Медведев Николай Ильич ГИППОКАМПА ГИБЕРНИРУЮЩИХ СУСЛИКОВ И ГИПОТЕРМНЫХ

На правах рукописи
Медведев Николай Ильич
ТРЕХМЕРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СИНАПСОВ IN VIVO В ПОЛЕ СА1
ГИППОКАМПА ГИБЕРНИРУЮЩИХ СУСЛИКОВ И ГИПОТЕРМНЫХ
КРЫС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕРИЙНЫХ УЛЬТРАТОНКИХ СРЕЗОВ
Специальность “Биофизика” 03.00.02
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Пущино 2004
Работа выполнена в Филиале Института Биоорганической Химии РАН,
Институте Биофизики Клетки РАН.
Научные руководители:
доктор биологических наук
кандидат биологических наук
Попов В.И.
Садовников В.Б.
Основные оппоненты:
член-корреспондент РАМН, проф.
доктор биологических наук, проф.
Анохин К.В.
Мошков Д.А.
Ведущая организация:
Кафедра Высшей Нервной Деятельности Биологического факультета МГУ
имени М.В. Ломоносова.
Защита состоится 11.02.2004 г. в 15.30 на заседании диссертационного совета
Д.002.093.01 при Институте Теоретической и Экспериментальной Биофизики
РАН по адресу: 142490, г. Пущино, ИТЭБ РАН.
С диссертацией можно ознакомиться в центральной библиотеке НЦБИ РАН,
Пущино.
Автореферат разослан 10.01.2004 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат физико-математических наук
Ланина Н.Ф.
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Традиционно, проблемы обучения, памяти и забывания связывают с
нейронной пластичностью, в основе которой лежат изменения в синапсах.
Согласно (Bailey and Kandel, 1993; Bailey et al., 2000) пластичность синапсов
может быть разделена на 2 категории: 1) изменение уже существующих
синапсов; и 2) изменение межнейронных связей, за счет образования новых
синапсов или потери существующих. Считается, что 90% всех возбуждающих
аксо-дендритных синапсов гиппокампа располагается на дендритных шипиках.
Таким образом, предполагается, что синаптическая пластичность связана с
пластичностью дендритных шипиков. К сожалению, размеры дендритных
шипиков очень малы, что не позволяет адекватно оценить их
светомикроскопическими методами, включая конфокальную микроскопию.
Вместе с тем, результаты количественного анализа и моделирования различных
субклеточных структур на основе одиночных ультратонких срезов дают
слишком большую ошибку (Coggeshall and Lekan, 1996). Кроме того, иногда
невозможно точно идентифицировать дендритный шипик на одиночном срезе.
С появлением современных компьютеров, и специального программного
обеспечения, а также с развитием технологий изготовления серийных
ультратонких срезов, стало возможным получать точные количественные
характеристики дендритных шипиков и других объектов. В последнее время
появляется все больше работ посвященных трехмерным (3D) реконструкциям и
стереологическому анализу дендритных шипиков и других компонентов
синаптического аппарата. Подавляющее большинство этих работ связано с
изучением пластичности синапсов in vitro, в то время как исследованиям in vivo
уделяется намного меньше внимания.
Данная работа посвящена исследованию синапсов в поле СА1 гиппокампа in
vivo. Поле СА1 было выбрано не случайно, так как оно содержит в
молекулярном слое наиболее характерные для центральной нервной системы
(ц.н.с.) синапсы, которые интенсивно исследуются как in vitro, так и in vivo
(Fiala et al., 1998; Sorra and Harris, 1998; Harris, 1999; Hering and Sheng, 2001;
Segal and Andersen, 2000). В качестве животных моделей были выбраны
гибернация якутского суслика (Citellus undulatus) и гипотермия крыс.
Гибернация сусликов и гипотермия у крыс позволяет получить альтернативные
функциональные состояния
нервной ткани с низкой эффективностью
синаптической передачи при гипотермии/гибернации и нормально
функционирующими синапсами в нормотермии. У гибернирующих сусликов
температура мозга падает до 0оС, а у крыс искусственно вызванная гипотермия
понижает температуру мозга до 16-18оС (Калабухов, 1985; Игнатьев, 1992). При
таких температурах эффективность синаптической передачи резко снижается,
тогда как последующее восстановление животных до нормотермии индуцирует
нормальную работу синапсов. Это позволяет провести сравнительные
исследования синапсов в нормотермии и в условиях низкой функциональной
активности – гипотермии/гибернации. Электронно-микроскопические (ЭМ)
исследования таких синапсов с использованием серийных ультратонких срезов
3
позволяют осуществить поиск морфологических коррелятов синаптической
передачи на субмикронном уровне.
Цель работы
Целью настоящей работы явилось сравнительное количественное и
качественное исследование in vivo организации асимметричных аксодендритных синапсов в поле СА1 гиппокампа гибернирующих сусликов и
гипотермных крыс с использованием серийных ультратонких срезов и
трехмерных реконструкций дендритных шипиков и синаптических органелл.
Основные задачи исследования
1. На основе серийных ультратонких срезов и 3D реконструкций провести
количественный стереологический анализ in vivo 4 категорий синапсов в поле
СА1 гиппокампа у гибернирующих сусликов и гипотермных крыс в
альтернативных физиологических состояниях: гипотермия - нормотермия.
2. Провести количественный сравнительный анализ плотности синапсов в
поле СА1 сусликов и крыс в альтернативных физиологических состояниях.
3. Выполнить 3D реконструкции дендритных шипиков, постсинаптических
уплотнений и других синаптических структур в поле СА1 гиппокампа крысы и
суслика.
4. Разработать программное обеспечение для анализа полученных
трехмерных объектов.
4