Нейродайджест: интересные материалы за август

Аутофосфорилированный CaMKII усиливает распространение спайков* в зрительных нервах крыс

* дендритный спайк (чаще — просто спайк; spike) — потенциал действия, возникающий в дендрите при его фокальной стимуляции.

Повторяющиеся спаечные разряды — механизм, полезный как для передачи информации в синапсах, так и для модуляции формы, скорости проведения и времени наступления спайков. Последнее осуществляется с помощью вольтаж-зависимых изменений ионных токов и может изменять передаваемую аксонами информацию.

В данной работе авторы на примере зрительных нервов взрослых крыс решили проверить, регулирует ли генерацию и распространение спайков CaMKII (Ca2+/кальмодулин-зависимая протеинкиназа II). Было установлено, что анти-Thr286-фосфорилированная CaMKII (pT286) связывается с аксонами малого, среднего и крупного диаметра, и электрическая стимуляция изолированных зрительных нервов вызывает снижение в них уровня pT286: аутофосфорилирование CaMKII ускоряет распространение спайков, а дефосфорилирование CaMKII замедляет его. Одиночные спайки и серии из них замедляют распространение последующих спайков, при этом частота стимуляции прямо пропорциональна степени замедления.

Это и наблюдалось у экспериментальных животных, помещенных в условия с мигающим освещением: оно снизило уровень pT286 в зрительных нервах, а спайки, возникающие при этом как в вышеупомянутых нервах, так и зрительном перекресте, замедляют последующее распространение сигнала по ним. Таким образом, с помощью увеличения времени между успешным распространением спайков и дефосфорилированием pT286 частота спайков постепенно снижается до значения, недостаточного для возникновения последующих спайков, тем самым не позволяя чрезмерно наращивать частоту аксонального потенциала действия и одновременно снижая затраты энергии на поддержание внутриклеточных уровней Na+ и Ca2+.

Вывод: изменение состояния фосфорилирования CaMKII позволяет регулировать скорость и частоту распространения спайков, при этом значение снижения частоты при дефосфорилировании до этого было неизвестно, но данное исследование показало, что это вспомогательный механизм оптимизации, позволяющий снизить затраты энергии на поддержание уровня ионных токов.

Оригинальное название: Autophosphorylated CaMKII Facilitates Spike Propagation in Rat Optic Nerve

Авторы: Gloria J. Partida, Anna Fasoli, Alex Fogli Iseppe, Genki Ogata, Jeffrey S. Johnson, Vithya Thambiaiyah, Christopher L. Passaglia and Andrew T. Ishida

Публикация: Journal of Neuroscience 3 August 2018, 0078-18

DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0078-18.2018

Ссылка: http://www.jneurosci.org/content/early/2018/08/03/JNEUROSCI.0078-18.2018

Упрощение и потеря структурной пластичности вставочных нейронов как маркер возрастного функционального снижения

Изменения в структуре возбуждающих нейронов (в частности, их синапсов) признаны потенциальной физической причиной возрастного ухудшения когнитивных функций. Несмотря на важность торможения в регуляции нейропластичности, на сегодняшний день тормозящие нейроны и возникающие в них возрастные изменения слабо изучены.

В данном исследовании авторы изучали возрастные клеточные и синаптические изменения ингибиторных нейронов зрительной коры мышей. В ходе исследования не было выявлено значимых изменений в количестве тормозных нейронов, распределении подтипов и количестве синапсов, однако различия обнаружились при сравнении морфологических особенностей вставочных нейронов. В частности, у экспериментальных мышей «ветвистость» отростков оказалась значительно упрощена. Фотонная микроскопия in vivo ранее показала, что, в отличии от пирамидных нейронов, ингибиторные вставочные нейроны сохраняют способность к дендритному ремоделированию у взрослых организмов.

Таким образом, исследователи сделали вывод, что вышеупомянутая способность с возрастом снижается, что сопровождается смещением от сбалансированного образования и отмирания отростков (нормальной «ветвистости») к прогрессирующему преобладанию отмирания, что в итоге придает дендритному дереву более простую, но стабильную форму. Анализ записей ЗВП (вызванных зрительных потенциалов) показал, что этот процесс упрощения дендритов сопровождается утратой вызванных стимул-селективных ответных потенциалов — важного механизма пластичности зрительной коры у взрослых. Хроническое лечение с помощью антидепрессанта флуоксетина позволяет снизить вышеописанную деградацию дендритного дерева и восстановить механизм ответных потенциалов.

Полученные результаты подтверждают структурную теорию возрастных нарушений сенсорного восприятия и означают, что возрастное снижение структурной пластичности в тормозящих интернейронах предшествует и способствует снижению функциональной пластичности.

Оригинальное название: Interneuron simplification and loss of structural plasticity as markers of aging-related functional decline

Авторы: Ronen Eavri, Jason Shepherd, Christina A. Welsh, Genevieve H. Flanders, Mark Bear and Elly Nedivi

Публикация: Journal of Neuroscience 14 August 2018, 0808-18

DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0808-18.2018

Ссылка: http://www.jneurosci.org/content/early/2018/08/14/JNEUROSCI.0808-18.2018

Роль холинергических нейронов среднего мозга в препульсовом торможении и испуге

Один из двух основных холинергических центров головного мозга млекопитающих расположен в среднем мозге, а именно ножко-мостовой (pedunculopontine tegmentum, далее PPTg) и прилежащей латеродорсальной частях покрышки. Эти холинергические нейроны важны для процессов возбуждения, системы «действие-поощрение» и сна. Также предполагается, что через них осуществляется связь между сенсорным и моторным звеньями, в частности — механизм препульсового торможения испуга (prepulse inhibition of startle, далее PPI). Нарушения данного механизма — визитная карточка шизофрении, но схожие изменения могут наблюдаться и при ряде других психиатрических расстройств, в которых они определяют и зачастую позволяют предсказать определенные симптомы когнитивных нарушений. PPI предположительно регулируется посредством коротких волокон среднего мозга, включающих тормозящие холинергические проекции от PPTg к пути, инициирующему реакцию испуга. В то время как данные, говорящие «за» вовлечение в этот механизм PPTg, многочисленны, ряд новых исследований опровергает наличие холинергического влияния на PPI.

Исследователи применили точечную оптогенетическую активацию холинергических нейронов PPTg на крысах обоих полов для установления их роли в возникновении испуга в целом и влияния на PPI в частности. Изначально удалось подтвердить ключевую роль этих нейронов в обучении, построенном на механизме «действие-награда», что было интерпретировано как правильность экспериментального подхода. Затем в ходе исследования было выявлено, что активация холинергических нейронов PPTg не влияет на торможение реакции испуга. Напротив, их активация усиливает испуг, что соответствует роли подобных нейронов в реакциях, направленных на возбуждение, и указывает на потенциальную вовлеченность их в повышении чувствительности к вызывающим испуг факторам.

Таким образом, вывод исследователей оказался следующим: за PPI отвечают нехолинергические нейроны PPTg, а не холинергические, как считалось долгое время до этого.

Оригинальное название: The role of cholinergic midbrain neurons in startle and prepulse inhibition

Авторы: Erin Azzopardi, Andrea G Louttit, Cleusa DeOliveira, Steven R Laviolette and Susanne Schmid

Публикация: Journal of Neuroscience 31 August 2018, 0984-18

DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0984-18.2018

Ссылка: http://www.jneurosci.org/content/early/2018/08/31/JNEUROSCI.0984-18.2018