На правах рукописи Дзебан Дмитрий Александрович Поиск признаков длительной потенциации в естественной модификации функции Маутнеровских нейронов золотой рыбки 03.00.02 – биофизика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Пущино 2004 Работа выполнена в лаборатории ультраструктуры нейрона Института Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН, г.Пущино Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Д.А. Мошков Официальные оппоненты: доктор биологических наук В.И. Архипов заслуженный деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор Н.С. Косицин Ведущая организация: Институт Биофизики Клетки РАН Защита состоится «__» _______ 2004 г. в __ часов __ минут на заседании Диссертационного совета Д 002.093.01 в Институте Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН по адресу: 142290, г. Пущино, Московской обл., ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТЭБ РАН по адресу: 142290, г. Пущино, Московской обл., ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН. Автореферат разослан «__»________ 2004 г. Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат физико – математических наук Н.Ф. Ланина ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования: Длительная потенциация (ДП), модельная форма синаптической памяти, тесно связана с адаптацией нервной системы к воздействию внешней среды (Wickens, 1988; Calvarley, Jones, 1990; Stevens, 1996). Возможно, ДП является физиологической основой для определенных видов естественной адаптации, обучения и памяти (Stevens, 1998). Возлагались определенные надежды на то, что ее всестороннее исследование объяснит, как осуществляется обучение и запоминание в нейронах на функциональном, структурном и молекулярном уровнях. Вместе с тем, со времени открытия ДП (Брагин, Виноградова, 1973; Bliss, Lomo, 1973), несмотря на многочисленные данные о ее механизмах, участие ДП в памяти до сих пор остается неясным. Вовлечение модельных форм памяти, чаще всего ДП и длительной депрессии (ДД), в формирование естественной памяти пытаются выявить, используя преимущественно различные физиологические и фармакологические подходы (Baudry, 2000; Абрамцев, 2000; Большаков, 2001). Пока к особому успеху это не привело. Морфофункциональные исследования взаимоотношения модельных и естественных форм памяти на системном уровне или на целостном мозге и его крупных отделах тоже оказались непродуктивными (Bailey, 1999; Thomson, 2000). Это связано с чрезвычайной сложностью организации нервных центров, в которых их изучают, и невозможностью точно определить вклад функции этих центров в естественное поведение. По нашему мнению, адекватным объектом для этих целей могут служить Маутнеровские нейроны (МН) золотой рыбки, имеющие определенную и легко регистрируемую экспериментально изменяемую функцию, проявляемую в специфическом поведении. В них удалось обнаружить различные виды естественной и искусственной (модельной) пластичности: модификацию поведения, обусловленную изменениями функционального состояния МН, ДП и ДД смешанных синапсов, адаптацию (депрессию) химических синапсов (Мошков, 1985; Yang, Faber, 1990; Yang et. al., 1991; Павлик, 1997, 1999; Moshkov et. al., 1998; Oda et. al., 1998; Faure, 2000). Остается непонятной роль элементов синапсов, вовлекаемых в повышение проводимости при ДП. Неизвестно, вовлекается ли ДП в адаптацию, естественную модификацию функции МН. Для понимания роли различных синаптических структур в регуляции функционирования мозга необходимы сравнительные морфофункциональные исследования механизмов ДП и естественной адаптации. Цель и задачи исследования: Целью работы было определить специфические ультраструктурные признаки посттетанической (модельной) ДП в смешанных синапсах МН, а затем исследовать, не обнаруживаются ли они в этих синапсах при естественно выработанной модификации функции, проявляемой в свободном поведении рыбок. Были поставлены следующие задачи: 1. Изучить ультраструктуру МН золотой рыбки в двух функциональных состояниях: ДП электротонического ответа (модельной формы памяти) и адаптации (естественной формы памяти). 2. Выявить похожие структурные изменения в афферентных смешанных синапсах. качественный и количественный 3. Произвести сравнительный ультраструктурный анализ контактов афферентных смешанных синапсов и других структурных изменений (мостиков). Научная новизна работы: Впервые в сравнительном аспекте изучена ультраструктура МН золотой рыбки в двух функциональных состояниях: ДП электротонического ответа, модельной формы синаптической памяти, и адаптации, резистенции к утомлению, естественной формы нейрональной памяти. В обоих случаях в щели десмосомоподобных контактов (ДПК) афферентных смешанных синапсов МН выявлено пропорциональное увеличение числа фибриллярных мостиков. Показано, что фибриллярные мостики в щели ДПК смешанных синапсов являются специфическим признаком, отличающим их от ДПК химических синапсов. Впервые с помощью метки фаллоидин – золото установлено, что мостики содержат филаментозный (Ф-) актин. При сравнительных цитохимических исследованиях пироантимонатным методом локализации ионов кальция в смешанных синапсах адаптированных МН, а также при аппликации блокатора или активатора проницаемости щелевых контактов (ЩК) впервые показано, что ЩК при адаптации оказываются заблокированными, индикатором чего было заполнение щели ЩК плотными преципитатами, отсутствующими в контроле и при усилении проводимости. В то же время мостики в щели ДПК интенсивно декорировались преципитатом. Это указывало на вероятность функционирования мостиков в этих условиях как своеобразных катионных транссинаптических шунтов. Обнаружение структурного признака ДП, имеющего, по-видимому, такие же функциональные последствия и в смешанных синапсах адаптированных МН, дает основание предположить, что ДП, модельная форма пластичности, может быть естественным свойством нервной системы.