Висновки

1. За допомогою методів позаклітинної електричної стимуляції та фіксації потенціалу на мембрані культивованих нейронів гіпокампу було досліджено короткочасну пластичність гальмівної синаптичної передачі. Показано, що у регуляції гальмівної синаптичної передачі між культивованими нейронами гіпокампу приймають участь не тільки ті кальцієві депо ендоплазматичного ретикулуму, що зосереджені безпосередньо у пресинаптичному закінченні, а й такі, що розташовані в постсинаптичних клітинах.

2. За характером короткочасної синаптичної пластичності при парній стимуляції ГАМК-ергічні зв'язки між культивованими нейронами можна розділити на дві групи, одна з яких демонструє депресію, а друга - полегшення. При цьому параметри викликаних гальмівних постсинаптичних струмів у цих групах не відрізняються.

3. Показано, що пластичність залежить від агоніст-активованого спустошення ріанодин-чутливих кальцієвих депо. Вичерпання запасів депонованого кальцію збільшує ступінь депресії при парній стимуляції у відповідній групі клітин. В той самий час кофеїн-індуковане спустошення депо, пригнічуючи постсинаптичні струми, не змінює пластичності синаптичної передачі, залежної від використання, в жодній з груп клітин.

4. На поодиноких синаптичних терміналях за нормальних умов спостерігається тільки депресія при парній стимуляції. Зовнішньоклітинна концентрація іонів кальцію істотно впливає на характер короткочасної пластичності синаптичних зв'язків між культивованими нейронами гіпокампу: її підвищення здатне збільшувати ступінь депресії при парній стимуляції поодинокої терміналі, а зниження - інвертувати депресію у полегшення. При цьому зміна величини деполяризації поодинокої синаптичної терміналі якісно не впливає на форму короткочасної пластичності за використаних зовнішньоклітинних концентрацій кальцію.

5. Спустошення ретикулярних кальцієвих депо при стимуляції як поодинокої терміналі, так і багатьох закінчень одного аксона за допомогою кофеїну пригнічує постсинаптичні струми, проте ефективність синаптичного зв'язку залишається на тому самому рівні. Постсинаптичні струми, викликані стимуляцію поодинокої терміналі, пригнічуються у меншій мірі в порівнянні з такими, що виникають при активації багатьох синаптичних закінчень одночасно.

Перелік опублікованих праць здобувача за темою дисертації

Статті

1. Kravchenko, M.O., Moskalyuk, A.O., Kolodin, Yu.O., Veselovsky, N.S., Fedulova, S.A. Activation of ryanodine receptors influences the pair-pulsed depression in cultured rat hippocampal neurons // Фізіологічний журнал.- 2004.-Т.50, №4.- С. 50-56.

2. Kravchenko, M.O., Moskalyuk, A.O., Fedulova, S.A., Veselovsky, N.S. Calcium-dependent changes of paired-pulse modulation at single GABAergic synapses // Neuroscience Letters.- 2006.- Vol.395,№2.- P.133-137

3. Кравченко Н.А, Москалюк А.А, Федулова С.А., Веселовский Н.С. Влияние внеклеточной концентрации кальция и силы стимуляции на кратковременную пластичность в одиночных тормозных синапсах в культуре нейронов гиппокампа // Нейрофизиология/Neurophysiology.- 2006.- Т.38, №2. - С. 96-102

Тези доповідей

1. Kravchenko, M., Moskalyuk, A., Fedulova, S., Veselovsky, N. Modulation of GABA-mediated currents by CICR // Proc. of Second Kiev Symposium “Smooth Muscle Physiology and Biophysics”.- Kiev (Ukraine).-Neirofiziologiya/Neurophysiology.-2003.- Vol.35, №3/4.- P. 356.

2. Kravchenko, M., Moskalyuk, A., Kolodin, Yu., Fedulova, S., Veselovsky, M. Influence of caffeine on inhibitory synaptic transmission in cultured hippocampal neurons // Proc. of Conference for Young Scientists "Perspective directions of scientific investigations".- Kiev (Ukraine).- Neirofiziologiya/Neurophysiology.- 2004.- Vol.36, №1.- P. 81-82.

3. Kravchenko, M., Moskalyuk, A., Kolodin, Yu., Fedulova, S., Veselovsky, N. Influence of ryanodine-receptor agonists on short-term depression in cultured rat hippocampal neurons // Proc. of First (Inaugural) Ukrainian Congress for Cell Biology.- Lviv (Ukraine).- 2004.- P. 312.

4. Kravchenko, M., Moskalyuk, A., Kolodin, Yu., Veselovsky, N., Fedulova, S. Agonists of Endoplasmic Reticular Ryanodine-Receptors Inhibit Synaptic Transmission in Cultured Rat Hippocampal Neurons // Proc. of International Workshop in Cell Physiology "Transport Mechanisms Across Cell Membranes: Channels and Pumps".- St.Petersburg (Russia).- 2004.- P.39.

5. Кравченко М.О., Москалюк А.О., Федулова С.А., Веселовський М.С. Регуляція короткочасної синаптичної пластичності за рахунок спустошення кальцієвих депо ендоплазматичного ретикулуму // Матеріали ІІ науково-практичної конференції молодих вчених та спеціалістів “Актуальні проблеми фармакології та токсикології”.- Київ. - К.: Архетип, 2005. - С. 31-32.

Анотація

Кравченко М.О. “Кальцієва регуляція гальмівної синаптичної передачі між нейронами культури гіпокампу”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.02 - біофізика - Інститут фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України, Київ, 2006

Дисертація присвячена дослідженню впливу кальцієвих депо ендоплазматичного ретикулуму на короткочасну пластичність гальмівної синаптичної передачі між культивованими нейронами гіпокампу щура. Використання методик електричної позаклітинної стимуляції нервового волокна та поодинокого синаптичного закінчення в комбінації з фіксацією мембранного потенціалу, а також швидкою локальною суперфузією дало змогу дослідити характеристики постсинаптичних струмів і пластичність при парній стимуляції. На прикладі розгляду популяції культивованих нейронів гіпокампу новонароджених щурів було продемонстровано наявність двох груп клітин, для яких характерні різні види пластичності при парній стимуляції - депресія та полегшення. Показано, що спустошення ретикулярних кальцієвих депо пригнічує не тільки амплітуду ГАМК-ергічних постсинаптичних струмів, а й регулює силу короткочасної синаптичної пластичності, але в той самий час не змінює якісно її характеру й не впливає на кінетичні характеристики гальмівних струмів. Вивчено залежності параметрів ГАМК-ергічних струмів при парній стимуляції поодинокої пресинаптичної терміналі від амплітуди стимулюючої напруги та зовнішньоклітинної концентрації іонів кальцію. Було зроблено висновок про те, що як пре-, так і постсинаптичні кальцієві депо ендоплазматичного ретикулуму можуть відігравати суттєву роль у регуляції викликаних гальмівних постсинаптичних струмів.

Ключові слова: Кальцієві депо, короткочасна синаптична пластичність, викликані гальмівні постсинаптичні струми, культура нейронів гіпокампу.

Аннотация

Кравченко Н.А. “Кальциевая регуляция тормозной синаптической передачи между нейронами культуры гиппокампа”. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.02.- биофизика - Институт физиологии им. А.А.Богомольца НАН Украины, Киев, 2006.

Диссертация посвящена исследованию влияния кальциевых депо эндоплазматического ретикулума на кратковременную пластичность тормозной синаптической передачи между культивированными нейронами гиппокампа крысы. Использование методик электрической внеклеточной стимуляции нервного волокна и одиночного синаптического окончания в комбинации с фиксацией мембранного потенциала, а также быстрой локальной суперфузии дало возможность изучить характеристики постсинаптических токов и пластичность при парной стимуляции. На примере рассмотрения популяции культивированных нейронов гиппокампа новорожденных крыс было продемонстрировано наличие двух групп клеток, для которых характерны различные виды пластичности при парной стимуляции - депрессия и фасилитация. Показано, что опустошение ретикулярных кальциевых депо угнетает не только амплитуду ГАМК-эргических постсинаптических токов, а и изменяет силу кратковременной синаптической пластичности, и в то же самое время не изменяет качественно ее характера и не влияет на кинетические характеристики тормозных токов. Изучены зависимости параметров ГАМК-эргических токов при парной стимуляции одиночной пресинаптической терминали от амплитуды стимулирующего напряжения и внеклеточной концентрации ионов кальция. Был сделан вывод о том, что как пре-, так и постсинаптические кальциевые депо эндоплазматического ретикулума могут играть существенную роль в регуляции вызванных тормозных постсинаптических токов.

Ключевые слова: Кальциевые депо, кратковременная синаптическая пластичность, вызванные тормозные постсинаптические токи, культура нейронов гиппокампа.

annotation

Kravchenko M.O. Calcium regulation of inhibitory synaptic transmission between neurons in hippocampal culture. - Manuscript

Thesis for Candidate of Sciences degree in speciality 03.00.02 - biophysics - Bogomoletz Institute of Physiology, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2006.

This work is devoted to investigation of influence of calcium stores of endoplasmic reticulum on short-term plasticity of inhibitory synaptic transmission between cultured rat hippocampal neurons. Using such techniques like electrical external stimulation of the nerve fiber and of a single synaptic ending together with patch-clamp and fast local superfusion techniques allowed the studying of characteristics of evoked inhibitory postsynaptic currents (eIPSCs) and their paired-pulse modulation. Experiments with consecutive excluding of postsynaptic (investigation of spontaneous activity) and presynaptic factors (-aminobutyric acid-induced currents) allowed to conclude that either pre- or postsynaptic calcium stores may play an essential role in regulation of evoked inhibitory postsynaptic currents.

By the example of examination of population of cultured hippocampal neurons taken form newborn rats the existence of two cell groups distinguished by different short-term synaptic plasticity patterns - paired-pulse depression (PPD, 64% of cases) and facilitation (PPF, 36% of cases)- was shown. Differences of parameters of eIPSCs between groups were evaluated and found to be not statistically significant. On the basis of literature data analysis it was concluded that differing paired-pulse modulation patterns are due to origin of presynaptic cells in culture from various regions of the hippocampus.

It was demonstrated that emptying of reticular calcium stores by initiating of calcium-induced calcium release (extracellular application of either caffeine or ryanodine) not only inhibits the amplitude of GABAergic postsynaptic currents but also modulates the strength of short-term synaptic plasticity. At the same time, neither its pattern nor kinetic properties of inhibitory currents were subjects to change. Depletion of calcium stores, evoked by ryanodine application, produced more pronounced depression in a group of cells with paired-pulse ratio less than 1. At the same time caffeine-induced depletion, inhibiting postsynaptic currents, did not changed the use-dependent plasticity in any group of cells.

Dependencies of parameters of GABAergic currents evoked by paired-pulse stimulation of a single presynaptic terminal on amplitude of the stimulus voltage and extracellular concentration of calcium ions ([Ca²⁺]_o) were examined. Under normal conditions only paired-pulse depression was observed in neurons. Inverse U-shaped eIPSCs amplitude vs stimulus strength relationships were obtained and attributed to peculiarities of voltage dependencies of Ca²⁺ channels in presynaptic terminals. It appeared that increasing of [Ca²⁺]_o led to more pronounced form of paired-pulse depression while decreasing induced reversion from PPD to PPF. The latter was accompanied by dramatic changes of all eIPSCs parameters in average. The shapes of dependencies of characteristics on stimulus voltage remained unchanged excluding the probability of release diagram, which showed saturation effect at high stimulus voltages.

Comparison of effects of caffeine application on IPSCs' characteristics during single-terminal or whole-axon stimulation revealed slight distinctions that could be explained in scope of involvement of different quantities of synaptic endings in the process of neurotransmission. In particular, more than two-fold augmentation of coefficient of variance of amplitudes of eIPSCs for whole axons (comparing to its decrease for single synapses) was attributed to possibility of synapses' location either on proximal or on distal dendrites of the neuron in the first case. Invariability of such an essential characteristic like paired-pulse ratio during depletion of internal calcium stores of endoplasmic reticulum indicates that mechanisms responsible for recovery of readily-releasable pool of vesicles in presynaptic terminal are not influenced by caffeine.

The data reported essentially broaden the up-to-date knowledge about the mechanisms responsible for calcium-dependent regulation of efficiency of inhibitory synaptic connections in central nervous system.

Keywords: Calcium stores, short-term synaptic plasticity, evoked inhibitory postsynaptic currents, cultured hippocampal neurons.

Размещено на Allbest.ru