Влияние реактивной глии Бергмана на кратковременную синаптическую пластичность в моделях мозжечковой нейродегенерации, вызванной хронической активацией ChR2 и экспрессией мутантного атаксина-1
- Авторы: Шуваев А.Н.1,2, Белозер О.С.1, Можей О.И.3, Яковлева Д.А.2, Шуваев А.Н.2, Смольникова М.В.1,4, Пожиленкова Е.А.1, Каспаров С.5, Салмин В.В.1, Салмина А.Б.1
-
Учреждения:
- ФГБОУ ВО «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого»
- ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»
- ФГАОУ ВО «Балтийский федеральный университет»
- Научно-исследовательский институт медицинских проблем Севера ФГБНУ Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
- Университет Бристоля
- Выпуск: Том 15, № 1 (2021)
- Страницы: 51-58
- Раздел: Оригинальные статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2075-5473/article/view/124140
- DOI: https://doi.org/10.25692/ACEN.2021.1.6
- ID: 124140
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Нарушение синаптической пластичности происходит на ранних стадиях нейродегенеративного процесса и потенциально обратимо. Исследование механизмов, ассоциированных с синаптической пластичностью при нейродегенеративных состояниях мозжечка, открывает возможности для исследования потенциальных терапевтических средств.
Цель работы — исследование влияния астроцитарного звена на парное облегчение (PPF) в синапсах коры мозжечка мышей с помощью комплекса методов иммуногистохимического, оптогенетического и электрофизиологического анализа.
Материалы и методы. Опыты проведены на 12-недельных мышах линии CD1. Модель астроглиоза мозжечка мыши создавали с помощью хронической активации светочувствительных каналов ChR2 в глии Бергмана и после экспрессии в ней мутантного атаксина-1. Для моделирования астроцит-опосредованной нейродегенерации мозжечка мышам интракортикально вводили векторные конструкции AVV GFAP-ChR2-mKate с последующей хронической 4-дневной фотостимуляцией in vivo и LVV GFAP-ATXN1[Q85]-Flag без фотостимуляции. Мышам контрольных групп вводили физиологический раствор или LVV GFAP-ATXN1[Q2]-Flag. Динамику PPF-возбуждающих постсинаптических токов клеток Пуркинье регистрировали с помощью метода локальной фиксации потенциала. Экспрессию anti-GFAP, mKate и anti-Ataxin1 в коре мозжечка изучали методом иммуногистохимии.
Результаты. Для реактивной глии коры мозжечка после хронической фотостимуляции характерно повышение иммунореактивности анти-GFAP и изменение морфологии в виде извитости их отростков. У таких животных в синапсах клеток Пуркинье с параллельными волокнами коэффициент PPF был значительно увеличен из-за нарушения обратного захвата глутамата и перераздражения пресинапса этим нейромедиатором. Однако фотоактивация реактивной глии Бергмана приводила к резкому замедлению глутамат-глутаминового цикла и истощению пула глутамата на пресинапсе с последующим постепенным уменьшением коэффициента PPF. Подобные патологические механизмы найдены в нейродегенеративной модели с селективным поражением глии Бергмана мутантным атаксином-1.
Заключение. Астроциты оказывают влияние на кратковременную синаптическую пластичность, такую как PPF. При астроглиозе мозжечка нарушение PPF носит многоуровневый характер: изначально высокий уровень PPF значительно уменьшается после активации глии Бергмана, что связано с нарушением обратного захвата глутамата реактивной глией.
Об авторах
Антон Николаевич Шуваев
ФГБОУ ВО «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого»;ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»
Автор, ответственный за переписку.
Email: shuvaevanton@hotmail.com
Россия, Красноярск
Ольга Сергеевна Белозер
ФГБОУ ВО «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого»
Email: shuvaevanton@hotmail.com
Россия, Красноярск
Олег Игоревич Можей
ФГАОУ ВО «Балтийский федеральный университет»
Email: shuvaevanton@hotmail.com
Россия, Калининград
Дарья Андреевна Яковлева
ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»
Email: shuvaevanton@hotmail.com
Россия, Красноярск
Андрей Николаевич Шуваев
ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»
Email: shuvaevanton@hotmail.com
Россия, Красноярск
Марина Викторовна Смольникова
ФГБОУ ВО «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого»;Научно-исследовательский институт медицинских проблем Севера ФГБНУ Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Email: shuvaevanton@hotmail.com
Россия, Красноярск
Елена Анатольевна Пожиленкова
ФГБОУ ВО «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого»
Email: shuvaevanton@hotmail.com
Россия, Красноярск
Сергей Каспаров
Университет Бристоля
Email: shuvaevanton@hotmail.com
Великобритания, Бристоль
Владимир Валерьевич Салмин
ФГБОУ ВО «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого»
Email: shuvaevanton@hotmail.com
Россия, Красноярск
Алла Борисовна Салмина
ФГБОУ ВО «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого»
Email: shuvaevanton@hotmail.com
Россия, Красноярск
Список литературы
- Goodlett C.R., Mittleman G. The Cerebellum. In: Conn P.M. (ed.). Conn's Translational Neuroscience. London, 2016: 191–212. doi: 10.1016/C2014-0-02630-5.
- Tyrrell T., Willshaw D. Cerebellar cortex: its simulation and the relevance of Marr's theory. Philos Trans R Socb Lond B Biol Sci. 1992; 336(1277): 239–257. doi: 10.1098/rstb.1992.0059. PMID: 1353267.
- Hughes J.R. Post-tetanic рotentiation. Physiol Rev. 1958; 38(1): 91–113. doi: 10.1152/physrev.1958.38.1.91. PMID: 13505117.
- Regehr W.G. Short-term presynaptic plasticity. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2012; 4(7): a005702. doi: 10.1101/cshperspect.a005702. PMID: 22751149.
- Díaz-Rojas F., Sakaba T., Kawaguchi S.Y. Ca2+ current facilitation determines short-term facilitation at inhibitory synapses between cerebellar Purkinje cells. J Physiol. 2015; 593(22): 4889–4904. doi: 10.1113/JP270704. PMID: 26337248.
- Zucker R.S., Regehr W.G. Short-term synaptic plasticity. Annu Rev Physiol. 2002; 64: 355–405. doi: 10.1146/annurev.physiol.64.092501.114547. PMID: 11826273.
- Tani H., Dulla C.G., Farzampour Z. et al. A local glutamate-glutamine cycle sustains synaptic excitatory transmitter release. Neuron. 2014; 81(4): 888–900. doi: 10.1016/j.neuron.2013.12.026. PMID: 24559677.
- Lee A., Anderson A.R., Beasley S.J. et al. A new splice variant of the glutamate-aspartate transporter: cloning and immunolocalization of GLAST1c in rat, pig and human brains. J Chem Neuroanat. 2012; 43(1): 52–63. doi: 10.1016/j.jchemneu.2011.10.005. PMID: 22026960.
- Valtcheva S., Venance L. Control of long-term plasticity by glutamate transporters. Front Synaptic Neurosci. 2019; 11: 10. doi: 10.3389/fnsyn.2019.00010. PMID: 31024287.
- Belozor O.S., Yakovleva D.A., Potapenko I.V. et al. Extracellular S100β disrupts Bergman glia morphology and synaptic transmission in cerebellar Purkinje cells. Brain Sci. 2019; 9(4): pii: E80. doi: 10.3390/brainsci9040080. PMID: 31013844.
- Klement I.A., Skinner P.J., Kaytor M.D. et al. Ataxin-1 nuclear localization and aggregation: role in polyglutamine-induced disease in SCA1 transgenic mice. Cell. 1998; 95(1): 41–53. doi: 10.1016/s0092-8674(00)81781-x. PMID: 9778246.
- Zinebi F., Russell R.T., McKernan M., Shinnick-Gallagher P. Comparison of paired-pulse facilitation of AMPA and NMDA synaptic currents in the lateral amygdala. Synapse. 2001; 42(2): 115–127. doi: 10.1002/syn.1107. PMID: 11574948.
- Shuvaev A.N., Hosoi N., Sato Y. et al. Progressive impairment of cerebellar mGluR signalling and its therapeutic potential for cerebellar ataxia in spinocerebellar ataxia type 1 model mice. J Physiol. 2017; 595(1): 141–164. doi: 10.1113/JP272950. PMID: 27440721.
- Liu B., Paton J.F., Kasparov S. Viral vectors based on bidirectional cell-specific mammalian promoters and transcriptional amplification strategy for use in vitro and in vivo. BMC Biotechnol. 2008; 8: 49. doi: 10.1186/1472-6750-8-49. PMID: 18485188.
- Gourine A.V., Kasymov V., Marina N. et al. Astrocytes сontrol breathing through pH-dependent release of ATP. Science. 2010; 329(5991): 571–575. doi: 10.1126/science.1190721. PMID: 20647426.
- Figueiredo M., Lane S., Stout R.F. Jr. et al. Comparative analysis of optogenetic actuators in cultured astrocytes. Cell Calcium. 2014; 56(3): 208–214. doi: 10.1016/j.ceca.2014.07.007. PMID: 25109549.
- Hewinson J., Paton J.F., Kasparov S. Viral gene delivery: optimized protocol for production of high titer lentiviral vectors. Methods Mol Biol. 2013; 998: 65–75. doi: 10.1007/978-1-62703-351-0_5. PMID: 23529421.
- Han C.L., Zhao X.M., Liu Y.P. et al. Gene expression profiling of two epilepsy models reveals the ECM/Integrin signaling pathway is involved in epiletogenesis. Neuroscience. 2019; 396: 187–199. doi: 10.1016/j.neuroscience.2018.10.021. PMID: 30452975.
- Satake S., Inoue T., Imoto K. Paired-pulse facilitation of multivesicular release and intersynaptic spillover of glutamate at rat cerebellar granule cell-interneurone synapses. J Physiol. 2012; 590(22): 5653–5675. doi: 10.1113/jphysiol.2012.234070. PMID: 22930264.
- Armbruster M., Hanson E., Dulla C.G. Glutamate clearance is locally modulated by presynaptic neuronal activity in the cerebral cortex. J Neurosci. 2016; 36(40): 10404–10415. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2066-16.2016. PMID: 27707974.