Regulation of Action Potential Frequency and Amplitude by T-type Ca2+ Channel During Spontaneous Synchronous Activity of Hippocampal Neurons


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

In this paper, the changes in the frequency and amplitude of action potentials (AP) were investigated depending on the depolarization caused by the Ca2+ channels activity during the spontaneous synchronous activity (SSA) of hippocampal neurons in culture. It is known that the pacemaker neuronal electrical activity can be both tonic and bursting. Using the image analysis to measure [Са2+]i and patch-clamp to register the membrane potential we show that depolarization caused by the GABA(A) receptor inhibitor results in a pattern of SSA in which tonic APs frequency of 2−3 Hz are generated by a neuron without any changes in cytosolic free Ca2+ concentration, ([Ca2+]i). The tonic mode is interrupted by bursts activity, which is accompanied by slow depolarization and calcium pulses. The inhibitor of T-type calcium channels, ML218, suppresses this process. The frequency and amplitude of the AP are regulated by slow depolarization pulses as follows: on the depolarization front, the APs frequency increases. At the same time, the amplitude decreases due to Na+ channels inactivation. The higher is the depolarization rate, the higher is the APs frequency. If slow depolarization amplitude exceeds Na+ channels reactivation potential, the neuronal impulse activity stops. As the [Ca2+]i increases and Ca2+-dependent K+ channels are activated, depolarization amplitude decreases slowly, and Na+ channels are reactivated, which leads to a gradual increase in the amplitude of APs against the background of depolarization decrease. The frequency of APs on the backside of depolarization pulse slows down to 3–4 Hz due to the occurrence of the faster Ca2+-potential oscillations (micro bursts of AP). Under these conditions, only one AP can be generated due to rapid depolarization at the leading edge. After that, APs generation is suppressed due to Na+ channel inactivation. The frequency of APs in this case coincides with the Ca2+ channel activation frequency (3−4 Hz). The burst firing is terminated due to [Ca2+]i increase, Ca2+-dependent K+ channels activation, and voltage-gated Ca2+ channels (VGCC) inactivation. As a result, the membrane is hyperpolarized even more (10 mV lower than the critical potential), that suppress AP generation, activate HCN-like channels and reactivate Na+ and VGCC. The activity of HCN-like channels increases, the membrane slowly depolarizes and reaches the threshold potential. The generation of tonic APs begins, and then, the Ca2+ channels opens, and Ca2+ potential and Ca2+ signal induced again. Thus, the Ca2+-channels, is determining the pulse of slow depolarization, control the frequency and the amplitude of APs during SSA, regulating the activation and inactivation conditions of Na+ channels. The T-type channels inhibitors reduce the duration of burst firing and Ca2+ impulse in neurons in vitro, stimulating their survival during hyperexcitation and ischemia. Thus, reducing the Ca2+ pulse duration caused by the inhibitors of T-type Ca2+-channels, can be one of the reasons for the known neuroprotective effect of these compounds.

Keywords: spontaneous synchronous activity of neurons, calcium signal, T-type calcium channels, voltage-gated calcium channels, action potential, genesis of bursting activity, action potential bursts, depolarization shift, critical potential

Об авторах

I. Teplov

Institute of Cell Biophysics of the Russian Academy of Sciences

Email: vpz@mail.ru
Россия, Pushchino, Moscow oblast, 142290

S. Tuleukhanov

Al-Farabi Kazakh National University

Email: vpz@mail.ru
Казахстан, Almaty

V. Zinchenko

Institute of Cell Biophysics of the Russian Academy of Sciences

Автор, ответственный за переписку.
Email: vpz@mail.ru
Россия, Pushchino, Moscow oblast, 142290

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Pleiades Publishing, Inc., 2018

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».