Кальцієва сигналізація в спінальних нейронах соматосенсорної системи в умовах наявності ноціцептивних синдромів

Виявлені порушення внутрішньоклітинної кальцієвої сигналізації в первинних і вторинних соматосенсорних нейронах можна розглядати як один із загальних механізмів зміни передачі больових сигналів при ноцицептивному і нейропатичному болю.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Н.Войтенко (2004) Кальциевая сигнализация при диабетической нейропатии. // Нейрофизиология, 36 (4), 331-336

Н.Федирко, Ю. Вац, И.Кругликов, Н.Войтенко (2004) Роль Ca²⁺,Mg²⁺-AТФаз в диабет-индуцированных изменениях кальциевого гомеостаза в ноцицептивных нейронах. // Нейрофизиология, 36 (3), 187-192

I.Kruglikov, O.Gryshchenko, L. Shutov, E. Kostyuk and N. Voitenko (2004) Mechanisms of diabetes-induced alterations in calcium homeostasis in primary and secondary nociceptive neurons: role of Ca²⁺ pumps. // Pfluger Archive, 448 (4), 395-401

E. Potapenko, E. Kostyuk, N. Voitenko, P. Kostyuk (2004) Alkalinization-induced changes in intracellular calcium in rat spinal cord neurons // Neurochemical Research, 29 (9), 1659-1665

N.Voitenko, G.Gerber, D.Youn, M.Randic (2004) Peripheral inflammation-induced increase of AMPA-mediated currents and Ca²⁺ transients in the rat substantia gelatinosa neurons // Cell Calcium, 35 (5), 461-469

О.Kopach, I.Kruhlykov, N.Voitenko, P.Kostyuk, N.Fedirko (2003) Permeabilized salivary gland cells as a model to study Ca²⁺-transporting systems of endoplasmic reticulum membrane // Fiziol Zh. 49 (5), 31-42

P. Kostyuk, E. Potapenko, I. Siryk, N. Voitenko, E. Kostyuk (2003) Intracellular calcium homeostasis changes induced in rat spinal cord neurons by extracellular acidification. // Neurochemical Research 28 (10), 1541-1545

V. Shishkin, E. Potapenko, E. Kostyuk, O. Girnyk, N. Voitenko and P. Kostyuk (2002) Role of mitochondria in intracellular calcium signaling in primary and secondary sensory neurones of rats. // Cell Calcium 32 (3), 121-130

I.Kruglikov, L.Shutov, E.Potapenko, P.Kostyuk and N.Voitenko (2002) Metabotropic purinoreceptors in rat dorsal horn neurons: predominantly dendritic location // Neurophysiology, 34 (2/3), 181-183.

V. Shishkin, E. Potapenko, D.Puchkov, E. Kostyuk, N. Voitenko, and P. Kostyuk (2002) Dissimilar roles of the mitochondria in modulation of intracellular calcium signals in primary and secondary nociceptive neurons // Neurophysiology, 34 (2/3), 238-241.

L.Shutov, I.Kruglikov, V.Shishkin, M.Borisovskaya, E.Kostyuk, and N.V.Voitenko (2002) Calcium release from the internal stores as a possible target for antinociceptive treatment in rats with experimentally-induced diabetes // Neurophysiology, 34 (2/3), 242-244.

N.Fedirko, Ju.Vats, M.Klevets, I. Kruglikov, N. Voitenko. (2002). Neuronal control of the exocytosis and calcium homeostasis // Neurophysiology, 34 (2/3), 144-147.

Y.Vats, N.Fedirko, M.Klevets, N.Voitenko (2002) Role of SH groups in the functioning of Ca ²⁺ -transporting ATPases regulating Ca ²⁺ homeostasis and exocytosis. // Neurophysiology 34(1), 5-12.

I.Kruglikov, L.Shutov, E.Potapenko, N.Voitenko and P.Kostyuk (2001) Metabotropic purinoreceptors in rat dorsal horn neurones: predominant dendritic location. // NeuroReport 12 (16), 3503-3508

I.Kruglikov, L.Shutov, V.Shishkin, E.Kostyuk, E.Potapenko, N.Voitenko (2001) Intracellular mechanisms of changes in the functioning of rat sensory neurones with streptozotocin-induced diabetes mellitus. // Fiziol Zh. (Kiev) 47(5), 18-25.

N.Fedirko, M.Klevetz, I.Kruglikov, N.Voitenko (2001) Mechanisms supporting calcium homeostasis in rat submandibular salivary gland acinar cells. // Neurophysiology 33(4), 252-259.

E.Kostyuk, P.Kostyuk and N.Voitenko (2001) Structural and functional characteristics of nociceptive pathways and their alterations under conditions of neuropathy // Neurophysiology 33(4), 266-276.

E. Kostyuk, N. Voitenko, I. Kruglikov, A. Shmigol, V. Shishkin, A. Efimov and P. Kostyuk (2001) Diabetes-induced changes in calcium homeostasis and the effects of calcium channel blockers in rat and mice nociceptive neurons. // Diabetologia 44 (10), 1302-1309

L.Shutov, I.Kruglikov and N.Voitenko (2001) Participation of intracellular Ca²⁺ stores in Ca²⁺ signalling in neurons of the thalamic laterodorsal nucleus of rat. // Neurophysiology 33 (2) 106-110

N.Voitenko, I.Kruglikov, E.Kostyuk and P.Kostyuk (2001) Calcium signalling in nociceptive neurons - effect of diabetes. // Calcium Signaling. M.Morad and P.Kostyuk (Eds.) IOS Press, Amstardam,145-150

P.Kostyuk, N.Svichar, N.Voitenko, V.Shishkin and E.Kostyuk (2001) The role of mitochondria in calcium signalling in mammalian sensory neurons. // Calcium Signaling. M.Morad and P.Kostyuk (Eds.) IOS Press, Amstardam, 203-208

P.Kostyuk, A.Efimov, E.Kostyuk, N.Voitenko, I.Kruglikov (2000) Changes in intracellular turnover of calcium ions in nociceptive neurons in experimental diabetes and influence of blockers of potential-dependent calcium channels upon them // Zhurn. AMN Ukrainy v.6 (4) 637-650

N.Voitenko, I.Kruglikov, E.Kostyuk and P.Kostyuk (2000) Effect of streptozotocine-induced diabetes on activity of calcium channels in rat dorsal horn neurons // Neuroscience 95 (2), 519-524.

P.Kostyuk, A.Shmigol, N.Voitenko, N.Svichar, E.Kostyuk (2000) The endoplasmic reticulum and mitochondria as elements of the mechanism of intracellular signaling in the nerve cell // Neurosci Behav Physiol 30 (1), 15-18

N.Voitenko, E.Kostyuk, I.Kruglikov and P.Kostyuk (1999) Changes in calcium signalling in dorsal horn neurons in rats with streptozotocin - induced diabetes // Neuroscience 94 (3), 887-890.

N.Voitenko, E.Kostyuk, I.Kruglikov, N.Svichar, V.Shishkin (1999) Changes in calcium signalling of mammalian nociceptive neurones under diabetes. // Fiziol Zh (Kiev), 45 (4), 45-54.

U.Lalo, N.Voitenko, P.Kostyuk (1998) Iono- and metabotropically induced purinergic calcium signalling in rat neocortical neurons // Brain Research 799, 285-291

N.Svichar, V.Shishkin, E.Kostyuk and N.Voitenko (1998) Changes in mitochondrial Ca²⁺ homeostasis in primary sensory neurons of diabetic mice // NeuroReport 9 (6) 1121-1125

P.Kostyuk, A.Shmigol, N.Voitenko, N.Svichar, E.Kostyuk (1998) Endoplasmic reticulum and mitochondria as elements of mechanism of intracellular signaling in neurons // Ross Fiziol Zh Im I M Sechenova 84(10):979-84

P.Kostyuk, N.Svichar, N.Voitenko, V.Shishkin and E.Kostyuk (1998) Role of mitochondria in Calcium Signalling in Mammalian Sensory Neurons // Neurophysiology 30 (4/5) 191-193

S.Kirischuk, V.Matiush, A.Kulik, N.Voitenko, P.Kostyuk & A.Verkhratsky (1996) Activation of P2-purino-, (1-adreno and H1-histamine receptors triggers cytoplasmic calcium signalling in cerebellar Purkinje neurons // Neuroscience 73 (3), 643-647

Тези доповідей (за останні 4 роки)

N.Voitenko, D.H.Youn, G.Gerber M.Randic (2004) Kainate receptors are involved in long-term synaptic plasticity in the spinal cord substantia gelatinosa. 34 th Annual Meeting Society for Neuroscience, San Diego, CA, USA. #56.8

N.Voitenko, I.Kruglikov, V.Shishkin, E.Kostyuk, B.Sushko, L.Shutov, V.Snitsarev (2003) Alteration in calcium homeostasis in rat nociceptive neurons under diabetic neuropathy: effect of nimodipine treatment. 33 d Annual Meeting Society for Neuroscience, New Orleans, LU, USA.

Illya Kruglikov, Leonid Shutov, Nataly Fedirko, Platon Kostyuk, Nana Voitenko (2003) PMCA and SERCA Contribute to Alteration of Ca²⁺ Homeostasis in Rat DH Neurons under Diabetic Neuropathy. 47 th Biophysical Society Meeting, San Antonio, TX, USA. #1896- poster

V.A.Shishkin., P.G.Kostyuk, N.V.Voitenko (2002) Changes in calcium-regulating functioning of mitochondria in primary sensory neurones under diabetic conditions. 3rd Ukrainian Biophysical Society Congress, Lviv, Ukraine

L.Shutov, I.Kruglikov, N.Voitenko (2002) Functioning of intracellular calcium stores is impaired in dorsal horn neurons under experimental diabetes. 3rd Ukrainian Biophysical Society Congress, Lviv, Ukraine

N.Voitenko; V.Shishkin; E.Potapenko; E.Kostyuk; O.Girnyk; P.Kostyuk (2002) Mitochondria play a different role in modulation of calcium signaling in primary and secondary sensory neurons. 32 th Annual Meeting Society for Neuroscience, Orlando, FL, USA. #436.3

M.Randic, N.Voitenko, D.H.Youn, G.Gerber (2002) Peripheral inflammation modulates AMPA - and kainate - mediated currents and Ca2+ transients in substantia gelatinosa of the rat spinal dorsal horn. 32 th Annual Meeting Society for Neuroscience, Orlando, FL, USA. #36.7

Voitenko, N., Kruglikov, I., Shutov, L., Shishkin, V., Kostyuk, E. and Kostyuk, P. (2002) Relief of diabetes-induced changes in nociceptive system of nimodipine-treated rats. Diabetes, Suppl. 2, A195.

V.Shishkin, N.Voitenko, E. Kostyuk and P.Kostyuk (2002) Interaction of Ca²⁺ accumulating structures in primary sensory neurones of rats and their changes under diabetic neuropathy. 3rd Forum of European Neuroscience, Paris, France. Abstracts. 183.22

Kruglikov, V.Shishkin, L.Shutov, E.Kostyuk and N.Voitenko (2002) Long-term nimodipine treatment reverses diabetes-induced changes in calcium signalling of rat nociceptive neurons. Physiological Society Meeting, University of Liverpool, UK. Abstracts. PC8.

Kruglikov, L.Shutov, E.Kostyuk, N.Voitenko (2002) Role of calcium ATPases in diabetes-induced changes of intracellular Ca²⁺ signalling in rat sensory neurons. XIV International Biophysics Congress, Buenos Aires, Argentina. Abstracts P11-01

E.Kostyuk, I.Kruglikov, V.Shishkin, N.Voitenko (2002) Changes in Ca²⁺ signalling in nociceptive neurones during diabetic neuropathy. The First Multilateral Conference of the Physiologists from Central Europe, Slovak Republic. Abstracts. N74

P.Kostyuk, V.Shishkin, E.Potapenko, E.Kostyuk, O.Girnyk, N.Voitenko (2002) Kinetic and spatial separation of Ca²⁺ accumulating structures in different types of sensory neurons. The First Multilateral Conference of the Physiologists from Central Europe, Slovak Republic. Abstracts. N75

Kruglikov, L. Shutov, N. Voitenko. (2001) Changes in intracellular calcium signalling in rat secindary nociceptive neurones under diabetic neuropathy. Programme and Abstract book of 4th Conference of the Czech Neuroscience Society, Prague, October 26-27, P.67.

Kruglikov, L. Shutov, N. Voitenko and A. Tepikin, (2001) Changes in endoplasmic reticulum calcium accumulation under experimental diabetes in rat sensory neurones. Physiological Society Joint Meeting with the Biochemical Society, University of York, York, UK

N.Voitenko, I.Kruglikov, V.Shishkin, E.Kostyuk, B.Sushko, L.Shutov, V.Snitsarev (2001) Simultaneous changes in nociceptive response and calcium signaling of nociceptive neurons in diabetic rats. 31 th Annual Meeting Society for Neuroscience, San Diego, Calif., USA. #281.8

M.Randic, N.Voitenko, G.Gerber, D.H.Youn (2001) Decrease of kainate-induced currents and Ca2+ transients in the rat substantia gelatinosa neurons following carrageenan inflammation. 31 th Annual Meeting Society for Neuroscience, San Diego, Calif., USA. #53.5

E. Kostyuk, I. Kruglikov, V. Shishkin, N. Voitenko, A. Efimov, P. Kostyuk (2001) Changes in calcium signalling in rat nociceptive neurons during experimentally-induced diabetes. 37th Annual Meeting Of The European Association For The Study Of Diabetes (EASD), Glasgow, United Kingdom

N.Voitenko, E.Kostyuk, P.Kostyuk, I.Kruglikov, L.Shutov (2001) Calcium stores in dorsal horn neurones: diabetes-induced changes. XXXIV Congress of Physiological Sciences, Christchurch, New Zealand

P.Kostyuk, E.Kostyuk E.Potapenko, V.Shishkin, N.Voitenko (2001) Role of mitochondria in formation of calcium signals in rat primary and secondary sensory neurons XXXIV Congress of Physiological Sciences, Christchurch, New Zealand

АНОТАЦІЇ

Войтенко Н.В. Кальцієва сигналізація в спінальних нейронах соматосенсорної системи в умовах наявності ноціцептивних синдромів. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.13 - фізіологія людини і тварин.

Дисертація присвячена дослідженню кальцієвої сигналізації в первинних (дорсальнокорінцеві ганглії, ДКГ) і вторинних (дорсальний ріг спинного мозку, ДР) соматосенсорних нейронів гризунів при експериментально викликаному нейропатичному і ноцицептивному болю. Було встановлено, що і в первинних, і вторинних ноцицептивних нейронах щурів зі СТЗ-індукованою нейропатією спостерігалося підвищення вільного цитозольного кальцію, а також драматичне уповільнення відновлення [Ca²⁺]_і після періоду електричної активності нейрона. У нейронах же щурів з карагеніновим запаленням ми не спостерігали змін цих параметрів. Було показано достовірне зниження амплітуди [Са²⁺]_і транзієнтів, які викликано звільненням іонів кальцію із кальцієвих депо ЕР нейронів ДКГ і ДР як при діабетичній нейропатії, так і при периферійному запаленні, порівняно із контрольними тваринами. Показано, що при діабетичній нейропатії зростає вклад високопорогових кальцієвих каналів в генерацію кальцієвих транзієнтів в нейронах ДКГ і ДР, а периферичне запалення призводить до збільшення мембранних струмів і зростання амплітуди [Са²⁺]_і транзієнтів, що викликані активацією іонотропних глутаматних рецепторів в нейронах ДР. Виявлені порушення внутрішньоклітинної кальцієвої сигналізації в первинних і вторинних сенсорних нейронах можна розглядати як один із загальних механізмів зміни передачі больових сигналів при ноцицептивному і нейропатичному болю.

Ключові слова: діабетична нейропатія; периферичне запалення; дорсальнокорінцеві ганглії; дорсальний ріг; нейрон; кальцієва сигналізація.

Войтенко Н.В. Кальциевая сигнализация в спинальных нейронах соматосенсорной системы при наличии ноцицептивных синдромов. Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.13 - физиология человека и животных. Институт физиологии им. А. А. Богомольца НАН Украины, Киев, 2004.

Диссертация посвящена изучению механизмов внутриклеточной кальциевой сигнализации, которые могут лежать в основе развития болевых синдромов при воспалении и диабетической нейропатии. В экспериментах, проведенных с использованием формалинового теста и теста “горячая поверхность”, были показаны достоверные изменения в болевой и термической чувствительности крыс со стрептозотоцин - индуцированным диабетом, что говорит о правомерности использования стрептозотоциновой модели сахарного диабета как модели нейропатической боли. При сравнении двух моделей болевых синдромов различного патогенеза нами было установлено, что и в случае периферического воспаления, и в случае диабетической нейропатии, в первичных (дорсальнокорешковые ганглии, ДКГ) и вторичных (дорсальный рог, ДР) соматосенсорных нейронах происходят значительные изменения кальциевого гомеостаза. Эти изменения были практически идентичными в ноцицептивных нейронах ДКГ и ДР, однако отличались у животных с различными болевыми синдромами. Так, и в первичных и вторичных сенсорных нейронах крыс с диабетической нейропатией наблюдалось повышение свободного цитозольного кальция, а также драматическое замедление восстановления [Ca²⁺]_i после периода электрической активности клетки. В нейронах же крыс с карагениновым воспалением мы не наблюдали ни повышения свободного цитозольного кальция, ни значительного замедления восстановления [Ca²⁺]_i после деполяризации клетки.

В работе показано, что изменения также происходят в функциях кальциевых каналов и внутриклеточных кальциевых депо исследованных нейронов. Изучение кальцийрегулирующей роли эндоплазматического ретикулума при периферическом воспалении и диабетической нейропатии выявило достоверное снижение амплитуды [Ca²⁺]_i транзиентов, вызванных освобождением ионов кальция из рианодин- и InsP₃-чувствительных депо эндоплазматического ретикулума в ответ на приложение различных агонистов, таких как кофеин, иономицин и АТФ в нейронах ДКГ и ДР исследованных животных. Прямое измерение активности Са²⁺-АТФаз плазматической (PMCA) и ретикулярной (SERCA) мембран в микросомах ДКГ и ДР подтвердили нашу гипотезу о превалирующей роли измененной активности SERCA в уменьшении кальциевого выброса из эндоплазматического ретикулума при диабетической нейропатии. Уменьшение активности как SERСA, так и PMCA в первичных и вторичных сенсорных нейронах может также объяснять увеличение базального уровня кальция в данных нейронах и замедление его восстановления после деполяризации при нейропатии. В экспериментах с использованием разобщителя протонного градиента СССР в ДКГ и ДР нейронах обнаружено значительное угнетение работы унипортера митохондрий как при диабетической нейропатии, так и при периферическом воспалении. Фармакологическое исследование вклада Ca²⁺ каналов в генерацию [Ca²⁺]_i транзиентов показало, что вклад каналов L- и N- типов возрастает при диабетической нейропатии, в то время как вклад Т-типа остается неизменным. Периферическое воспаление приводит к увеличению мембранных токов и возрастанию амплитуды [Ca²⁺]_i транзиентов, вызванных активацией АМРА и КА рецепторов в соме и проксимальных дендритах нейронов ДР. При этом NMDA-индуцированные токи и амплитуды [Ca²⁺]_i транзиентов достоверно увеличиваются только в дендритах нейронов ДР. При периферическом воспалении увеличивается количество нейронов ДР, чувствительных к активации группы I метаботропных глутаматных рецепторов. При диабетической нейропатии достоверно уменьшаются амплитуды [Ca²⁺]_i транзиентов, вызванных активацией метаботропных глутаматных рецепторов.

Временной характер этих изменений четко коррелирует с развитием алодинии и гипералгезии, которые были исследованы в соответствующем интервале после инициации заболевания. Полученные данные свидетельствуют о том, что уменьшение кальций-аккумулирующей активности эндоплазматического ретикулума и митохондрий, а также усиление входа ионов кальция в цитозоль через потенциал и/или агонист-управляемые кальциевые каналы могут быть основными факторами, которые вносят вклад в процессы центральной сенситизации. Выявленные нарушения внутриклеточной кальциевой сигнализации в спинальных нейронах соматосенсорной системы можно рассматривать как один из общих механизмов изменения передачи болевых сигналов при ноцицептивной и нейропатической боли. Проведенное исследование позволяет значительно расширить наши знания о физиологических изменениях, происходящих в нервных клетках при различных патологических состояниях. Кроме того, оно может помочь решить вопрос о происхождении болевых синдромов при воспалении и нейропатии, что позволит говорить о клиническом применении полученных данных.

Ключевые слова: диабетическая нейропатия; периферическое воспаление; дорсальнокорешковые ганглии; дорсальный рог; нейрон; кальциевая сигнализация.

Voitenko N.V. Calcium signaling in spinal somatosensory neurons under nociceptive syndromes. Manuscript. Dissertation for doctor of science degree by specialty 03.00.13 - human and animal physiology. A.A.Bogomoletz Institute of Physiology, NAS of Ukraine, Kiev, 2004.

The dissertation is devoted to investigation of calcium signaling in primary (dorsal root ganglia, DRG) and secondary (dorsal horn, DH) sensory neurons under experimentally-induced neuropathic and inflammatory pain. We have shown an increase in cytosolic free calcium concentration and level of residual calcium after depolarization-induced calcium increase in both primary and secondary nociceptive neurons of diabetic animals. We have not found any changes in these parameters in neurons of carrageenan-inflamed animals. We have shown a significant decrease in amplitudes of [Са²⁺]_і transients induced by activation of calcium release from the ER calcium stores of DRG and DH neurons of both neuropathic and inflamed animals as compared to control ones. It has been shown that under diabetic neuropathy the involvement of high-threshold calcium channels in the generation of calcium transients are increased. At the same time peripheral inflammation causes an increase in membrane currents and calcium transients induced by ionotropic glutamate receptor activation in DH neurons. The above mentioned abnormalities in calcium signaling of spinal sensory neurons might be a common mechanism of changes in nociceptive signal transduction under inflammatory and neuropathic pain.

Key words: diabetic neuropathy; peripheral inflammation; dorsal root ganglia; dorsal horn; neuron; calcium signaling.

Размещено на Allbest.ru