Определение ГАМК-эргических нейронов и синаптических терминалей в головном мозге крысы с использованием иммуногистохимической реакции к двум изоформам глутаматдекарбоксилазы

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Обоснование. Принимая во внимание высокую актуальность изучения ГАМК-эргической системы головного мозга, а также информативность иммуногистохимических подходов в лабораторных исследованиях, представляется важным иметь в распоряжении метод, позволяющий выявлять клетки, синтезирующие ГАМК, их проекции и синапсы, для проведения морфофункционального анализа ГАМК-эргической системы как в норме, так и при моделировании экспериментальной патологии.

Цель — выявление ГАМК-эргических нейронов и синаптических терминалей в головном мозге крысы с использованием трех различных антител к глутаматдекарбоксилазе, а также определение оптимальных условий для постановки иммуногистохимической реакции.

Материалы и методы. Исследование выполняли на парафиновых срезах головного мозга пяти половозрелых крыс породы Вистар. Проводили иммуногистохимическую реакцию с помощью трех видов антител против глутаматдекарбоксилазы изоформ 67 (GAD67) и 65 (GAD65). Были также осуществлены дополнительные контрольные реакции на препаратах головного мозга мыши линии C57/Bl6 и кролика породы Шиншилла.

Результаты. Антитела позволили добиться высокого качества окраски ГАМК-эргических структур при малом уровне фона. Вместе с этим разные типы антител отличаются по эффективности при постановке иммуногистохимической реакции на срезах головного мозга лабораторных животных. При проведении дополнительных контрольных реакций выявлена необходимость адсорбции иммуноглобулинов вторичных реагентов с целью устранения неспецифической реакции при работе с головным мозгом крысы. Наблюдались различия в распределении GAD65 и GAD67 в структурах конечного мозга крысы. Отмечено, что по сравнению с иммуногистохимической реакцией на GAD65 окраска на GAD67 позволяет наиболее полно выявить ГАМК-эргические структуры. Продемонстрирована возможность определения морфологических характеристик ГАМК-эргических нейронов и синаптических терминалей, а также выполнения количественного анализа.

Выводы. Предложенный методический подход позволяет иммуноселективно выявлять ГАМК-эргические структуры центральной нервной системы различных лабораторных животных, что может оказаться полезным как для проведения фундаментальных исследований, так и для изучения заболеваний.

Об авторах

Валерия Алексеевна Разенкова

Институт экспериментальной медицины

Автор, ответственный за переписку.
Email: valeriya.raz@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3997-2232
SPIN-код: 8877-8902
Scopus Author ID: 57219609984
ResearcherId: AAH-1333-2021

аспирант, младший научный сотрудник лаборатории функциональной морфологии центральной и периферической нервной системы Отдела общей и частной морфологии

Россия, Санкт-Петербург

Дмитрий Эдуардович Коржевский

Институт экспериментальной медицины

Email: DEK2@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2456-8165
SPIN-код: 3252-3029
Scopus Author ID: 12770589000

д-р мед. наук, профессор РАН, заведующий лабораторией функциональной морфологии центральной и периферической нервной системы Отдела общей и частной морфологии

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Gerfen C.R., Economo M.N., Chandrashekar J. Long distance projections of cortical pyramidal neurons // J. Neurosci. Res. 2018. Vol. 96, No. 9. P. 1467–1475. doi: 10.1002/jnr.23978
  2. Xu Q., Cobos I., De La Cruz E. et al. Origins of cortical interneuron subtypes // J. Neurosci. 2004. Vol. 24, No. 11. P. 2612–2622. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5667-03.2004
  3. Kubota Y. Untangling GABAergic wiring in the cortical microcircuit // Curr. Opin. Neurobiol. 2014. No. 26. P. 7–14. doi: 10.1016/j.conb.2013.10.003
  4. Kimoto S., Bazmi H.H., Lewis D.A. Lower expression of glutamic acid decarboxylase 67 in the prefrontal cortex in schizophrenia: contribution of altered regulation by Zif268 // Am. J. Psychiatry. 2014. Vol. 171, No. 9. P. 969–978. doi: 10.1176/appi.ajp.2014.14010004
  5. LeWitt P.A., Rezai A.R., Leehey M.A. et al. AAV2-GAD gene therapy for advanced Parkinson’s disease: a double-blind, sham-surgery controlled, randomised trial // Lancet Neurol. 2011. Vol. 10, No. 4. P. 309–319. doi: 10.1016/S1474-4422(11)70039-4
  6. McQuail J.A., Frazier C.J., Bizon J.L. Molecular aspects of age-related cognitive decline: the role of GABA signaling // Trends Mol. Med. 2015. Vol. 21, No. 7. P. 450–460. doi: 10.1016/j.molmed.2015.05.002
  7. Seney M.L., Tripp A., McCune S. et al. Laminar and cellular analyses of reduced somatostatin gene expression in the subgenual anterior cingulate cortex in major depression // Neurobiol. Dis. 2015. No. 73. P. 213–219. doi: 10.1016/j.nbd.2014.10.005
  8. Duman R.S., Sanacora G., Krystal J.H. Altered connectivity in depression: GABA and glutamate neurotransmitter deficits and reversal by novel treatments // Neuron. 2019. Vol. 102, No. 1. P. 75–90. doi: 10.1016/j.neuron.2019.03.013
  9. Силькис И.Г. Роль ацетилхолина и ГАМК-торможения в генерации судорожной активности в нейронных сетях, объединяющих новую кору, гиппокамп, базальные ганглии и таламус // Нейрохимия. 2020. Т. 37, № 2. С. 106–124. doi: 10.31857/S1027813320020120
  10. Теоретические основы и практическое применение методов иммуногистохимии / под ред. Д.Э. Коржевского. 2-е изд. Санкт-Петербург, 2014.
  11. Martin D.L., Liu H., Martin S.B., Wu S.J. Structural features and regulatory properties of the brain glutamate decarboxylases // Neurochem. Int. 2000. Vol. 37, No. 2–3. P. 111–119. doi: 10.1016/s0197-0186(00)00014-0
  12. Petroff O.A. GABA and glutamate in the human brain // Neuroscientist. 2002. Vol. 8, No. 6. P. 562–573. doi: 10.1177/1073858402238515
  13. Kaufman D.L., Houser C.R., Tobin A.J. Two forms of the gamma-aminobutyric acid synthetic enzyme glutamate decarboxylase have distinct intraneuronal distributions and cofactor interactions // J. Neurochem. 1991. Vol. 56, No. 2. P. 720–723. doi: 10.1111/j.1471-4159.1991.tb08211.x
  14. Pinal C.S., Tobin A.J. Uniqueness and redundancy in GABA production // Perspect. Dev. Neurobiol. 1998. Vol. 5, No. 2–3. P. 109–118.
  15. Saper C.B. A guide to the perplexed on the specificity of antibodies // J. Histochem. Cytochem. 2009. Vol. 57, No. 1. P. 1–5. doi: 10.1369/jhc.2008.952770
  16. Коржевский Д.Э., Отеллин В.А., Григорьев И.П. и др. Иммуноцитохимическое выявления нейрональной NO-синтазы в клетках головного мозга крысы // Морфология. 2007. Т. 2, № 4. С. 77–80.
  17. Weller M.G. Quality Issues of Research Antibodies // Anal. Chem. Insights. 2016. No. 11. P. 21–27. doi: 10.4137/ACI.S31614
  18. Bordeaux J., Welsh A., Agarwal S. et al. Antibody validation // Biotechniques. 2010. Vol. 48, No. 3. P. 197–209. doi: 10.2144/000113382
  19. Кирик О.В., Григорьев И.П., Сухорукова Е.Г. и др. Использование методов иммуногистохимии для определения границы между субвентрикулярной зоной и стриатумом // Морфология. 2012. Т. 141, № 1. P. 81–84.
  20. Fritschy J.M. Is my antibody-staining specific? How to deal with pitfalls of immunohistochemistry // Eur. J. Neurosci. 2008. Vol. 28, No. 12. P. 2365–2370. doi: 10.1111/j.1460-9568.2008.06552.x
  21. Ward J.M., Rehg J.E. Rodent immunohistochemistry: pitfalls and troubleshooting // Vet. Pathol. 2014. Vol. 51, No. 1. P. 88–101. doi: 10.1177/0300985813503571
  22. Gown A.M. Diagnostic immunohistochemistry: What can go wrong and how to prevent it // Arch. Pathol. Lab. Med. 2016. Vol. 140, No. 9. P. 893–898. doi: 10.5858/arpa.2016-0119-RA
  23. Korzhevskii D.E., Sukhorukova E.G., Kirik O.V., Grigorev I.P. Immunohistochemical demonstration of specific antigens in the human brain fixed in zinc-ethanol-formaldehyde // Eur. J. Histochem. 2015. Vol. 59, No. 3. P. 5–9. doi: 10.4081/ejh.2015.2530
  24. Greif K.F., Erlander M.G., Tillakaratne N.J., Tobin A.J. Postnatal expression of glutamate decarboxylases in developing rat cerebellum // Neurochem. Res. 1991. Vol. 16, No. 3. P. 235–242. doi: 10.1007/BF00966086
  25. Martin D.L., Rimvall K. Regulation of gamma-aminobutyric acid synthesis in the brain // J. Neurochem. 1993. Vol. 60, No. 2. P. 395–407. doi: 10.1111/j.1471-4159.1993.tb03165.x
  26. Muñoz-Manchado A.B., Bengtsson Gonzales C., Zeisel A. et al. Diversity of interneurons in the dorsal striatum revealed by single-cell RNA sequencing and PatchSeq // Cell. Rep. 2018. Vol. 24, No. 8. P. 2179–2190.e7. doi: 10.1016/j.celrep.2018.07.053
  27. Lim L., Mi D., Llorca A., Marín O. Development and functional diversification of cortical interneurons // Neuron. 2018. Vol. 100, No. 2. P. 294–313. doi: 10.1016/j.neuron.2018.10.009
  28. Petilla Interneuron Nomenclature Group; Ascoli G.A., Alonso-Nanclares L., Anderson S.A. et al. Petilla terminology: nomenclature of features of GABAergic interneurons of the cerebral cortex // Nat. Rev. Neurosci. 2008. Vol. 9, No. 7. P. 557–568. doi: 10.1038/nrn2402
  29. Feldmeyer D., Qi G., Emmenegger V., Staiger J.F. Inhibitory interneurons and their circuit motifs in the many layers of the barrel cortex // Neuroscience. 2018. Vol. 368. P. 132–151. doi: 10.1016/j.neuroscience.2017.05.027
  30. Tremblay R., Lee S., Rudy B. GABAergic interneurons in the neocortex: From cellular properties to circuits // Neuron. 2016. Vol. 91, No. 2. P. 260–292. doi: 10.1016/j.neuron.2016.06.033
  31. Зайцев А.В. Классификация и функции ГАМК-эргических интернейронов новой коры млекопитающих // Биологические мембраны. 2013. Т. 30, № 4. С. 253–270. doi: 10.7868/S0233475513040099
  32. Markram H., Toledo-Rodriguez M., Wang Y. et al. Interneurons of the neocortical inhibitory system // Nat. Rev. Neurosci. 2004. Vol. 5, No. 10. P. 793–807. doi: 10.1038/nrn1519
  33. Wang J., Tian Y., Zeng L.H., Xu H. Prefrontal disinhibition in social fear: A vital action of somatostatin interneurons // Front. Cell. Neurosci. 2020. Vol. 14. P. 611732. doi: 10.3389/fncel.2020.611732
  34. Guet-McCreight A., Skinner F.K., Topolnik L. Common principles in functional organization of VIP/calretinin cell-driven disinhibitory circuits across cortical areas // Front. Neural. Circuits. 2020. Vol. 14. P. 32. doi: 10.3389/fncir.2020.00032
  35. Bereshpolova Y., Hei X., Alonso J.M., Swadlow H.A. Three rules govern thalamocortical connectivity of fast-spike inhibitory interneurons in the visual cortex // Elife. 2020. Vol. 9. P. e60102. doi: 10.7554/eLife.60102
  36. Разенкова В.А., Коржевский Д.Э. ГАМК-эргические аксосоматические синапсы нейронов коры головного мозга крысы // Цитология. 2020. Т. 62, № 11. С. 815–821. doi: 10.31857/S0041377120110097
  37. Колос Е.А., Коржевский Д.Э. Неоднородность реакции на холинацетилтрансферазу в холинергических нейронах // Нейрохимия. – 2016. – Т. 33. – № 1. – C. 56–62.
  38. Andrews W.D., Barber M., Nemitz M. et al. Semaphorin3A-neuropilin1 signalling is involved in the generation of cortical interneurons // Brain. Struct. Funct. 2017. Vol. 222, No. 5. P. 2217–2233. doi: 10.1007/s00429-016-1337-3

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. ГАМК-эргические окончания на пирамидном нейроне коры большого мозга: a — головной мозг крысы; иммуногистохимическая реакция на GAD67 с использованием поликлональных кроличьих антител; b — головной мозг кролика; иммуногистохимическая реакция на GAD67 с использованием моноклональных мышиных антител. Об. ×100. Стрелки указывают на синаптические терминали ГАМК-эргических нейронов, звездочка — на пирамидные нейроны

Скачать (360KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Глутаматдекарбоксилаза в структурах конечного мозга крысы. Фронтальные срезы на уровне –0,4 мм от Брегмы: a — распределение GAD67; b — распределение GAD65; c — схема структур конечного мозга. ДС — дорсальный стриатум (хвостатое ядро и скорлупа); БШ — бледный шар; Септ — септальная зона

Скачать (322KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ГАМК-эргические нейроны в коре головного мозга крыс: a — звездчатый нейрон; b — веретеновидный нейрон; c — треугольный нейрон; d — овальный нейрон; e — круглый нейрон. Об. ×100

Скачать (373KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Количественная оценка ГАМК-эргических интернейронов в стриатуме и коре головного мозга крыс: а — число ГАМК-эргических нейронов разных областей мозга; b — площадь ГАМК-эргических нейронов разных областей мозга. * статистически значимые различия показателей (p < 0,001)

Скачать (103KB)
Метаданные

© Разенкова В.А., Коржевский Д.Э., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).