁ в нервных клетках. Представлены сведения о связи обеспеченности им организма с нервной и психической деятельностью. Проанализирована роль тиамина в механизме квантовой секреции медиатора из нервных окончаний в разных типах синапсов. Обсуждены сведения о взаимодействии витамина B₁ для коррекции синаптической передачи.

Рассмотрена актуальная проблема современной нейронауки - квантового выброса нейромедиатора из аксионной терминали центрального синапса. Приведены результаты исследований одиночной тормозной синаптической терминали на основе ее локальной стимуляции. Описаны механизмы, с помощью которых распространяющийся потенциал действия, превращаясь во внутриклеточный сигнал в нервном окончании, приводит к высвобождению квантов нейромедиатора - основному процессу в межклеточной коммуникации. Проанализирована роль потока ионов Ca<^>2+ по потенциалоактивируемым каналам.

Представлено сучасні уявлення щодо залежності ефективності глутаматергічної синаптичної передачі від субодиничної структури глутаматних (Glu) рецепторів та їх хімічного оточення. Останнє може істотно модулювати афінітет і (або) змінювати кількість таких рецепторів. Проаналізовано особливості впливів, які здійснюють на Glu-рецептори різні компоненти даного оточення (алостеричні модулятори, редокс-активні речовини, деякі іони, гормони та ін.). У світі концепції "хімічного супу" обговорено впливи лігандів Glu-рецепторів на пізнавальну діяльність експериментальних тварин і людини.

Вивчено зміни ультраструктури аферентних змішаних синапсів маутнерівських нейронів (МН) золотої рибки, пов'язані з двома функціональними станами: довготривалої потенціації (ДП) електротонічної відповіді - штучної форми створення пам'ятного сліду й адаптації (резистенції до втоми) під час рухового тренування - природної форми пам'ятного сліду, який виявляється на нейронному рівні. ДП індуковано в переживаючих зрізах довгастого мозку за допомогою електричної високочастотної стимуляції аферентного входу. Адаптацію вироблено з застосуванням природної вестибулярної стимуляції - щодобових рухових тренувань, модифікуючих моторну поведінку рибок і функцію МН. Припущено, що якщо феномен ДП бере участь у формуванні природної пам'яті, то в разі адаптації, як і за ДП, в аферентних змішаних синапсах мають виявлятися схожі специфічні структурні зміни. Дійсно, в обох випадках у щілинах десмосомоподібних контактів змішаних синапсів на поверхні МН виявлялося дворазове збільшення кількості фібрилярних містків. Як відомо, останні вміщують актинові філаменти, що є провідниками електротонічних катіонних сигналів; тому збільшення кількості містків у разі ДП указує на підвищення ефективності електротонічного зв'язку в змішаних синапсах. Виявлення структурної ознаки ДП, яка має, видимо, таке ж саме функціональне значення і для змішаних синапсів "адаптованих" МН, дає підставу припустити, що ДП є природною властивістю нервової системи. Посилення передавальної функції змішаних синапсів за типом ДП в разі адаптації, очевидно, є компенсаторною

перебудовою, яка дає змогу МН зберігати деякий баланс синаптичних впливів і залишатись одночасно стабільними та пластичними; це необхідно для стійкого функціонування за умов середовища, що змінюються.

We simulated synaptic transmission and modified a simple model of the long-term potentiation and long-term depression, in order to describe long-term plasticity-related changes in cerebellar mossy fiber-granule cell synapses. In our model, protein autophosphorylation, leading to the maintenance of long-term plasticity, is controlled by <$E roman Ca sup 2+> entry through the NMDA receptor channels. The observed nonlinearity in the development of long-term changes of EPSP in granule cells is explained by a difference in the rate constants of two independent autocatalytic processes.

We analyzed in detail the quantum parameters of evoked inhibitory postsynaptic currents (eIPSC) recorded from synaptically connected cultured cortex neurons using a whole-cell patch-clamp technique. The IPSC were evoked using minimum extracellular stimulation of a presynaptic unit with a frequency of <$E 0,2~roman sec sup -1> at the holding potential of -80 mV. Amplitude histograms for eIPSC demonstrated clearly detectable equally spaced peaks. For each histogram, we used a method based on autocorrelation analysis and Monte Carlo simulation, to determine whether peaks in the amplitude histograms can result due to finite sampling from a sum of the Gaussian distributions. The autocorrelation function allowed us to measure the peak spacing (and, hence, the mean quantum size) for each histogram; this parameter was found to be 10 pA.

Paired pulse depression (PPD) of GABA-ergic IPSC was studied in rat hippocampal cell cultures. Synaptic responses were evoked by local extracellular stimulation of the presynaptic units; a whole-cell patch-clamp technique was employed to record responses (IPSC) from the postsynaptic neurons. Paired stimulation (100-msec-long interstimulus interval) resulted in depression of the second IPSC amplitude (IPSC2). This was usually accompanied by an increase in the coefficient of variation of IPSC2 comparing with that of IPSC1. These results support the involvement of presynaptic mechanism(s) in PPD and suggest a possibility to use PPD alteration as an indicator for the presynaptic origin of modulatory effects. To check this suggestion, we tested whether alteration of the quantum content would affect PPD. We found that reduction of the transmitter release by application of <$E roman Cd sup 2+> decreased PPD. Post-tetanic potentiation, a well-established presynaptic phenomenon, increased PPD. We conclude that PPD changes may be used as a test for the involvement of presynaptic changes.

Author briefly summarizes its own experimental data obtained earlier and reports evidence in favor of contribution of postsynaptic AMPA receptor channels to the mechanisms underlying modifications of excitatory synaptic transmission in the CNS (in particular, in neocortical and hippocampal neuronal circuits).

Phosphatidylinositol 4,5-biphosphate has been implicated in a variety of cellular processes, including neurotransmitter release. Here we present evidence for an essential influence of an inhibitor of phosphatidylinositol 4-kinase, phenylarsine oxide, on depolarization-and <$E alpha>-latrotoxin-evoked exocytotic release of <$E [ nothing sup 3 roman H ]>GABA from the rat brain synaptosomes. Our data also show that subnanomolar concentrations of the toxin stimulate the process of exocytosis per se, while nanomolar toxin concentrations in addition cause neurotransmitter outflow from the cytosolic pool.

Зазначено, що декілька нових підходів, що нещодавно введені для аналізу швидкості вивільнення нейромедіатора у центральних синапсах, хоча і дозволи поглибити знання про нервову передачу, все ще залишили багато питань, які потребують розв'язання. Представлено докази того, що новий метод, нещодавно розроблений Сакабою та Неером для дослідження нервової передачі у calyx of Held, гігантському глутаматергічному сипапсі, можна також застосовувати для оцінки швидкості вивільнення нейромедіатора та середніх амплітуд квантів струму в малих центральних синапсах. За допомогою моделювання гальмівної синаптичної передачі у нейронах гіпокампа показано, що дефіцит просторової фіксації мембранного потенціалу, який може спостерігатися у синаптичних контактах, що розподілені по дендритному дереву, не є суттєвим для застосування нового методу у разі, коли синапси компактно розподілені або розташовані близько до соми нейрона і коли швидкість вивільнення нейромедіатора є нижчою ніж <$E 1~roman мс sup -1>. У другому наборі симуляцій доведено, що в разі швидкостей вивільнення, вказаних вище, десенситизація та насичення постсинаптичних ГАМКА-рецепторів не заважає точно оцінювати швидкість вивільнення нейромедіатора та середню амплітуду квантів. Таким чином, запропонований підхід, який базується на аналізі флуктуацій постсинаптичних струмів за умов стаціонарного або повільно змінного вивільнення нейромедіатора, можна застосовувати для досліджень малих центральних синапсів.

Ion channels of the glycine receptors (GlyR) provide an inhibitory drive in the nervous system of vertebrates. Four agonist-binding <$E alpha> subunits and one <$E beta> subunit were cloned from the CNS of mammals (human, rat, and mouse), a bird (chicken), and a fish (zebrafish). Subunit composition determines pharmacological properties of the GlyR and function of the glycinergic synapses during development. Dysfunction of these receptors results in motor disorders (hyperekplexia, spasticity, and/or oscillatory phenomena), and mutations in the gene encoding the <$E alpha> subunit of GlyR underlie the molecular basis of these heritable diseases. Extra- and intracellular pharmacological tools can modulate the activity of GlyR channels. A recently discovered phenomenon of Ca-induced modulation of the GlyR suggests an important way of modulation of the activity of glycinergic synapses.

The lecture describes the role of GABA-mediated synaptic excitation during early ontogenesis.

Astroglia is capable of releasing glutamate (Glu) in the concentrations sufficient to activate ionotropic Glu receptors. Provided the released Glu reaches receptors in the postsynaptic density, it can desensitize them. We have tested this possibility in the hippocampal CA1 synapses of rats either by applying exogenous Glu to the CA1 neurons or activating Glu release by astroglia. We found that Glu does not reach the synapses due to the existence of a protective uptake "cap," which is sensitive to dihydrokainate, an inhibitor of the GLT-type Glu transporter(s). Our results suggest that extrasynaptic and postsynaptic densities of the membranes of CA1 neurons form separate compartments differing from each other in the mechanisms and efficiency of processing external Glu. This provides additional diversity to specialized regulation of synaptic transmission and electrical excitation of pyramidal neurons.

A model system consisted of synaptic vesicles and synaptic membrane fragments isolated from the brain synaptosomes was used for studying the role of the state of membrane components in membrane fusion. It is concluded that the state of proteins and lipids of the biological membranes considerably influences the membrane ability to fuse. This state could be changed by regulation of the cell enzyme systems (proteolytic enzymes, phospholipases), and regulation by nitric oxide is an important aspect of this control.

We analyzed the properties of inhibitory synaptic transmission between neurons in low-density culture of the cortical cells. Miniature, spontaneous, and evoked inhibitory postsynaptic currents were studied using a whole-cell path-clamp technique at the holding potential -80 mV. These postsynaptic currents were identified as GABA release-activated Cl" currents mediated by GABAA receptors. Fitting amplitude histograms of these currents with Gaussian curves and an autocorrelation technique revealed the presence of equidistant peaks corresponding to the mean quantum size of 10 pA.

Mechanisms of the effect of adenosine on transmitter release were investigated. Exogenous adenosine reduced transmitter release via P1 receptors. This reduction was not affected by changes in the <$E [ roman Ca sup 2+ ]>, but was abolished by a P1 blocker, teophylline, and <$E roman Ba sup 2+>. The effects of <$E roman Ba sup 2+> ions were suggested to be due to the involvement of <$E roman A sub 2a> receptors. Blockers of the A-type (catechol and 4-aminopyridine) and BK-type (iberiotoxin) potassium channels enhanced transmitter release and abolished the effect of adenosine. The findings suggest a possibility of <$E roman A sub 2a> channels to be coupled to BK and A potassium channels.

Using analytical solutions for two- and three-dimensional (2D and 3D, respectively) and fractal 2D/3D geometry with an absorbing boundary, we modeled glutamate diffusion in a glomerulus, the structure situated around the mossy fiber (MF) terminal in the cerebellum and surrounded by a glial sheath. The model with fractal geometry gave the best fit of experimental AMPA and NMDA receptor-mediated evoked postsynaptic currents (EPSC) at the MF-granule cell synapse. The comparison of the numerically integrated glutamate concentration in an idealized model of glomerulus morphology with analytical solutions reveals that the peculiarities of glomerulus geometry can explain the better fit by the solution with fractal dimension only of experimental EPSC arising from local release, but not from spillover of glutamate. An asynchronous vesicle release only slightly influences the shape of the spillover waveform. Anomalous by slow diffusion of glutamate can be an explanation of the observed discrepancy between experimental results and simulations with the 3D model. A good fit of spillover-induced EPSC obtained in the simulations that use a solution for fractional Brownian motion and a match of experimental estimations and theoretical parameters of the diffusion model confirms this assumption.

Single CNS neurons can be dissociated with preserved adherent functional synaptic boutons without using any enzyme, namely when preparing a "synaptic bouton" preparation. This allows experimenters to investigate the effects of presynaptic modulators of synaptic transmission with unprecedented case and accuracy. Moreover, a single bouton can be visualizecd using fluorescent markers and can also be focally stimulated with electrical pulses. In this communication, high voltage-dependent <$E roman Ca sup 2+> channels of nerve endings, as one of the experimental examples using the "synaptic bouton" preparation, are described. Calcium channels belonging to different subtypes, which trigger GABA release from nerve terminals (boutons) projecting to rat hippocampal CA1 pyramidal neurons, were studied. GABA-ergic evoked inhibitory postsynaptic currents (eIPSCs) were recorded; these currents were elicited by focal stimulation of single boutons in mechanically dissociated neurons and by stimulation of a nerve bundle in slice preparations. Nilvadipine, an L-type <$E roman Ca sup 2+> channel blocker, completely inhibited eIPSCs evoked by stimulation of single boutons but exerted no effect on eIPSCs evoked by low-frequency stimulation of the nerve bundle. Nilvadipine did, however, prevent potentiation of the eIPSC amplitude following high-frequency stimulation of the nerve bundles in slice preparations. <$E omega>-Conotoxin-GVIA, a blocker of N-type <$E roman Ca sup 2+> channels, and <$E omega>-agatoxin-IVA, a blocker of P/Q-type <$E roman Ca sup 2+> channels, completely inhibited eIPSCs in 33,3 and 83,3 % of the recordings from single bout

ons, respectively. In response to low-frequency nerve bundle stimulation in the slice preparation, both <$E omega>-conotoxin-GVIA and <$E omega>-agatoxin-IVA partially reduced the amplitude of eIPSCs, and the residual component could be abolished by <$E roman Cd sup 2+>. From these results, the following hypotheses could be drawn, (i) The distribution of P/Q- and N-type <$E roman Ca sup 2+> channels at a single bouton is nonuniform; (ii) when a focal stimulation is applied to a single bouton, L-type <$E roman Ca sup 2+> channels play a significant role in generation of action potentials, which subsequently activate P/Q- and N-type <$E roman Ca sup 2+> channels at GABA release sites; and (iii) action potentials conducted through axons in the slice preparation are sufficient to depolarize the bouton membrane, even when L-type <$E roman Ca sup 2+> channels are suppressed.

На синаптически связанных парах нейронов гиппокампа в условиях культивирования с использованием метода пэтч-клэмп в конфигурации "целая клетка" были изучены характеристики серий потенциалов действия (ПД), вызываемых стимуляцией пресинаптической единицы длительным (500 мс) толчком тока, и кинетические характеристики постсинаптических токов (ПСТ), вызванных такими ПД в постсинаптической единице. Пресинаптические тормозные единицы были идентифицированы как ГАМК-эргические интернейроны; по размерам и количеству отростков они были разделены на две группы. Кинетические характеристики ПСТ, вызванных в постсинаптическом нейроне сериями ПД пресинаптической клетки, обнаруживали определенную зависимость от морфологических характеристик этих клеток. В интернейронах, имеющих больший размер сомы, токи были более быстрыми по кинетике и имели потенциал реверсии, близкий к равновесному хлорному потенциалу; токи в интернейронах с меньшим размером сомы были более медленными и имели смещенный потенциал реверсий. Сделано заключение, что в условиях культивирования пресинаптическая клетка не только непосредственно вызывает ПСТ в постсинаптическом нейроне и определяет амплитуду этого тока, но и существенно влияет на его кинетику.