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.

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.

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.

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.

Представлен обзор данных литературы и некоторых результатов собственных исследований, посвященных кратковременной пластичности ГАМК-эргической синаптической передачи в структурах головного мозга.

С помощью математического моделирования исследовано влияние геометрии аксо-дендритного синапса и его положения на дендрите на величину постсинаптического тока, который достигает сомы. Результаты показали, что геометрические размеры синаптической щели и проводимость постсинаптических рецепторно-канальных комплексов определяют величину тока, который течет внутрь постсинаптической клетки, а геометрия и проводимость дендрита определяют часть этого тока, достигающую сомы. При постоянной проводимости постсинаптической мембраны, но с увеличением диаметра синаптического контакта и с уменьшением ширины синаптической щели происходит уменьшение тока, который проходит внутрь постсинаптической клетки, однако в подобных условиях потенциал реверсии для такого тока не меняется. Напротив, влияния, обусловленные изменениями геометрии и ионной проводимости мембраны дендрита, способны не только уменьшить величину тока, который достигает сомы, но и изменить его потенциал реверсии. Чем тоньше дендрит и чем дальше от сомы расположен синапс, тем существеннее подобное влияние.

Досліджено структуру симетричних (здогадно гальмівних) аксо-соматичних синапсів на пірамідних нейронах зони CA1 гіпокампа молодих (20-денних) і дорослих (однорічних) мишей. Як показано, синапси дорослих тварин вміщують у середньому менше синаптичних везикул (СВ), і це зменшення відбувається перш за все за рахунок резервного пулу, що знаходиться в стані спокою. У той же час СВ у синапсах дорослих мишей локалізовані на дещо менших відстанях від активних зон, а пул готових до вивільнення СВ є чисельнішим у порівнянні з таким у молодих тварин. Виявлені вікові зміни просторової структури пулів СВ, очевидно, демонструють залежну від віку адаптацію гальмівних синапсів, що забезпечує необхідні характеристики функціонування нейронних систем гіпокампа.

Індекс рубрикатора НБУВ: Е60*739.12

Рубрики:

Загальна зоологія

Шифр НБУВ: Ж26810 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Дані фізіологічних та ультраструктурних досліджень синапсів між нейронами гіпокампа тварин з нокаутом гена актинзв'язувального протеїну ссавців mAbp1 свідчать про те, що у цьому разі істотно змінюється процес ресайклінгу синаптичних везикул. Отже, в цьому аспекті значення mAbp1 є досить важливим, що може бути пов'язане з помітною роллю актину в опосередкованому клатрином ендоцитозі синаптичних везикул.

Надано огляд відомих даних щодо специфіки синаптичної організації симпатичних гангліїв, яка дозволяє їм функціонувати як залежні від використання підсилювачі прегангліонарної активності. У зв'язку з цим досліджено, як коефіцієнт передачі такої активності може модулюватися механізмами метаботропної сигналізації. Підхід поєднує звичайне розрахункове моделювання гангліонарної інтеграції з експериментальним тестуванням цієї моделі з використанням методу фіксації динаміки синаптичних впливів. Результати таких досліджень є досить вагомими, оскільки вони проілюстрували, як характеристики передачі, залежні від гангліонарної інтеграції, можуть забезпечувати внесок у контроль важливих вегетативних поведінкових феноменів, реалізований за принципом зворотного зв'язку, зокрема в контроль тиску крові.

Проаналізовано сучасні уявлення про роль кальцієвих сигналів у процесі синаптичної передачі між нервовими клітинами та між нейронами та ефекторними клітинами і про відповідні внутрішньоклітинні механізми (участь іонних каналів різних типів, мітохондрій та ендоплазматичного ретикулуму). Розглянуто залучення кальцію в передачу як таку (зокрема, в процес екзоцитотичного вивільнення нейротрансмітерів), а також в довготривалі зміни ефективності синаптичної передачі (потенціацію або депресію).

Postsynaptic currents and action potentials recorded from neurons in a mixed culture of rat dorsal root ganglion and spinal cord cells are described. The existence of mutual synaptic connections between the above two types of neurons is demonstrated.