Сетевая кальциевая активность в СА3-поле гиппокампа крыс в неонатальном периоде развития

Я.И. Митаева, А.М. Можеров, И.А. Кастальский, Т.А. Мищенко, И.В. Мухина

Ключевые слова: нейронная сеть; гиппокамп; СА3-клетки; астроциты; Ca2+-изображения; постнатальное развитие.

Гиппокамп — это структура центральной нервной системы, вовлеченная в механизмы консолидации памяти. Гиппокамп имеет определенную топологию распределения клеточных элементов, которая обеспечивает работу множества клеточных сетей. Одной из них является нейронная сеть поля СА3. Рассмотрены функции Ca²⁺-сигнальной системы клеток СА3-поля гиппокампа крыс раннего (P5–8, P14–16) и позднего (P21–25) постнатального развития при различных физиологических состояниях: спонтанная активность при нарушении возбудимости в нейронной сети путем добавления тетродотоксина (Ca²⁺-сигнализация) и под воздействием возбуждающих нейротрансмиттеров (АТФ, L-глутамат). Работа расширяет представление о Ca²⁺-сигнализации в клетках гиппокампа крыс на ранней и поздней стадиях постнатального онтогенеза. Выявлено, что изменения в Са²⁺-активности клеток в поле СА3 гиппокампа крыс, происходящие в течение раннего неонатального периода, непосредственно связанны с началом функционирования нейронных сетей и метаболическим состоянием клеток.

Литература

Nedergaard M., Rodríguez J.J., Verkhratsky A. Glial calcium and diseases of the nervous system. Cell Calcium 2010; 47(2): 140–149, https://doi.org/10.1016/j.ceca.2009.11.010.
Petersen O.H., Michalak M., Verkhratsky A. Calcium signalling: past, present and future. Cell Calcium 2005; 38(3–4): 161–169, https://doi.org/10.1016/j.ceca.2005.06.023.
Nett W.J., Oloff S.H., McCarthy K.D. Hippocampal astrocytes in situ exhibit calcium oscillations that occur independent of neuronal activity. J Neurophysiol 2002; 87(1): 528–537.
Takahashi N., Sasaki T., Usami A., Matsuki N., Ikegaya Y. Watching neuronal circuit dynamics through functional multineuron calcium imaging (fMCI). Neurosci Res 2007; 58(3): 219–225, https://doi.org/10.1016/j.neures.2007.03.001.
Verkhratsky A., Rodríguez J.J., Parpura V. Calcium signalling in astroglia. Mol Cell Endocrinol 2012; 353(1–2): 45–56, https://doi.org/10.1016/j.mce.2011.08.039.
Clapham D.E. Calcium signaling. Cell 2007; 131(6): 1047–1058, https://doi.org/10.1016/j.cell.2007.11.028.
Parpura V., Verkhratsky A. Astrogliopathology: could nanotechnology restore aberrant calcium signalling and pathological astroglial remodelling? Biochim Biophys Acta 2013; 1833(7): 1625–1631, https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2012.11.023.
Rose C.R., Konnerth A. Stores not just for storage. Neuron 2001; 31(4): 519–522, https://doi.org/10.1016/s0896-6273(01)00402-0.
Collin T., Marty A., Llano I. Presynaptic calcium stores and synaptic transmission. Curr Opin Neurobiol 2005; 15(3): 275–281, https://doi.org/10.1016/j.conb.2005.05.003.
Mazzoni A., Broccard F.D., Garcia-Perez E., Bonifazi P., Ruaro M.E., Torre V. On the dynamics of the spontaneous activity in neuronal networks. PLoS One 2007; 2(5): e439, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000439.
Li X., Ouyang G., Usami A., Ikegaya Y., Sik A. Scale-free topology of the CA3 hippocampal network: a novel method to analyze functional neuronal assemblies. Biophys J 2010; 98(9): 1733–1741, https://doi.org/10.1016/j.bpj.2010.01.013.
Shi Y., Ikrar T., Olivas N.D., Xu X. Bidirectional global spontaneous network activity precedes the canonical unidirectional circuit organization in the developing hippocampus. J Comp Neurol 2014; 522(9): 2191–2208, https://doi.org/10.1002/cne.23528.
Tsukamoto-Yasui M., Sasaki T., Matsumoto W., Hasegawa A., Toyoda T., Usami A., Kubota Y., Ochiai T., Hori T., Matsuki N., Ikegaya Y. Active hippocampal networks undergo spontaneous synaptic modification. PLoS One 2007; 2(11): e1250, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0 001250.
Sipilä S. Cellular and network mechanisms generating spontaneous population events in the immature rat hippocampus. Academic Dissertation. Helsinki; 2006.
Paredes R.M., Etzler J.C., Watts L.T., Zheng W., Lechleiter J.D. Chemical calcium indicators. Methods 2008; 46(3): 143–151, https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2008.09.025.
Kang J., Kang N., Yu Y., Zhang J., Petersen N., Tian G-F. N.M. Sulforhodamine 101 induces long-tem potentiation of intrinsic excitability and synaptic efficacy in hippocampal CA1 pyramidal neurons. Neuroscience 2011; 169(4): 1601–1609, https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2010.06.020.
Zakharov Yu.N., Mitroshina E.V., Vedunova M.V., Korotchenko S.A., Kalintseva Ya.I., Mukhina I.V., Potanina A.V. Fluorescence analysis of the metabolic activity patterns of neuronal-glial network. Journal of Optical Technology 2012; 79(6): 47–51, https://doi.org/10.1364/jot.79.000348.
Bernstein M., Behnisch T., Balschun D., Reymann K.G., Reiser G. Pharmacological characterisation of metabotropic glutamatergic and purinergic receptors linked to Ca2+ signalling in hippocampal astrocytes. Neuropharmacology 1998; 37(2): 169–178, https://doi.org/10.1016/S0028-3908(98)00012-4.
Zur Nieden R., Deitmer J.W. The role of metabotropic glutamate receptors for the generation of calcium oscillations in rat hippocampal astrocytes in situ. Cereb Cortex 2006; 16(5): 676–687, https://doi.org/10.1093/cercor/bhj013.
Zhong J., Carrozza D.P., Williams K., Pritchett D.B., Molinoff P.B. Expression of mRNAs encoding subunits of the NMDA receptor in developing rat brain. J Neurochem 1995; 64(2): 531–539, https://doi.org/10.1046/j.1471-4159.1995.64020531.x.
Zhou M., Kimelberg H.K. Freshly isolated hippocampal CA1 astrocytes comprise two populations differing in glutamate transporter and AMPA receptor expression. J Neurosci 2001; 21(20): 7901–7908.
Hunter R.G., Bellani R., Bloss E., Costa A., McCarthy K., McEwen B.S. Regulation of kainate receptor subunit mRNA by stress and corticosteroids in the rat hippocampus. PLoS One 2009; 4(1): e4328, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0004328.
Butt A.M. ATP: a ubiquitous gliotransmitter integrating neuron-glial networks. Semin Cell Dev Biol 2011; 22(2): 205–213, https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2011.02.023.
Ben-Ari Y., Cherubini E., Corradetti R., Gaiarsa J.-L. Giant synaptic potentials in immature rat ca3 hippocampal neurones. J Physiol 1989; 416(1): 303–325, https://doi.org/10.1113/jphysiol.1989.sp017762.
Khazipov R., Esclapez M., Caillard O., Bernard C., Khalilov I., Tyzio R., Hirsch J., Dzhala V., Berger B., Ben-Ari Y. Early development of neuronal activity in the primate hippocampus in utero. J Neurosci 2001; 21(24): 9770–9781.