Исследование пространственной памяти и спектрально-корреляционных характеристик ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коря на модели болезни Альцгеймера

Муганцева, Екатерина Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Исследование пространственной памяти и спектрально-корреляционных характеристик ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коря на модели болезни Альцгеймера
ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Исследование пространственной памяти и спектрально-корреляционных характеристик ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коря на модели болезни Альцгеймера"

На правах рукописи

Муганцева Екатерина Александровна

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ПАМЯТИ И СПЕКТРАЛЬНО-КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЭГ ГИППОКАМПА И ФРОНТАЛЬНОЙ КОРЫ НА МОДЕЛИ БОЛЕЗНИ АЛЬЦГЕЙМЕРА

03.00.13 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

——»аиаи4

Пущино-2010

003490904

Работа выполнена в лаборатории системной организации нейронов Учреждения Российской академии наук Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Пущинском Государственном Университете, г. Пущино.

Научный руководитель: кандидат медицинских наук,

Подольский Игорь Яковлевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Годухин Олег Викторович

доктор биологических наук Полетаева Инга Игоревна

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт

Высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва.

Защита состоится " 27 " января 2010 г. в ]5_ час. 30_ мин. на заседании Совета Д 002.093.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Учреждении Российской академии наук Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН по адресу: 142290, Московская область, г. Пущино, ул. Институтская 3, ИТЭБ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной библиотеке НЦБИ РАН в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН, г. Пущино.

Автореферат диссертации разослан

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Память - фундаментальный процесс головного мозга. Исследование механизмов памяти в норме и патологии является одним из главных направлений современной биологии и нейронауки.

Болезнь Альцгеймера (БА) - наиболее распространенное нейродегенеративное заболевание людей пожилого и старческого возраста. Она характеризуется прогрессивным снижением памяти и развитием слабоумия. Агрегированный амилоидный бета-пептид (1-42) (АрМ2) играет ключевую роль в патогенезе БА. Гиппокамп и фронтальная кора поражаются на ранней стадии заболевания (Dickerson, Sperling, 2009; Haass and Selkoe, 2007; Grothe et al., 2009). Физиологические, клеточные и молекулярные механизмы БА во многом остаются неизвестными, несмотря на интенсивные исследования многих ведущих лабораторий мира. Отсутствуют методы лечения, которые эффективно задерживают развитие нейродегенеративного процесса и восстанавливают когнитивные процессы (Haass and Selkoe, 2007; Rafii, Aisen, 2009).

Существует несколько экспериментальных моделей БА in vivo для исследования механизмов заболевания и разработки способов его лечения. Трансгенные мыши - модели БА значительно продвинули изучение молекулярных механизмов этого заболевания и разработку способов его лечения (Haase, Selkoe, 2007; Howlett, Richardson, 2009; Gotz, Ittner, 2008). Однако ни одна из современных экспериментальных моделей БА не является универсальной.

Введение в центральную нервную систему (в желудочки мозга или непосредственно в мозг, гиппокамп или кору) агрегированного амилоидного Р-пептида или его токсического фрагмента АР25-35 позволяет исследовать его действие на когнитивные, физиологические, молекулярные процессы и изучать антиамилоидное действие лекарственных средств (Nabeshima, 1996; Stepanichev et al, 2007; Klementiev et al., 2007; Manzano et al., 2009).

Одним из ранних симптомов БА является прогрессирующие нарушения пространственной памяти (Burgess et al., 2006). При исследовании нарушений памяти на моделях БА во многих случаях наблюдаются мягкие нарушения памяти, что не соответствует клиническим данным. Характеристика нарушений когнитивных процессов является одним из узких мест в экспериментальных

моделях БА (McDonald, Overmier, 1998; Koistinaho et al., 2001). Важная задача заключается в расширении тестов для исследования памяти. На моделях БА широко применяется изучение пространственной памяти в водном лабиринте Морриса (Morris, 2001; Ashe, 2001 ; D'Hooge, De Deyn, 2001). В тестахР. Морриса исследуется так называемая аллоцентрическая память. При решении задачи животные запоминают постоянное положение невидимой платформы по внешним ориентирам, находящимся за пределами водного лабиринта (Morris, 1984; Bast et al., 2009). Другой вид пространственной памяти, зависит от положения тела и головы в пространстве, так называемая эгоцентрическая память. Эти виды памяти существенно различаются по физиологическим механизмам (Bast et al., 2009; Nitz, 2009). Исследование этого вида пространственной памяти на моделях БА начато только в самое последнее время (Delpolyi et al, 2008). В нашей группе на базе водного лабиринта Морриса был разработан новый когнитивный тест. Крысы должны были формировать пространственную память при случайной локализации невидимой цели (Щеглов, Подольский, 2001; Подольский и соавт., 2004; Podolski et al., 2007).

В последнее время исследование зависимости нарушения когнитивной деятельности от межнейронных взаимосвязей в структурах головного мозга вызывает повышенный интерес. По современным представлениям взаимосвязь между нейронной активностью различных областей головного мозга лежит в основе когнитивной деятельности (Ливанов, 1972; Chailakhyan, 1990, 1998; Ivanitsky, 2009; Uhlhaas, Singer, 2006, Sirota A. et al, 2008). Предполагается, что механизмы нарушения памяти при БА связаны со снижением связи нейронной активности между различными областями мозга (Uhlhaas, Singer, 2006; Aran et al. 2009). Исследования, выполненные на людях, страдающих БА, показали ухудшение пространственной памяти и нарушение передачи информации между полушариями мозга (Delbeuck et al., 2003). Однако имеются лишь единичные работы, в которых авторы изучали осцилляторные процессы в неокортексе на экспериментальных моделях БА in vivo (Uhlhaas, Singer, 2006; Arun et al., 2009). He проводилось специального исследований влияния центрального введения ß-амилоида на осцилляторную активность и пространственную синхронизацию различных областей мозга.

Таким образом, актуальность работы определяется следующим: не

исследовано влияние центрального введения ß-амилоида на пространственную

память при случайном положении цели. Не изучено влияние Р-амилоидов на спектрально-кореляционные характеристики ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры у взрослых и старых животных, не проводилось исследований индивидуальных различий действия р-амиолида на когнитивные процессы.

Цели и задачи исследования

Целью работы является исследование действия Р-амиолоидного пептида (АР) на пространственную память при случайном положении цели и спектрально-корреляционные характеристики ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры у крыс.

Задачи исследования:

1. Исследовать пространственное обучение при случайном положении невидимой цели.

2. Исследовать индивидуальные различия пространственного обучения на ранней стадии действия агрегированного АР25-35. и их связь с активностью ключевых ферментов антиоксидантной системы, супероксиддисмутазы и каталазы, в гиппокампе и неокортексе.

3. Исследовать пространственное обучение при случайном положении цели у взрослых крыс через 1, 2, 4 и 8 недель после введения АР25-35.

4. Исследовать влияния АР25-35 на спектральные характеристики ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры у взрослых животных.

5. Исследовать влияние АР25-35 на корреляционные характеристики ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры у взрослых животных.

6. Исследовать влияние АР25-35 на когнитивные процессы и корреляционные характеристики ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры у старых животных.

Научная новизна

Впервые показано, что у крыс происходит быстрое формирование пространственной памяти при случайном положении цели. Установлено, что после однократного введения в желудочки мозга агрегированного АР25-35 нарушения когнитивных процессов нарастают постепенно в течение двух месяцев.

Обнаружены качественные индивидуальные различия пространственной памяти при случайном положении цели на ранней стадии действия Р-амилоида, которые не коррелируют с активностью антиоксидантных ферментов

(супероксиддисмутазы и каталазы) в гиппокампе и коре.

Впервые на модели болезни Альцгеймера показано, что нарушение когнитивного поведения сопровождается снижением пространственной синхронизации ЭЭГ между гиппокампом и фронтальной корой, которое было выражено значительно сильнее у старых животных.

Данные о подавлении низкочастотного тета-ритма в гиппокампе и фронтальной коре и нарушении пространственной памяти после центрального введения р-амилоида позволили предположить существенную роль септо-гиппокампальной холинергической системы в механизмах действия Р-амилоида.

Ослабление связи нейронной активности между гиппокампом и фронтальной корой и подавление гиппокампального тета-ритма могут лежать в основе нарушения пространственной памяти при случайном положении цели на ранней стадии болезни Альцгеймера.

Научно-практическая значимость работы

Новый когнитивный тест расширяет возможности исследования действия Р-амилоида на пространственную память. Качественные индивидуальные различия когнитивных процессов при центральном введении Р-амилоида могут представить интерес для скрининга животных с повышенной чувствительностью к действию р-амилоида и последующих генетических, молекулярных и нейрохимических исследований. Данные о подавлении гиппокампального тета-ритма и снижении коэффициента кросскорреляции между гиппокампом и фронтальной корой при введении Р-амиловда расширяют валидность исследуемой модели болезни Альцгеймера. У старых крыс введение Р-амилоида вызывает тяжелые нарушения аллоцентрической и эгоцентрической пространственной памяти и значительное снижение синхронизации ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры. Эти результаты могут служить основой для разработки модели деменции альцгеймеровского типа.

Материалы диссертационной работы вошли в учебный видеофильм «Нейрон и Память», ред. Ф.А. Филиппов, А.М. Черноризов. Министерство образования и науки России, Тюмень-Москва, 2009, http://www.eurasion.ru.

Апробация диссертации

Основные положения диссертации доложены на Первой и Второй

Международных конференциях по когнитивным наукам (Казань, 2004, Санкт-

Петербург, 2006), 8-, 9- и 10-ой Всероссийских медико-биологических

конференциях молодых исследователей «Человек и его здоровье» (Санкт-

Петербург, 2005, 2006, 2007), 9- и 10-ой международных Пущинских школах-конференциях молодых ученых «Биология-наука XXI века» (Пущино, 2005, 2006), I Международном съезде физиологов СНГ (Догомыс, 2005), Международном симпозиуме «Гиппокамп и память» (Пущино, 2006, 2009), ХХ-ом съезде физиологического общества имени И.П. Павлова (Москва, 2007), на Третьем Международном Междисциплинарном Конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии» (Судак, Украина, 2007). На 6-ом Международном Форуме FENS Forum of European Neuroscience (Женева, Швейцария, 2008), 41-ой встрече международного общества «Мозг и Поведение» (Rhodes, Greece, 2009), Конкурсе работ молодых ученых ИТЭБ РАН (2009), а также на школах: 11-ой Финско-Русской зимней школе "Current challenges in health research: from molecules to epidemiology" (Finland, 2007) и на летних школах PENS "Novel Molecular Strategies to treat Neurodegenerative Diseases", (Ofir, Portugal, 2007) и "Metabolic aspects of chronic brain deseases" (Ulm, Germany, 2009), на заседании секции Ученого совета ИТЭБ РАН "Нейронаука и межклеточные взаимодействия" от 24 ноября 2009.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 18 работ, из них 3 статьи в рецензируемых журналах, включенных в список ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы. Работа изложена на /fjL страницах, содержит JÜL рисунка. Список литературы включает /5У источников отечественной и зарубежной литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объекты и методы исследований

Животные

Исследование выполнено на самцах крыс Вистар, выращенных в питомнике Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и содержащихся в стандартных условиях при свободном доступе к пище и воде. Работа проведена на 96 взрослых (3 месяца) и 17 старых (20-22 месяца) животных.

Стереотаксические операции

Операции осуществляли в стерильных условиях под комбинированным наркозом (уретан (0,8 г/кг), дополнительно кетамин (50 - 75 мг/кг), внутрибрюшинно (в/б). Срок послеоперационной реабилитации составлял 5-10 суток. С помощью стереотаксиса хронически вживлялись электроды (нихром, d = 0.2 мм) в дорзальный гиппокамп (поле СА 1, АР = 3.8 мм; L = 2 мм; Н = 2.5 мм), фронтальную кору (АР = 2 мм, L = 2 мм, Н = 1 мм) и индифферентный электрод в носовую кость. Канюли вводились в боковые желудочки мозга (АР = -0.8 мм; L = 1.5 мм; Н = 3 мм) (Paxinos & Watson, 2006).

Модель болезни Альцгеймера

Работа выполнена на «бета-амилоидной модели болезни Альцгеймера» (Nitta, Nabeshima, 1996; Степанович и соавт., 2004; Stepanichev et al, 2007; Klementiev et al., 2007). Агрегированный AP^wj, токсический компонент APi_« (Pike et al, 1995), однократно билатерально вводили в боковые желудочки мозга в концентрациях 15 и 22,5 нмоль/желудочек. Предварительную агрегацию АР25.35 проводили в течение 24 часов при температуре 37"С. Уровень агрегации Р-амилоида определяли спектрофотометрическим и электронномикроскопическим методами. В контроле внутрижелудочково (в/ж) вводили 0,9 % раствор NaCl. Скорость введения веществ составляла 1 мкл/мин.

Исследование пространственной памяти в водном лабиринте Морриса

Пространственное обучение при случайном положении цели проводили в водном лабиринте Морриса (диаметр 140 см), который был заполнен непрозрачной водой. Особенность методики заключалась в том, что циркулярный бассейн был разделен на виртуальные сектора и кольца А, В, С, D (рис. 1) и рис. ). водный невидимая платформа (диаметр - 10 см) в каждой пробе лабиринт Морриса, случайным образом помещалась в один из 8 секторов кольца В (Podolski et al, 2007). Обучение проводилось в двух - пяти опытных сеансах, каждый из которых состоял из пяти проб. Продолжительность пробы равнялась двум минутам, с интервалом между пробами в одну минуту.

В новом тесте животные должны были заломить пространство в виде кольца, в котором локализация цели изменялось случайным образом. Видеорегистрация и компьютерная обработка позволяли точно изучать траекторию движения животного,

время решения задачи, пройденный путь и скорость движения (Подольский, Лебединский, Деев, 2004).

Формирование пространственной памяти у старых животных тестировалось с применением нового теста и стандартного теста Морриса при постоянном положении невидимой платформы (Morris, 1984).

Количественный анализ пространственного обучения

В норме и в опытах с введением Aß25-35 животные были разделены на две группы, обучившиеся и не обучившиеся в данном опытном сеансе. Был принят следующий количественный критерий для разделения животных на группы. Время решения задачи в каждой пробе, латентный период (L¡), должен снижаться не менее чем на 50 % по сравнению с первой пробой сеанса, и такое значение L¡ должно повторяться в трех пробах подряд в каждом сеансе из пяти проб. В контроле и в группе с введением Aß25-35 подсчитывали частоту обучившихся животных в каждом сеансе. Строились графики обучения по значениям латентного периода, пройденного пути и скорости движения. Была проведена аппроксимация кривых в виде линейного тренда, который оценивался по совокупности двух показателей: значению тангенса угла наклона линии тренда и аппроксимирующей функции в последней пробе.

При выполнении серий экспериментов со старыми животными подсчитывали общее количество успешных и неуспешных проб за время обучения. Успешные пробы — это пробы, в которых крыса находила платформу менее чем за 1 мин. Неуспешные пробы - крысы не решали задачу за 1 мин.

Электроэнцефалографические исследования

Электроэнцефалограмму (ЭЭГ) регистрировали в полосе частот 0.5 - 100 Гц с помощью двухканального усилителя, изготовленного в Институте биологического приборостроения РАН. ЭЭГ от дорзального гиппокампа (поле CAI) и фронтальной коры левого полушария отводились монополярно у бодрствующих крыс в свободном поведении через 60-70 минут после помещения животного в экранированную камеру размером 15 х 17 х 20 см. Оцифрованный сигнал вводился в персональный компьютер и обрабатывался в режиме off-line с помощью программ корреляционного анализа и стандартного преобразования Фурье. Регистрацию биоэлектрической активности начинали через 7-10 дней после операции. В каждом опытном сеансе запись ЭЭГ проводилась в течение 70-80 мин. В контроле в/ж вводился 0,9 % раствор NaCl. Через неделю той же самой крысе вводился АР25-35 в

дозе 22.5 нмоль/желудочек, и в дальнейшем производилась регистрация ЭЭГ на 7, 14 и 30 день после введения Aß25-35. Для исследования брались 3 минутные участки ЭЭГ, которые делились на 5-секундные отрезки. По этим отрезкам строились авто-и кросскорреляционные функции, по которым вычислялись спектральные характеристики. Для оценки степени статистической связи между ЭЭГ подсчитывались коэффициенты корреляции между последовательными 5-секундными отрезками ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры. Кроме этого для исследования частотной синхронизации ЭЭГ ритмов использовался Wavelet анализ (Schiff et al, 1994). С помощью этого вида спектрального анализа по волновым пакетам можно получить информацию о когерентности частотных компонент.

Определение активности ферментов антиокислительной системы

Биохимические опыты проводили сразу же после окончания поведенческих экспериментов. Измерения активности СОД и каталазы выполнялись на несинаптических митохондриях и цитозольных фракциях коры и неокортекса (Beauchamp, Fridovich, 1971; Kosenko et al, 2001). Ткань мозга гомогенизировали в буфере (0.25 М сахарозы, 0.5 мМ ЭГТА и 10 мМ трис-HCl) при pH 7,4. Гомогенат дважды центрифугировали в течение 3 мин при 2000 g, и затем в течение 8 мин при 12000 g. Супернатант использовали как цитозольную фракцию. Осадок суспендировали в буфере и центрифугировали при 12000 g. Последний осадок суспендировали и использовали как несинаптичесие митохондрии. Активность СОД определяли по скорости восстановления нитросинего тетразоля в присутствии ксантин-ксантин оксидазы. Активность каталазы определяли по снижению поглощения перекиси водорода при облучении УФ 240 нм.

Гистология

Локализацию канюль определяли по распространению 0.2 % раствора метиленового синего по желудочковой системе. Локализацию электродов определяли гистологически. Для этого соответствующий участок мозга подвергали коагуляции постоянным током (20 мА, 20 с), а затем с помощью замораживающего микротома готовили срезы толщиной 200-300 мкн, на которых идентифицировалось местоположение окончаний погруженных электродов.

Статистический анализ

Исследований проводили с использованием t-критерия Стьюдента для независимых рядов (пакет программ Excel 7.0) и ANOVA (Origin 7.5). Изменения исследуемых показателей считались статистически значимыми при р < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Быстрое пространственное обучение при случайном положении невидимой цели

Для исследования быстрого формирования пространственной памяти животным в боковые желудочки мозга вводили физиологический раствор и через неделю проводили два сеанса обучения с интервалом три дня между ними (рис. 2).

в/ж введение 1""сеанс 2ой сеанс

веществ обучения обучения

f ^_^ Извлечение мозга для

у л j л. биохимического V--V- и

, , исследования

1 неделя 3 дня

Рис. 2. Схема опыта, первая серия экспериментов

На рис. 3 А Б приведены примеры поведения крысы при решении пространственной задачи при случайном положении платформы. В первой пробе первого сеанса наблюдалось врожденное поведение-тигмотаксис. Это характерное для первой пробы поведение, во время которого крыса плавает вдоль стенок бассейна, пытаясь выбраться из него. Хотя в первой пробе животное самостоятельно, без помощи экспериментатора, не смогло найти платформу, уже в третьей пробе наблюдалось выраженное поисковое поведение без проявления тигмотаксиса, и задача была решена за 101 с. В пятой пробе поисковое поведение наблюдалось преимущественно в кольце В, и латентный период составил 34 с. Через трое суток проводилась проверка сохранения пространственной информации. В первой пробе наблюдался тигмотаксис, животное не решило задачу. В третьей пробе поиск проходил преимущественно в кольце В, и крыса нашла платформу в течение 24 с, а в пятой пробе она прямо двигалась к цели и вышла на платформу через 8 с.

Средние значения динамики латентных периодов реакции избавления от опасности (escape latency) в контроле представлены на рис. 3 В. В первом сеансе не наблюдалось обучения. Через 3 дня в первой пробе второго сеанса время решения задачи не изменилось. Однако во второй пробе произошло крутое снижение латентного периода, от 90 до 30 с, которое сохранялось в последующих пробах. Как было показано на рис. 3 А У данной крысы пространственное обучение наблюдалось уже в первом сеансе.

Представленные данные показывают возможность быстрого, за один - два сеанса, пространственного обучения при случайном положении невидимой цели. Интересно, что время решения задачи резко снижалось во втором сеансе обучения.

Рис. 3 А. Примеры пространственного обучения при случайном положении цели в первом (А) и во втором сеансах, интервал между которыми был три дня (Б). Показана траектория движения крысы и время решения задачи в водном лабиринте Морриса после в/ж введения 0.9% раствора №С1. —задача не решена. (В) Средние значения латентных периодов ± стандартная ошибка. Проведена аппроксимация в виде линейного тренда. * значимое различие с первой пробой по 1-тесту, р < 0,05, п = 6. Пунктирная линия - граница между первым и вторым сеансами.

Индивидуальные различия пространственного обучения при введении АР25-35 в боковые желудочки мозга

Во второй серии опытов животным в/ж вводили агрегированный Ар25-35, в остальном процедура была идентична первому эксперименту (Рис. 2). Мы заметили, что через 7 и 10 дней после введения АР25-35 У одних крыс наблюдались нарушения пространственного обучения, а у других никаких нарушений не было. По критерию обучения (см. методику), крысы были разделены на две подгруппы: обучившиеся и необучившиеся. Эти данные показали, что среди взрослых крыс, которым вводился АР25-35, у 58 % животных обучение не было нарушено.

Была проанализирована динамика изменения средних значений латентных периодов. У подгруппы необучившихся крыс, средние значения латентности изменялись случайно и, как правило, превышали 80 с. У обучившихся крыс среднее значение латентности круто снизилось во 2-й пробе и с небольшими колебаниями уменьшалось в последующих пробах (рис. 4). Различие латентности первой пробы с последующими пробами в подгруппе обучившихся крыс значимо по (-тесту, р < 0.05.

Таким образом, после введения АР25-35 у 58 % взрослых крыс пространственное обучение при случайной положении цели не было нарушено. Это означает, что в популяции взрослых крыс была выявлена большая группа животных, когнитивные процессы которых малочувствительны к действию р-амилоида.

-группа обучающихся крыс Номер про6ы -группа необучающихся крыс

Рис. 4. Кривые обучения после введения АР25.35 в подгруппе обучившихся (п=7) и необучившихся (п=5) крыс. Средние значения латентных периодов ± стандартная ошибка и линии трендов через неделю после введения АР2М5 Пунктирная линия показывает границу между первым и вторым сеансами. * значимое различие между пробами у обучившихся и необучившихся крыс, р < 0.05.

Одним из основных факторов, приводящих к нарушениям памяти при БА, является окислительный стресс, вызванный свободными кислородными радикалами. Супероксиддисмутаза и каталаза являются ключевыми ферментами антиоксидаитной системы, активность которых нарушается при БА ^ератсЬеу е1 а1, 2000). Поэтому нами (совместно с д.б.н. Е.А. Косенко) было выполнено исследование активности этих ферментов после в/ж введения АР25-35 У взрослых животных. Нас интересовала активность СОД и каталазы после введения АР25-35 У крыс с нарушением и без нарушения когнитивного поведения. У контрольных (п = 4) и опытных крыс (11 = 8) не наблюдалось значительных индивидуальных различий в активности ферментов. У животных с введением АР25-35 активность СОД была статистически значимо (р < 0.05) снижена в несинаптических митохондриях и цитозоле неокортекса. В гиппокампе нарушений не было обнаружено (рис. 5 А). Активность каталазы значимо уменьшалась в цитозоле неокортекса и гиппокампа (рис. 5 Б). Неожиданно было обнаружено, что у крыс без нарушения пространственного обучения активность СОД и каталазы была существенно снижена. „

0,002 -

. 0,001 , 0,0005

I котроль

I контроль

АЗ 25-35

Рис. 5. Среднее значение (± стандартная ошибка) активности СОД и каталазы после введения Ар25-35- А, изменение активности СОД в цитозоли коры и гиппокампа (1, 2) и в митохондриях коры (3); Б, изменение активности каталазы в цитозоли коры (1) и гиппокампа (2). Контроль -п = 4, АР25.35 - п = 8. Различия значимы при р < 0.05.

Таким образом, пространственное обучение не нарушалось при снижении активности некоторых ключевых антиоксидантных ферментов в коре и гиппокампе.

По данным литературы, post mortem у пациентов с болезнью Альцгеймера и у крыс при введении Aßi.42 обнаружена повышенная активность глутатионовой системы в височной коре и гиппокампе, как компенсаторная реакция на окислительный стресс (Cetin, Dincer, 2007; Lovell et al, 1995). Эти данные позволяют предположить существенную роль глутатионовой системы в активации компенсаторных реакций на действие Aß.

Клеточные и молекулярные механизмы, предотвращающие нарушение когнитивного поведения при действии ß-амилоида неизвестны и заслуживают самого внимательного исследования. Мы предполагаем, что на ранней стадии действия агрегированный Aß у взрослых животных может вызывать компенсаторные реакции, предотвращающую нарушения пространственного обучения.

Нарушение пространственного обучения через различные сроки после введения Ар25.35.

Индивидуальные различия пространственной памяти у животных были обнаружены через неделю после введения ß-амилоида. Поэтому следующей задачей нашей работы было исследование индивидуальных различий пространственного обучения на более поздних сроках действия Aß25-35.

В следующих сериях экспериментов схема опыта была изменена (Рис. 6). Пространственное обучение тестировали через 2,4 и 8 недель после инъекции Aß25-35. Обучение проводили в 4 или в 5 сеансах с интервалом в 48 часов между ними. Каждый сеанс состоял из 5 проб.

в/ж введение веществ сеансы обучения

4 lit!!

♦-1-1-1-1—-1—

V-Y-Л—у—А—у—/\ у—y-J

2,4 или 8 недель 2 дня

Рис.6. Схема эксперимента. Третья - пятая серии опытов.

Пример обучения в контроле, через месяц после введения физиологического раствора, представлен на рис. 7 А. В первом сеансе у животного наблюдалось поисковое поведение, и длина пути значительно сокращалась от пробы к пробе. В последующих сеансах происходила оптимизация поискового поведения и

уменьшение времени решения пространственной задачи (рис. 7 А). На рис. 7 Б приведен пример нарушения пространственного обучения через месяц после введения АР25-35. Интересно заметить, что активное поисковое поведение животного не приводило к уменьшению времени решения задачи. А

пробы ' 3 5

Рис. 7. Примеры пространственного обучения в контроле (А) и через месяц после в/ж введения АР25-35 (Б). Показана траектория движения крысы (3 месяца) в водном лабиринте Морриса. — задача не решена.

На рис. 8 представлена динамика пространственного обучения через 2, 4 и 8 недель в контроле и после введения АР25-33 У необучившихся и обучившихся крыс. В контроле во всех сериях экспериментов наблюдалась типичная кривая обучения, время решения задачи сокращалось от сеанса к сеансу. Опытные животные по критерию обучения (см. методику) были разделены на подгруппы: обучившиеся и необучившиеся. У обучившихся животных кривые обучения не отличались от контрольных. У необучившихся крыс скорость обучения была снижена по сравнению с контролем. Особенно информативно значимое различие латентных периодов в последнем сеансе, р < 0.05 (рис. 8 А Б, В).

с «

недели

■ без нарушения пространственного обучения И с нарушением пространственного обучения

1 2 3

- контроль, физиологический раствор

— без нарушения пространственного обучения ..... с нарушением пространственного обучения

Рис. 8. Пространственное обучение через различные сроки после в/ж введения АР25-35 У крыс (3 месяца). Среднее значение ± стандартная ошибка времени решения пространственной задачи в водном лабиринте Морриса: через 2 недели (контроль п = 10, опыт п = 8) (А), 4 недели (контроль п = 10, опыт п = 10) (Б) и 8 недель (контроль п=12, опыт п=14). (В). *- значимые различия между латентными периодами у контрольных и опытных крыс с нарушением пространственного обучения, р < 0.05. Г. Процент крыс с нарушением пространственного обучения через 1 - 8 недель после введения Ари-35-

Процент необучившихся крыс в каждой серии опытов показан на рис. 8 Г. С увеличением срока действия АР25-35 от 1 - 8 недель возрастал процент животных с нарушением пространственного обучения (от 30 - 40 % до 70 - 80 %). Следует отметить, что даже через два месяца после введения АР25-35 У 30 % крыс пространственное обучение не было нарушено.

Нарушения пространственного обучения у старых животных

Нарушение когнитивных функций при спорадической форме БА обычно происходит после 70 лет на фоне общего физиологического старения организма. Поэтому следующие серии экспериментов были выполнены на старых животных.

Пространственное обучение у крыс в возрасте 20 - 22 месяцев было протестировано через 2 недели после введения А(325-35 с помощью нового когнитивного теста по описанному протоколу (Рис. 6). У старых животных (п = 4) не

наблюдалось пространственного обучения при случайном положении цели. Этот тест для них оказался слишком сложным.

Поэтому в следующей серии экспериментов был применен стандартный тест Морриса при постоянном положении невидимой платформы. В контроле пространственное обучение было нарушено. Исключение составляла только одна из трех крыс (Рис 9 А). На рис. 9 Б представлен типичный пример невозможности пространственного обучения после введения А(32>з5- Тигмотаксис изредка сменялся хаотическим поисковым поведением, а затем крыса прекращала поиск и стереотипно плавала вдоль стенок бассейна, часто не могла самостоятельно найти платформу.

Рис. 9. Примеры поведения старой крысы (20 месяцев) в контроле (А) и через 2 недели после в/ж введения АР25.35 (Б). Показана траектория движения в водном лабиринте Морриса при постоянном положении невидимой платформы. — задача не решена

Хаотическое поисковое поведение позволяло старым крысам в некоторых пробах самостоятельно находить платформу, но при повторении проб они не обучались решению пространственной задачи (Рис. 9 Б). Мы подсчитали общее количество успешных и неуспешных проб во всех сеансах обучения. При

тестировании памяти по стандартному протоколу Морриса у контрольных и опытных животных наблюдалось около 20 %. неуспешных проб (Рис. 10 А).

Применение нового когнитивного теста показало следующее: неуспешные пробы у контрольных животных встречались в 50% случаев, а после введения АР25-35 - около 100% (Рис. 10 Б).

100 % ^^ Рис. 10. Процент проб, в которых старые крысы (20 - 22

месяца) самостоятельно не решали пространственную задачу в стандартном тесте Морриса (контроль, п= 3, опыт, п=7) (А) и при пространственном обучении со случайным положением платформы (контроль, п= 4, опыт, п=3) (Б). И 0.9% NaCl ■ АР25-35

А Ь

Таким образом, тест на пространственное обучение при случайном положении платформы показал значительно более тяжелые нарушения поискового поведения, элементарного проявления когнитивной деятельности у старых крыс, как в контроле, так и при действии Р-амилоида.

Влияние АР25-35 на спектральные и корреляционные характеристики ЭЭГ взрослых и старых животных

На ранней стадии БА нейродегенеративный процесс в первую очередь захватывает гиппокамп и ассоциативные области неокортекса (Mattson, 2004). Недавно были получены данные о том, что у людей, страдающих БА, нарушена пространственная синхронизация ЭЭГ разных областей коры (Grady et al, 2001). Однако на экспериментальных моделях БА in vivo этот вопрос не исследован.

Поэтому мы изучили влияния в/ж введения АР25-35 на спектрально-корреляционные характеристики ЭЭГ дорзального гиппокампа и фронтальной коры у взрослых и старых животных. Эксперименты проводили по следующей схеме (Рис. 11). Через 7 дней после операции в/ж вводился 0.9 % раствор NaCl и через неделю регистрировалась ЭЭГ, затем той же крысе вводился АР25-35 и повторно делали записи ЭЭГ на 7, 14 и 30 день после его введения. Через месяц после инъекции АР25.35 У этих же животных тестировалась пространственное обучение при случайном положении

«e™. Запись ЭЭГ,

Введение контроль; Операция °-9°/о NaCI инъекция Affes-is Запись ЭЭГ Сеансы обучения

♦—-1-i I-i-1-И- I I I—I-

1 неделя Рис. 11. Схема опыта, восьмая серия экспериментов

Спектральный анализ ЭЭГ ;><дорзального гиппокампа (поле CAI) и фронтальной коры крыс показал следующее. В контрольных записях: ЭЭГ как гиппокампа, так и фронтальной коры преобладал смешанный тип активности, наблюдался небольшой пик в дельта-диапозоне (3 Гц). При этом на спектрограммах, соответствующих обеим структурам, отчетливо выделялся экстремум в тета-диапазоне (6 Гц). После введения АР25-35 выраженность такой составляющей на обеих спектральных функциях достоверно уменьшилась, и сами функции приобрели

Частота, Гц Частота, Гц

- Контроль- 1 - 2 ---- 4 недели после инъекции АР25-35

Рис. 12 Усредненные спектральные характеристики ЭЭГ гиппокампа (А) и фронтальной коры (Б) в контроле и через 1, 2 и 4 недели после введения АР25-35, п = 6

Корреляционный анализ ЭЭГ показал, что у взрослых и старых животных после внутрижелудочкового введения АР25-35 значительно снижался коэффициент корреляции между дорзальным гиппокампом и фронтальной корой. На рисунке 13 А показан усредненный коэффициент корреляции у взрослых животных. Он достоверно снижался до 70 - 80 % от контроля через неделю после введения А(525-35 и сохранялся на сниженном уровне в течение месяца после инъекции.

У старых крыс в контроле наблюдалась положительная корреляция между ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры, но через неделю после в/ж введения АР25-35 произошло достоверное (р < 0.05, а в большинстве случаев и при р < 0.01) снижение среднего значения коэффициента корреляции, вплоть до 30 % (рис. 13 Б). Эти данные показывают, что и у старых и у взрослых животных на ранних стадиях действия АР25.35 значительно снижалось корреляция между осцилляторной активностью дорзального гиппокампа и фронтальной корой. Приведенные примеры ясно показывают, что у старых животных взаимодействие между гиппокампом и фронтальной корой было нарушено значительно сильнее, чем у взрослых крыс.

so:—щ-----......TjT,—

eo —^H-----ЯД-— I*. —

■ ~ -

»-Щ—Д— щ-

11 02 04 недели после введения АР25.35

Рис. 13. А. Усредненные коэффициенты корреляции ± стандартная ошибка между ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры через различные сроки после введения АР25.35 у взрослых животных в процентах от контрольных значений, принятых за 100%, (п=6). Б. Коэффициент корреляции у трех старых (20 месяцев) животных в процентах по отношению к контролю. 1, 2, 3 - номера крыс.

Интересный результат заключается в том, что у всех животных с изменением осцилляторной активности гиппокампа и фронтальной коры, нарушением синхронности между этими структурами происходило ухудшение пространственного обучения при случайном положении цели.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Разработка тестов на пространственную память для ранней, доклинической диагностики и для изучения памяти на экспериментальных моделях болезни Альцгеймера является актуальной задачей нейронауки и нейропсихологии (McDonald, Overmier, 1998; Yuede et al., 2007; Bird, Burgess, 2008). Современные поведенческие тесты, применяемые на моделях болезни Альцгеймера, в основном направлены на исследование аллоцентрической пространственной памяти (Morris, 2001; Bird, Burgess, 2008). Пространственная память при случайном положении цели не изучалась до работ нашей группы (Podolski et al., 2007). Нарушения осцилляторной активности и синхронизации электрических сигналов между различными областями мозга становятся одной из центральных проблем и начинают исследоваться на моделях болезни Альцгеймера (Uhlhaas, Singer, 2006; Bokde et al., 2009).

В работе впервые показано действие ß-амилоидного пептида на пространственное обучение при случайном положении цели и спектрально-корреляционные характеристики ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры у крыс.

В тестах Морриса на пространственную память платформа помещается в определенный сектор водного лабиринта, и животные определяют положение невидимой платформы по внелабиринтным ориентирам. Эти тесты позволяют исследовать аллоцентрическую память, для механизмов которой зрительная и вестибулярная информация имеют решающее значение (Morris, 1984; Bast et al., 2009). Главное отличие нового теста состоит в том, что положение невидимой платформы изменятся случайно в виртуальном кольце бассейна (Podolski et al., 2007). В этом тесте животные ориентируются на расстояние от стенок бассейна и, по-видимому, вырабатывают стратегию поиска случайного положения цели. Эта особенность теста позволяет исследовать новую разновидность пространственной памяти, которая имеет аналоги у человека и которую не изучали на моделях болезни Альцгеймера.

В специальной серии опытов показано быстрое (в одном - двух сеансах) пространственное обучение при случайном положении платформы. Наиболее интересно, что во втором сеансе наблюдалось крутое снижение времени решения задачи.

Применение нового когнитивного теста позволило обнаружить качественные индивидуальные различия пространственного обучения на ранней стадии действия агрегированного ß-амилоида. Aß25-35 вызывал нарушение формирования пространственного обучения только у 42 % крыс. У 7 из 12 крыс пространственное обучение не нарушалось.

Мы показали, что центральное введение Aß^s снижало активность СОД и каталазы в коре и гиппокампе. Окислительный стресс является одним из основных факторов, приводящих к нарушениям памяти при БА (Lovell, Markesbery, 2007; Stepanichev et al, 2000; Yang et al., 2008). Интересно, что снижение активности СОД и каталазы наблюдалось и у крыс без нарушения пространственного обучения. Можно предположить, что агрегированные формы Aß25-35 на ранней стадии своего действия могут стимулировать компенсаторные реакции, повышая активность глутатионовой системы (Cetin, Dincer, 2007; Lovell, 1995).

Данные о том, что при центральном введении ß-амилоида наблюдаются качественные индивидуальные различия пространственного обучения могут представить интерес для скрининга животных с повышенной чувствительностью к действию ß-амилоида и последующих генетических, молекулярных и нейрохимических исследований.

С увеличением срока после введения Aß2s-35 от 1 до 8 недель значительно увеличивалось число животных с нарушением пространственного обучения, от 30 -40 % до 70 - 80 %. На более поздней стадии действия Aß25.35 индивидуальные различия пространственного обучения уменьшались. Однако даже через два месяца после введения Aß2j-35 У 30 % крыс пространственное обучение не было нарушено.

Имеется много данных о нарушениях эпизодической гиппокамп-зависимой памяти у трансгенных мышей и при центральном введении Aß (Cetin, Dincer, 2007, Stepanichev et al, 2000; Morris, 2001; Yamaguchi, 1991).

Проблема заключается в том, что результаты исследования аллоцентрического обучения в водном лабиринте Морриса противоречивы. В ряде работ авторы не наблюдали нарушений пространственной памяти (von Linstow Roloff, 2002; Harkany, 1998; Sigurdsson, 1999; Nabeshima, Nitta, 1994).

Согласно нашим данным, введение Aß25-35 замедляет пространственное обучение при случайном положении цели у взрослых крыс. Эти результаты совпадают с данными о том, что ß-амилоид, введенный в желудочки мозга, нарушал память у крыс в У-лабиринте, но не вызывал полной блокады обучения (Stepanov II et al 2007).

Мы показали, что ß-амилоид подавлял низкочастотный тета-ритм (4-6 Гц) в гиппокампе и фронтальной коре. Эти изменения были зарегистрированы через неделю после в/ж введения АР25-35И сохранялись в течение месяца. Наши результаты совпадают с данными, полученными на трансгенных мышах - моделях БА (Wang et al., 2002).

По современным теориям тета-ритм играет ключевую роль в механизмах гиппокампа: фильтрации поступающей в мозг новой информации, селективном внимании, начальном этапе обучения (Bland and Colom, 1993; Vinogradova, 1995, Vinogradova, 2001), ориентации в пространстве (McNaughton et al., 2006, Maurer, 2007). Септо-гиппокампальная холинергическая система вносит существенный вклад в механизмы низкочастотного тета-ритма (Vinogradova, 1995; 2001; Hasselmo, 2006). Нарушение холинергической иннервации гиппокампа является одним из существенных механизмов БА (Schliebs, Arendt, 2006; McKay et al, 2007; Bierer et al., 1995).

При постепенном формировании пространственной памяти в тесте Морриса

гиппокамп играет существенную роль, но не является единственной структурой,

вовлеченной в консолидацию пространственной памяти. Повреждение таких

областей мозга как ассоциативные области неокортекса, медиальный стриатум и мозжечок вызывают нарушение пространственной памяти в тесте Морриса (D'Hooge, De Deyn, 2001).

Центральные нейротрансмиттерные системы, такие как глутаматная, ацетилхолиновая, серотониновая, и дофаминовая модулируют активность нейрональных сетей. Клейн и соавторы предположили, что Ар42/4з является лигандом синапсов (Klein et al, 2004).

По современным представлениям межнейронные взаимодействия структур головного мозга играют ведущую роль в механизмах когнитивной деятельности в норме и при нейродегенеративных заболеваниях, включая болезнь Альцгеймера (Uhlhaas, Singer, 2006; Bokde et al., 2009). Характерным изменением функционального состояния мозга при БА является снижение корреляции между различными областями коры (Uhlhaas and Singer, 2006; Delbeuck et al, 2003; Jeong, 2004). Стерн и соавторы (Stern et al, 2004) показали, что р-амилоидные бляшки нарушают кортикальную сеть нейронов. По-видимому, это происходит из-за изменения морфологии аксонов и дендритов нерастворимыми р-амилоидными агрегатами (Stern et al, 2004).

В работе впервые показано снижение пространственной синхронизации между гиппокампом и фронтальной корой на модели БА. Коэффициент корреляции в среднем снижался до 0,6 у взрослых и до 0,3 у старых животных. Важно подчеркнуть, что синхронизация между гиппокампом и неокортексом нарушалась в большей степени у старых животных, что коррелирует с ухудшением когнитивной деятельности в старческом возрасте.

Снижение корреляции ЭЭГ между гиппокампом и фонтальной корой сопровождалось нарушением пространственного обучения у взрослых животных. У старых крыс коэффициент кросскорреляции снизился гораздо сильнее, чем у взрослых животных. У этих крыс активность СОД и каталазы в гиппокампе и коре упала более чем на порадок (Соломадин, 2008) и наблюдались тяжелые нарушения аллоцентрической и эгоцентрической памяти. Такие изменения воспроизводят клиническую картину, наблюдаемую при БА, и могут служить основой для разработки экспериментальной модели деменции альцгеймеровского типа.

Таким образом, в работе впервые приведены данные о влияние центрального введения Р-амилоида на пространственное обучение при случайном положении невидимой цели и спектрально-корреляционные характеристики ЭЭГ гиппокампа и

фронтальной коры у взрослых и старых крыс. Показано, что у старых крыс новый тест позволяет обнаружить более тяжелые нарушения когнитивного поведения, чем стандартный тест Морриса.

ВЫВОДЫ:

1. Показана возможность быстрого, в течение одного-двух сеансов, формирования пространственной памяти, при котором животное запоминает область пространства в виде кольца со случайным положением цели.

2. Применение нового когнитивного теста позволило обнаружить качественные индивидуальные различия пространственной памяти на ранней стадии действия агрегированного р-амилоида, которые не коррелируют с активностью супероксиддисмутазы и каталазы в гиппокампе и фронтальной коре.

3. Введение Ар25-Э5 замедляет пространственное обучение при случайном положении цели у взрослых крыс. С увеличением срока после введения АР25-35 от 1 до 8 недель возрастает число животных с нарушением когнитивного поведения.

4. Под действием Р-амилоида происходит подавление низкочастотного тета-ритма в дорзальном гиппокампе и фронтальной коре. Эти изменения наступают через неделю после введения АР25-35 и сохраняются в течение месяца.

5. У взрослых крыс АР25.35 вызывает снижение коэффициента корреляции между дорзальным гиппокампом и фронтальной корой на 30 % и замедление пространственного обучения.

6. У старых крыс АР25-35 вызывает снижение коэффициента корреляции между дорзальным гиппокампом и фронтальной корой в 2 - 3 раза и вызывает тяжелые нарушения пространственного обучения. В новом когнитивном тесте эти нарушения проявляются в большей степени, чем в тесте с постоянным положении цели.

Выполнение работы поддержано грантами РФФИ 05-04-49331-а; Президиума РАН «Фундаментальные науки медицине» 2005, 2006; Министерства образования и науки РФ 2009-2010 (грант №2.1.1 ./3876).

Список публикаций по теме диссертации

Статьи

1. Ya. Podolski, Z. A. Podlubnaya, Е. A. Kosenko, Е. A. Mugantseva. Е. G. Makarova, L. G. Marsagishvili, M. D. Shpagina, Yu. G. Kaminsky, G. V. Andrievsky, V. K. Klochkov «Fullerene Effects on Amyloid ß-peptide Fibrillization in vitro and Performance of the Cognitive Task», "Journal of Nanöscience and Nanotechnology", Vol 7,2007, p. 1479-85.

2. Муганцева E.A. и Подольский И.Я. «Индивидуальные различия пространственной памяти, вызванные действием ß-амилоидного пептида (25-35) у крыс, Журнал Высшей Нервной Деятельности, том 59, № 5,2009, с. 609-614.

3. Mugantseva E.A. and Podolski I.Ya. Animal model of Alzheimer's disease: characteristics of EEG and memory, Central European Journal of Biology, vol. 4(4), 2009, pp. 507-514.

Тезисы докладов

1. Муганцева E.A.. Косенко Е.А., Подольский И.Я. Влияние гидротированных фуллеренов на нарушения когнитивных процессов, вызванные бета-амилоидом у крыс. Тезисы I съезда физиологов СНГ, Догомыс, 2005, стр. 143.

2. Муганцева Е.А.. Лебединский A.A. Когнитивные нарушения на модели болезни Альцгеймера. Вестник молодых ученых «Физиология и медицина», Тезисы 8-ой конференции «Человек и его здоровье», Санкт-Петербург, 2005., стр. 78.

3. Муганцева Е.А. Лебединский A.A. Решение вероятностной задачи и быстрое формирование долговременной памяти на модели болезни Альцгеймера. Тезисы докладов 9-ой международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология-наука XXI века», Пущино, 2005, стр. 158

4. Макарова Е.Г., Муганцева Е.А.. Косенко Е.А., Марсагишвили Л.Г., Подлубная З.А, Подольский И.Я. Бета-амилоидная модель болезни Альцгеймера у крыс, тезисы 10-ой Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология наука - XXI века», Пущино, 2006, стр. 151.

5. Муганцева Е.А. Макарова Е.Г., Ранние биохимические и когнитивные нарушения, вызванные бета-амилоидным пептидом, тезисы конференции 9-ой Всероссийской медико-биологической конференции «Человек и его здоровье», С.Петербург, 2006, стр. 221-222.

6. Муганцева Е.А.. Макарова Е.Г., Каминский Ю. Г. Косенко Е. А, Подольский И. Я. Индивидуальные различия когнитивных процессов при

моделировании болезни Альцгеймера у крыс, тезисы Международной конференции «Когнитивные науки», С.Петербург, 2006, т. 2, стр. 373-374.

7. Mugantseva Е.А.. E.G. Makarova, А.А. Deev, I.V. Shcheglov, A.A. Lebedinsky, and I.Ya. Podolski, Spatial memory of rats performing a probabilistic cognitive task, Book of Abstracts international Symposium «Hippocapus and memory», Pushchino, 2006, p. 90.

8. Mugantseva E.A. Investigation of neurotoxicity induced by beta-amyloid in rats. Book of Abstracts PENS Summer School "Novel Molecular Strategies to treat Neurodegenerative Diseases", Ofir-Esposende, Portugal, July 8-15,2007, p. 56.

9. Муганцева E.A.. Макарова Е.Г. Когнитивные нарушения, вызванные внутрижелудочковым введением бета-амилоида у крыс. Тезисы 9-ой Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей конференции «Человек и его здоровье» Санкт-Петербург, 2007, стр. 284-286

10. Муганцева Е.А.. Макарова Е.Г. Влияние бета-амилоидного пептида на пространственную память крыс. Тезисы докладов ХХ-ого съезда физиологического общества имени И.П. Павлова. Москва, 2007, стр. 342.

11. Муганцева Е.А.. Макарова Е.Г., Подольский И.Я. Анализ острой нейротоксичности, вызванной бета-амилоидным пептидом у крыс. Тезисы Третьего Международного Междисциплинарного Конгресса «Нейронаука для медицины и психологии», Судак, Крым, Украина, 2007, стр. 164-165.

12. Mugantseva Е. A.. Makarova Е. G., Pavlik V. D. & Podolski I. Y. Impairment of cognitive processes and spatial synchronization of the electric activity of the frontal cortex and the hippocampus on an animal model of Alzheimer's disease in rats. Forum Neuroscience. Geneva, Switzerland, July 12-16,2008.

13. Муганцева E.A.. Павлик В.Д. Пространственная память и синхронизация ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры на модели болезни Альцгеймера. Тезисы конференции «Гиппокамп и память», Пущино, 2009, стр. 100-101.

14. Mugantseva Е.. Podolski I. Impairment of cognitive behavior, spectrum, and synchronization of EEG on an animal model of Alzheimer's disease. 41st Meeting of the European Brain and Behaviour Society. Rhodos, Greece, July 14-18, 2009. http://frontiersin. org/conferences

15. Муганцева E.A. Нарушение пространственной памяти и синхронизации ЭЭГ гиппокампа и лобной коры на модели болезни Альцгеймера. Тезисы Конкурса работ молодых ученых ИТЭБ РАН, Пущино, ИТЭБ РАН, 2009, стр. 58.

Подписано в печать:

24.12.2009

Заказ № 3229 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш„ 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Муганцева, Екатерина Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Болезнь Альцгеймера: вводные замечания.

1.2. Краткая клиническая характеристика заболевания.

1.3. Генетическая и спорадическая формы БА.

1.4. Эпидемиология Б А.

1.5. Повреждение структур головного мозга при болезни Альцгеймера.И

1.6. Молекулярные механизмы болезни Альцгеймера.

1.7. Гипотеза амилоидного каскада.

1.8. Модели болезни Альцгеймера на животных.

1.8.1 Трансгенные мыши - модели Б А.

1.8.2 Введение р-амилоида в центральную нервную систему.

1.8.3 Модель амилоидоза мозга, вызванного удалением обонятельных луковиц.

1.9 Исследования обучения и памяти на моделях болезни Альцгеймера.

1.9.1 Декларативная и недекларативная память.

1.9.2 Пространственная память.

1.9.3 Методы исследования пространственной памяти.

1.9.4 Основные тесты на пространственную память в водном лабиринте Морриса.

1.9.5 Исследования памяти на моделях болезни Альцгеймера.

1.10 Электрофизиологические исследования на моделях болезни Альцгеймера.

1.10.1. Исследование долговременной синаптической потенциации на моделях болезни Альцгеймера.

1.10.2 Исследование электроэнцефалограммы (ЭЭГ) гиппокампа и коры на моделях болезни Альцгеймера.

ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Цель исследования.

Задачи исследования.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Животные.

2.2 Стереотаксические операции.

2.3 Модель болезни Альцгеймера.

2.4 Исследование пространственной памяти в водном лабиринте Морриса.

2.5 Установка для видеорегистрации и компьютерного представления данных.

2.6 Количественный анализ пространственного обучения.

2.7 Электроэнцефалографические исследования.

2.8 Определение активности ферментов антиокислительной системы.

2.9 Гистология.

2.10 Статистический анализ.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

3.1 Быстрое пространственное обучение при случайном положении невидимой цели.

3.2 Индивидуальные различия пространственного обучения при введении

АР25-35 в боковые желудочки мозга.

3.3 Изменение активности СОД и каталазы в гиппокампе и коре после введения р-амилоида.

3.4 Нарушение пространственного обучения через различные сроки после введения А(325-з5.

3.5 Нарушения пространственного обучения у старых крыс.

3.6 Влияние АР25-35 на спектральные и корреляционные характеристики ЭЭГ взрослых и старых животных.

Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Исследование пространственной памяти и спектрально-корреляционных характеристик ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коря на модели болезни Альцгеймера"

PS1, PS2 пресенилины 1, 2 (presenilin 1, presenilin 2)

ВВЕДЕНИЕ

• Память - фундаментальный процесс головного мозга. Исследование механизмов памяти в норме и патологии является одним из главных направлений современной биологии и нейронауки.

Болезнь Альцгеймера (БА) - наиболее распространенное нейродегенеративное заболевание людей пожилого и старческого возраста. Она характеризуется прогрессивным снижением памяти и развитием деменции (слабоумия). Агрегированный амилоидный бета-пептид (1-42) (Арм2) играет ключевую роль в патогенезе Б А. Гиппокамп и фронтальная кора поражаются на ранней стадии заболевания (Dickerson, Sperling, 2009; Haass and Selkoe, 2007; Grothe et al., 2009). Физиологические, клеточные и молекулярные механизмы БА во многом остаются неизвестными, несмотря на интенсивные исследования многих ведущих лабораторий мира. Отсутствуют методы лечения, которые эффективно задерживают развитие нейродегенеративного процесса и восстанавливают когнитивные процессы (Haass and Selkoe, 2007; Rafii, Aisen, 2009).

Существует несколько экспериментальных моделей БА in vivo для исследования механизмов заболевания и разработки способов его лечения. Трансгенные мыши - модели БА значительно продвинули изучение молекулярных механизмов этого заболевания и разработку способов его лечения (Haase, Selkoe, 2007; Howlett, Richardson, 2009; Gotz, Ittner, 2008). Однако ни одна изсовременных экспериментальных моделей Б А не является универсальной.

Введение в центральную нервную систему (в желудочки мозга или непосредственно в мозг, гиппокамп или кору) агрегированного амилоидного (З-пептида, или его токсического фрагмента Ар25-з5, позволяет исследовать его действие на когнитивные, физиологические, молекулярные процессы и изучать антиамилоидное действие лекарственных средств (Nitta and

Nabeshima, 1996; Stepanichev et al, 2006; Klementiev et al., 2007; Manzano et al, 2009).

Одними из ранних симптомов БА являются прогрессирующие нарушения пространственной памяти (Burgess et al., 2001). При исследовании нарушений памяти на моделях БА во многих случаях наблюдаются мягкие нарушения памяти, что не соответствует клиническим данным. Характеристика нарушений когнитивных процессов является одним из узких мест в экспериментальных моделях БА (McDonald, Overmier, 1998; Koistinaho et al., 2001). Важная задача заключается в расширении тестов для исследования памяти. На моделях БА широко применяется изучение пространственной памяти в водном лабиринте Морриса (Morris, 2001; Ashe, 2001; D'Hooge, De Deyn, 2001). В тестах P. Морриса исследуется так называемая аллоцентрическая память. При решении задачи животные запоминают постоянное положение невидимой платформы по внешним ориентирам, находящимся- за. пределами водного лабиринта (Morris, 1984; Bast et al., 2009). Другой вид пространственной памяти, зависит от положения тела и головы в пространстве, так называемая эгоцентрическая память. Эти виды памяти существенно различаются по физиологическим механизмам (Bast et al., 2009; Nitz, 2009). Исследование этого вида пространственной памяти на моделях БА начато только в самое последнее время (Delpolyi et al, 2008). В нашей группе на базе водного лабиринта Морриса был разработан новый когнитивный тест. Крысы должны были формировать пространственную память при случайном- положении невидимой цели (Щеглов, Подольский, 2001; Подольский и Щеглов 2004; Podolski et al., 2007).

В последнее время исследование зависимости нарушения когнитивной деятельности от межнейронных взаимосвязей в структурах головного мозга вызывает повышенный интерес. По современным представлениям взаимосвязь между нейронной активностью различных областей головного мозга лежит в основе когнитивной деятельности (Ливанов, 1972; Chailakhyan, 1990; 1998; Ivanitsky, 2009; Uhlhaas, Singer, 2006; Sirota A. et al, 2008). Предполагается, что механизмы нарушения памяти при БА связаны со снижением связи нейронной активности между различными областями мозга (Uhlhaas, Singer, 2006; Arun et al. 2009). Исследования, выполненные на людях, страдающих БА, показали ухудшение пространственной памяти и нарушение передачи информации между полушариями мозга (Delbeuck et al., 2003). Однако имеются лишь единичные работы, в которых авторы изучали осцилляторные процессы в неокортексе на экспериментальных моделях БА in vivo (Uhlhaas, Singer, 2006; Bokde et al., 2009). He проводилось специального исследования влияния центрального введения р-амилоида на осцилляторную активность и пространственную синхронизацию различных областей мозга.

Таким образом, не было исследовано влияние центрального введения р-амилоида на пространственную память при случайном положении цели. Не изучено влияние Р-амштоидов на спектрально-кореляционные характеристики ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры у взрослых и старых животных, не проводилось исследований индивидуальных различий действия Р-амиолида на когнитивные процессы.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Муганцева, Екатерина Александровна

выводы

3. Введение АР25-35 замедляет пространственное обучение при случайном положении цели у взрослых крыс. С увеличением срока после введения АР25-35 от 1 до 8 недель возрастает число животных с нарушением когнитивного поведения.

4. Под действием р-амилоида происходит подавление низкочастотного тета-ритма в дорзальном гиппокампе и фронтальной коре. Эти изменения наступают через неделю после введения Ар25-35 и сохраняются в течение месяца.

5. У взрослых крыс АР25-35 вызывает снижение коэффициента корреляции между дорзальным гиппокампом и фронтальной корой на 30 % и замедление пространственного обучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в работе впервые приведены данные о влиянии центрального введения р-амилоида на пространственное обучение при случайном положении невидимой цели и спектрально-корреляционные характеристики ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коры у взрослых и старых крыс. Показано, что у старых крыс новый тест позволяет обнаружить более тяжелые нарушения когнитивного поведения, чем стандартный тест Морриса.

Мы предполагаем, что подавление тета-ритма в гиппокампе и значительное ослабление межнейронной связи между гиппокампом и фронтальной корой, вызванное действием агрегированного Р-амилоида, вносит существенный вклад в нарушение когнитивных процессов при болезни Альцгеймера. Исследование нарушений пространственной памяти при случайной локализации невидимой цели может привести к пониманию механизмов нарушения памяти и разработки терапии БА.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Муганцева, Екатерина Александровна, Пущино

1. Виноградова О.С. Гиппокамп и память. — М.: Наука, 1975, 332 с

2. Гаврилова С. И., Корсакова Н. К., Вавилов С. Б. Фармакотерапия Болезни Альцгеймера: Миф или реальность — Журн. невропатол. и психиат. им С. С. Корсакова. 1990, 90, 44-50.

3. Гаврилова С.И., Тариков Г.А. Современные стратегии патогенетической терапии болезни Альцгеймера. — Вестник Российской Академии Медицинских Наук, 2001, 7, 13-18.

4. Гулд Д.Л., Марлер П. Научение на основе инстинкта.- В мире науки. 1987, Т.З, 30-50.

5. Завлишин И.А., Захаров М.Н. Конформационные болезни. Ж. неврологии и психиатрии. 2003, 1, 54-60.

6. Крушинская Н.Л. Некоторые сложные пищевые формы поведения кедровок после удаления у них старой коры. — Журн. эволюц. биохимии и физиологии. 1966. 2(6), 563-568.

7. Ливанов М.Н. Пространственная организация процессов головного мозга. М.: Наука, 1972. 181с.

8. Плескачева М.Г., Зорина З.А, Николаенко Д.Л., Вольфер Д.П., Костына З.А., Липп X. П. Поведение в водном тесте Морриса крыс линии Крушинского-Молодкиной, селектированных на повышенную судорожную активность. Журн. высш. нервн. деят. 2002, 52(3), 356-365.

9. Подольский И. Я., Щеглов И. В. Журн. высш. нерв. деят. 2004, 54, 57-65.

10. Рогаев Е. Генетические факторы и полигенные модели болезни Альцгеймера. Генетика. 1999,35, 1558-1571

11. Соломадин И.Н, Механизмы токсического действия бета пептидов на клетки мозга и крови. Магистерская диссертация. 2008

12. Щеглов И.В. Влияние подавления синтеза белка в ЦНС на формирование различных видов долговременной памяти у крыс, диссертация на соиск. Уч. Степении к.б.н., 2003

13. Щеглов И.В., Кондратьева Е.В., Подольский И.Я. Количесвенный анализ подавления синтеза белка в головном и спинном мозге при центральном введении циклогексимида. Нейрохимия, 2001, 18 (3), 200-208

14. Albuquerque EX, Pereira EF, Alkondon M, Rogers SW. Mammalian nicotinic acetylcholine receptors: from structure to function. Physiol Rev. 2009, 89(1), 73-120.

15. Arendash G, King D, Gordon M, Morgan D, Hatcher J, Hope C, Diamond D. Progressive, age-related behavioral impairments in transgenic mice carrying both mutant amyloid precursor protein and presenilin-1 transgenes. -Brain Res. 2001, 891, 42- 53.

16. Ashe KH. Learning and memory in transgenic mice modeling Alzheimer's disease. Learn Mem. 2001, 8(6), 301-8.

17. Bannerman DM, Rawlins JN, McHugh SB, Deacon RM, Yee BK, Bast T, Zhang WN, Pothuizen HH, Feldon J. Regional dissociations within the hippocampus—memory and anxiety. Neurosci Biobehav Rev. 2004, 28(3), 27383.

18. Bast T, Wilson IA, Witter MP, Morris RG. From rapid place learning to behavioral performance: a key role for the intermediate hippocampus. PLoS Biol., 2009, 7(4), el000089.

19. Beauchamp C, Fridovich I Superoxide dismutase: improved assays and an assay applicable to acrylamide gels. Anal Biochem. 1971, 44(1), 276-87.

20. Beisiegel U, Weber W, Ihrke G, Herz J, Stanley KK. The LDL-receptor-related protein, LRP, is an apolipoprotein E-binding protein. Nature. 1989, 341(6238), 162-4.

21. Bird CM, Burgess N. The hippocampus and memory: insights from spatial processing. Nat Rev Neurosci. 2008, 9(3), 182-94

22. Bland BH, Colom LV. Extrinsic and intrinsic properties underlying oscillation and synchrony in limbic cortex-ProgNeurobiol. 1993, 41(2), 157-208.

23. Bobkova N, Vorobyov V, Medvinskaya N, Aleksandrova I, Nesterova I. Interhemispheric EEG differences in olfactory bulbectomized rats with different cognitive abilities and brain beta-amyloid levels. Brain Res. 2008, 1232, 185-94.

24. Bokde AL, Ewers M, Hampel H. Assessing neuronal, networks: understanding Alzheimer's disease. Prog Neurobiol. 2009, 89(2), 125-33.

25. Bokde AL, Lopez-Bayo P, Meindl T, Pechler S, Born C, Faltraco F, Teipel SJ, Moller HJ, Hampel H. Functional connectivity of the fusiform gyms during a face-matching task in subjects with mild cognitive impairment Brain. 2006, 129(Pt 5), 1113-24.

26. Braak H, Braak E. Evolution of neuronal changes in the course of Alzheimer's disease. -J Neural Transm Suppl. 1998, 53:127-40.

27. Burgess N, Becker S, King JA, O'Keefe J. Memory for events and their spatial context, models and experiments. — Philos Trans R Soc Lond В Biol Sci. 2001, 356(1413), 1493-503.

28. Campion D, Dumanchin C, Hannequin D, et al Early-onset autosomal dominant Alzheimer disease: prevalence, genetic heterogeneity, and mutation spectrum. Am. J. Hum. Genet., 65 (3), 664-70.

29. Cetin F., Dincer S. The Effect of Intrahippocampal Beta Amyloid (142) Peptide Injection on Oxidant and Antioxidant Status in Rat Brain. -Ann. N.Y. Acad. Sci. 2007, 1100, 510-517.

30. Chailakhyan LM. Intercellular interactions as a basis for the expedient behaviour of multicellular systems. Membr Cell Biol., 1998, 11(6), 693-700.

31. Chang Q, Gold PE. Switching memory systems during learning: changes in patterns of brain acetylcholine release in the hippocampus and striatum in rats. J Neurosci. 2003, 23(7), 3001-5.

32. Chen G, Chen KS, Knox J, Inglis J, Bernard A, Martin SJ, Justice A, McConlogue L, Games D, Freedman SB, Morris RG. A learning deficit related to age and beta-amyloid-plaques in a mouse model of Alzheimer's disease. Nature. 2000, 408(6815), 975-9.

33. Chen SY, Wright JW, Barnes CD. The neurochemical and behavioral effects of beta-amyloid peptide(25-35). Brain Res. 1996, 720(1-2), 54-60.

34. Cohen N. & Squire L.R. Preserved learning and retention of pattern analyzing skill in amnesia dissatiation of knowing how and knowing that. -Science. 1980, 210,207-209.

35. Colom LV, Castaneda MT, Banuelos C, Puras G, Garcia-Hernandez A, Hernandez S, Mounsey S, Benavidez J, Lehker C. Medial septal beta-amyloid 1-40 injections alter septo-hippocampal anatomy and function. Neurobiol Aging. 2010, 31(1), 46-57.

36. D'Hooge R. & De Deyn P.P. Application for the Morris water maze in the study of learning and memory Brain Res. Rev. 2001, 36, 60-90.

37. Davis S, Laroche S.What can rodent models tell us about cognitive decline in Alzheimer's disease? Mol Neurobiol. 2003, 27(3), 249-76.

38. Deipolyi AR, Fang S, Palop JJ, Yu GQ, Wang X, Mucke L. Altered navigational strategy use and visuospatial deficits in hAPP transgenic mice. -Neurobiol Aging, 2008, 29(2), 253-66.

39. Delbeuck X., Van der Linden M. and Collette F., Alzheimer's disease as a disconnection syndrome? Neuropsychol. Rev., 2003, 13, 79-92.

40. Devan BD, McDonald RJ, White NM. Effects of medial and lateral caudate-putamen lesions on place- and cue-guided behaviors in the water maze: relation to thigmotaxis. Behav Brain Res. 1999, 100(1-2), 5-14.

41. D'Hooge R, Nagels G, Westland CE, Mucke L, De Deyn PP. Spatial learning deficit in mice expressing human 751-amino acid beta-amyloid precursor, protein. -Neuroreport. 1996, 7(15-17), 2807-11.

42. Dickerson ВС, Sperling RA.Large-scale functional brain network abnormalities in Alzheimer's disease: insights from functional neuroimaging-Behav Neurol., 2009, 21(1), 63-75.

43. Dodart J, Meziane H, Mathis C, Bales K, Paul S, Ungerer A. Behavioral disturbances in transgenic mice overexpressing the VI7IF beta-amyloid precursor protein. Behav Neurosci. 1999;113, 982-90.

44. Duff K, Suleman F. Transgenic mouse models of Alzheimer's disease: how useful have they been for therapeutic development? — Brief Funct Genomic Proteomic., 2004, 3(1), 47-59.

45. Gallistel CR, Cramer AE. Computations on metric maps in mammals: getting oriented and choosing a multi-destination route. J Exp Biol. 1996, 199(Pt 1), 211-7.

46. Games D, Khan KM, Soriano FG, Keim PS, Davis DL, Bryant K, Lieberburg I. Lack of Alzheimer pathology after beta-amyloid protein injections in rat brain. -Neurobiol Aging. 1992,13(5), 569-76.

47. Gerlai R. Behavioral tests of hippocampal function: simple paradigms complex problems Behav Brain Res., 2001, 125(1-2), 269-312.

48. German DC, Eisch AJ. Mouse models of Alzheimer's disease: insight into treatment. Rev Neurosci., 2004, 15(5), 353-69

49. Gordon M, King D, Diamond D, Jantzen P, Boyett K, Hope C, Hatcher J, DiCarlo G, Gottschall P, Morgan D, Arendash G. Correlation between working memory deficits and Ab deposits in transgenic APP + PS1 mice. — Neurobiol Aging, 2001, 22, 377- 85.

50. Gotz J, Ittner LM. Animal models of Alzheimer's disease' and' frontotemporal dementia. Nat Rev Neurosci., 2008, 9(7), 532-44.

51. Grigorenko AP, Rogaev EI Molecular basics of Alzheimer's disease. -Mol Biol (Mosk). 2007, 41(2), 331-45.

52. Grothe M, Zaborszky L, Atienza M, Gil-Neciga E, Rodriguez-Romero R, Teipel SJ, Amunts K, Suarez-Gonzalez A, Cantero JL. Reduction of Basal Forebrain Cholinergic System Parallels Cognitive Impairment in Patients at High

53. Risk of Developing Alzheimer's Disease. Cereb Cortex., 2009, Epub ahead of print.

54. Gutbrod K, Cohen R, Maier T, Meier E. Memory for spatial and temporal order in aphasics and right hemisphere damaged patients. — Cortex. 1987, 23(3), 463-74.

55. Haass C., Selkoe D.J., Soluble protein oligomers in neurodegeneration: lessons from the Alzheimer's amyloid beta-peptide Nat RevMol Cell Biol., 2007, 8, 101-112.

56. Hasselmo M.E., The role of acetylcholine in learning and memoiy. -Curr OpinNeurobiol., 2006, 16(6), 710-5

57. Hermer L, Spelke ES. A geometric process for spatial reorientation in young children. Nature. 1994, 370(6484), 57-9.

58. Higgins GA, Large CH, Rupniak HT, Barnes JC.Apolipoprotein E and Alzheimer's disease: a review of recent studies. Pharmacol Biochem Behav. 1997,(4), 675-85.

59. Hoenicka J. Genes in Alzheimer's disease. Rev Neurol., 2006, 42(5), 302-5.

60. Holcomb L, Gordon N, Jantzen P, Hsiao K, Duff K, Morgan D. Behavioral changes in transgenic mice expressing both amyloid pre- cursor protein and presenilin-1 mutations, lack of association with amyloid deposits. Behav Genet. 1999, 29, 177-85.

61. Holscher С, Gengler S, Gault VA, Harriott P, Mallot HA. Soluble beta-amyloid25-35. reversibly impairs hippocampal synaptic plasticity and spatial learning. Eur J Pharmacol. 2007, 561(1-3), 85-90.

62. Howlett DR, Richardson JC. The pathology of APP transgenic mice: a model of Alzheimer's disease or simply overexpression of APP? Histol Histopathol., 2009, 24(1), 83-100.

63. Hsiao K, Chapman P, Nilsen S, Eckman C, Harigaya Y, Younkin S, Yang F, Cole G. Correlative memory deficits, Abeta elevation, and amyloid plaques in transgenic mice. Science. 1996, 274(5284), 99-102.

64. Ivanitsky AM, Ivanitsky GA, Sysoeva OV. Brain science: on the way to solving the problem of consciousness. Int J Psychophysiol., 2009, 73(2), 101-'8.

65. Jang JH, Surh YJ. beta-Amyloid induces oxidative DNA damage and cell death through activation of c-Jun N terminal kinase. Ann N Y Acad Sci., 2002, 973, 228-36.

66. Jeong J., EEG dynamics in patients with Alzheimer's disease. Clin. Neurophysiol., 2004, 115, 1490-1505

67. Kayed R, Head E, Thompson JL, Mclntire TM, Milton SC, Cotman CW, Glabe CG. Common structure of soluble amyloid oligomers implies common mechanism of pathogenesis. Science, 2003, 300(5618), 486-9.

68. Klein WL, Krafft GA, Finch CE. Targeting small Abeta oligomers: the solution to an Alzheimer's disease conundrum? Trends Neurosci., 2001, 24(4), 219-24.

69. Klein W.L., Stine W.B. Jr. Teplow. Small assemblies of unmodified amyloid beta-protein are the proximate neurotoxin in Alzheimer's disease. -Neurobiol Aging. 2004, 25(5), 569-80.

70. Koistinaho M, Koistinaho J. Interactions between Alzheimer's disease and cerebral ischemia—focus on inflammation. Brain Res Brain Res Rev. 2005, 48(2), 240-50.

71. Kosenko E, Venediktova N, Kaminsky Y, Montoliu C, Felipo V. Preparation and handling of brain mitochondria useful to study uptake and release of calcium. Brain Res Brain Res Protoc. 2001, 7(3), 248-54.

72. Lawrence RA, Burk RF. Glutathione peroxidase activity in selenium-deficient rat liver. -Biochem Biophys Res Commun., 1976, 71(4), 952-8.

73. Limon ID, Mendieta L, Diaz A, Chamorro G, Espinosa B, Zenteno E, Guevara J. Neuroprotective effect of alpha-asarone on spatial memory and nitric oxide levels in rats injected with amyloid-beta(25-35). — Neurosci Lett. 2009, 453(2), 98-103.

74. Lindeboom J., Weinstein H. Neuropsychology of cognitive ageing, minimal cognitive impairment, Alzheimer's disease, and vascular cognitive impairment. Eur J Pharmacol. 2004, 490(1-3), 83-86.

75. L0mo T. The discovery of long-term potentiation. Philos Trans R Soc Lond В Biol Sci. 2003, 358(1432), 617-20.

76. Lovell1 M.A., Ehmann W.D., Butler S.M., Markesbery W.R. Elevated thiobarbituric acid-reactive substances and antioxidant enzyme activity in the brain in-Alzheimer's disease. Neurology. 1995,45, 1594-1601.

77. Lovell M.A., Markesbery W.R. Oxidative DNA damage in mild cognitive impairment and late-stage Alzheimer's disease. Nucleic Acids Res. 2007, 35, 7497-7504.

78. Mahley RW. Apolipoprotein E: cholesterol transport protein with expanding role in cell'biology.- Science. 1988, 240(4852), 622-30.

79. Malm T, Ort M, Tahtivaara L, Jukarainen N, Goldsteins G, Puolivali J, Nurmi A, Pussinen R, Ahtoniemi T, Miettinen TK, Kanninen K, Leskinen S,

80. Manelli A.M., Stine W.B., Van Eldik L.J., LaDu M.J. ApoE and Abetal-42 interactions: effects of isoform and conformation on structure and function. J Mol Neurosci. 2004, 23(3), 235-246.

81. Manzano S, Gonzalez J, Marcos A, Payno M, Villanueva C, Matias-Guiu J Experimental models in Alzheimer's disease Neurologia. 2009, 24(4), 255-62.

82. Matson M.P., Kater S.B., Development and selective neurodegeneration in cell cultures from different hippocampal regions, Brain Res., 1989, 490, 110-25.

83. Maurer AP, McNaughton BL. Network and intrinsic cellular mechanisms underlying theta phase precession of hippocampal neurons. Trends Neurosci. 2007, 30(7), 325-33.

84. McClelland JL, McNaughton BL, O'Reilly RC. Why there are complementary learning systems in the hippocampus and neocortex: insights from the successes and failures of connectionist models of learning and memory. -Psychol Rev. 1995, 102(3), 419-57.

85. McDonald MP, Overmier JB. Present imperfect: a critical review of animal models of the mnemonic impairments in Alzheimer's disease. — Neurosci Biobehav Rev. 1998, 22(1), 99-120.

86. McGaugh JL. Memory—a century of consolidation. Science. 2000, 287(5451), 248-51.

87. McGowan E, Eriksen J, Hutton M. A decade of modeling Alzheimer's disease in transgenic mice. Trends Genet. 2006, 22(5), 281-9.

88. Mclntyre CK, Marriott LK, Gold PE. Patterns of brain acetylcholine release predict individual differences in preferred learning strategies in rats. — Neurobiol Learn Mem. 2003, 79(2), 177-83.

89. Mclntyre CK, Pal SN, Marriott LK, Gold PE Competition between memory systems: acetylcholine release in the hippocampus correlates negatively with good performance on an amygdala-dependent task. J Neurosci. 2002, 22(3), 1171-6.

90. McKay B.E., Placzek A.N., Dani J.A., Regulation of synaptic transmission and plasticity by neuronal nicotinic acetylcholine receptors, -Biochem Pharmacol., 2007, 74(8), 1120-33

91. McKee A.C. et al. The neurotoxicity of amyloid beta protein in aged primates. Amyloid, 1998, 5(1), 1-9.

92. McLarnon JG, Ryu Ж. Relevance of abetal-42 intrahippocampal injection as an animal model of inflamed Alzheimer's disease brain. Curr Alzheimer Res. 2008, 5(5), 475-80.

93. McLean CA, Cherny RA, Fraser FW, Fuller S J, Smith MJ, Beyreuther K, Bush Al, Masters CL Soluble pool of Abeta amyloid as a determinant of severity of neurodegeneration in Alzheimer's disease. — Ann Neurol, 1999, 46, 860-86

94. McNaughton BL, Battaglia FP, Jensen O, Moser EI, Moser MB Path integration and the neural basis of the 'cognitive map'.- Nat Rev Neurosci. 2006, 7(8), 663-78.

95. Morris R.G.M. Development of a water-maze procedure for studing spatial learning in the rat.-Neurosci. Meth. 1984, 11, 47-60

96. Morris RG, Schenk F, Tweedie F, Jarrard LE. Ibotenate Lesions of Hippocampus and/or Subiculum, Dissociating Components of Allocentric Spatial Learning. Eur J Neurosci. 1990, 2(12), 1016-1028.

97. Morris RG. Episodic-like memory in animals: psychological criteria, neural mechanisms and the value of episodic-like tasks to investigate animal models of neurodegenerative disease. Philos Trans R Soc Lond В Biol Sci. 2001, 356(1413), 1453-65.

98. Morrison JH, Hof PR. Selective vulnerability of corticocortical and hippocampal circuits in aging and Alzheimer's disease. Prog Brain Res. 2002, 136, 467-86.

99. Moser MB, Moser EI. Functional differentiation in the hippocampus. -Hippocampus. 1998, 8(6), 608-19.

100. Nag S, Tang F. The effect of age on the response of the rat brains to continuous beta-amyloid infusion. Brain Res. 2001, 889(1-2), 303-7.

101. Nagy Z, Esiri MM, Joachim C, Jobst KA, Morris JH, King EM,

102. Hindley NJ, McDonald B, Litchfield S, Barnetson L, Smith AD. Comparison offpathological diagnostic criteria for Alzheimer disease. Alzheimer Dis Assoc Disord., 1998, 12(3), 182-9.

103. Naslund J, Haroutunian V, Mohs R, Davis KL, Davies P, Greengard P, Buxbaum JD (2000) Correlation between elevated levels of amyloid beta-peptide in the brain and cognitive decline. JAMA 283, 1571-1577

104. Neves G, Cooke SF, Bliss TV. Synaptic plasticity, memory and the hippocampus: a neural network approach to causality. Nat Rev Neurosci. 2008, 9(1), 65-75.

105. Nitta A, Nabeshima T. Experimental techniques for developing new drugs acting on dementia (10)--Alzheimer's disease animal model induced by beta-amyloid protein. Nihon Shinkei Seishin Yakurigaku Zasshi. 1996, 16(3), 85-90.

106. Nitz D. Parietal cortex, navigation, and the construction of arbitrary reference frames for spatial information. Neurobiol Learn Mem., 2009, 91(2), 179-85.

107. Nunn JA, Graydon FJ, Polkey CE, Morris RG.Differential spatial memory impairment after right temporal lobectomy demonstrated using temporal titration. Brain. 1999, 122 ( Pt 1), 47-59.

108. O'Keefe J, Dostrovsky J The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Research 1971,34, 171—175.

109. O'Keefe J, Nadel L. The Hippocampus as a Cognitive Map Oxford, 1978. Oxford'University Press.

110. Otmakhova NA, Gurevich EV, Katkov YA, Nesterova IV, Bobkova NV. Dissociation of multiple behavioral effects between olfactory bulbectomized C57B1/6J and DBA/2J mice. Physiol Behav. 1992, 52(3), 441-8.

111. Packard MG, McGaugh JL. Inactivation of hippocampus or caudate nucleus with lidocaine differentially affects expression of place and response learning. Neurobiol Learn Mem. 1996, 65(1), 65-72.

112. Packard MG. Glutamate infused posttraining into the hippocampus or caudate-putamen differentially strengthens place and response learning. — Proc Natl Acad Sci USA. 1999, 96(22), 12881-6.

113. Paxinos G., Watson Ch., The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. Sixth Edition, 2006

114. Perry G, Cash AD, Smith MA. Alzheimer Disease and Oxidative Stress. J Biomed Biotechnol., 2002, 2(3), 120-123.

115. Petrella JR, Coleman RE, Doraiswamy PM. Neuroimaging and early diagnosis of Alzheimer disease: a look to the future. Radiology. 2003, 226(2), 315-36.

116. Pike CJ, Walencewicz-Wasserman AJ, Kosmoski J, Cribbs DH, Glabe CG, Cotman CW. Structure-activity analyses of beta-amyloid peptides: contributions of the beta 25-35 region to aggregation and neurotoxicity. -J Neurochem. 1995 J64(l), 253-65.

117. Rafii MS, Aisen PS. Recent developments in Alzheimer's disease therapeutics. BMC Med., 2009, Feb 19; 7:7.

118. Sanchez-Alavez M., Chan S.L., Mattson M.P., Criado J.R., Electrophysiological and cerebrovascular effects of the alpha-secretase-derived form of amyloid precursor protein in young and middle-aged rats, Brain Res., 2007, 1131(1), 112-7

119. Schiff SJ, Aldroubi A, Unser M, Sato S. Fast wavelet transformation of EEG. lectroencephalogr Clin Neurophysiol. 1994, 91(6), 442-55.

120. Schliebs R, Arendt T. The significance of the cholinergic system in the brain during aging and in Alzheimer's disease. J Neural Transm. 2006, 113(11), 1625-44.

121. Selkoe D.J. Alzheimer's disease: genes, proteins, and therapy-Physiol Rev. 1998,81,741-766.

122. Selkoe DJ. Soluble oligomers of the amyloid beta-protein impair synaptic plasticity and behavior. Behav Brain Res. 2008, 192(1), 106-13.

123. Sigurdsson EM, Lee JM, Dong XW, Hejna MJ, Lorens SA. Bilateral injections of amyloid-beta 25-35 into the amygdala of young Fischer rats:behavioral, neurochemical, and time dependent histopathological effects.-Neurobiol Aging. 1997, 18(6), 591-608.

124. Silva A.J., Ciese K.p., Fedorov N.B., Frankland P.W., Kogan J.H. Molecular, cellular, and neuroanatomical substrates of place learning Neurobiol Learn., 1998, 70, 44-61.

125. Siman R, Flood DG, Thinakaran G, Neumar RW. Endoplasmic reticulum stress-induced cysteine protease activation in cortical neurons: effect of an Alzheimer's disease-linked presenilin-1 knock-in mutation. J Biol Chem., 2001,276(48), 44736-43.

126. Sirota A., Montgomery S., Fujisawa S., Isomura Y., Zugaro M., Buzsaki G., Entrainment of neocortical neurons and gamma oscillations byi the hippocampal theta rhythm, Neuron, 2008, 60(4), 683-97

127. Squire L.R., Zola-Morgan S, Structure and function of declarative and nondeclarative memory systems Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996, 93, 1351513522.

128. Squire LR, Bayley PJ. The neuroscience of remote memory. Curr Opin Neurobiol. 2007, 17(2), 185-96.

129. Steele RJ, Morris RG. Delay-dependent impairment of a matching-to-place task with chronic and intrahippocampal infusion of the NMDA-antagonist D-AP5.-Hippocampus. 1999, 9(2), 118-36.

130. Stepanichev MIu, Moiseeva IuV, Lazareva NA, Guliaeva NV. Effects of amyloid beta peptide (25-35) on the behavior of rats in a radial maze Zh Vyssh Nerv Deiat Im I P Pavlova. 2004, 54(3), 382-9.

131. Stepanov II, Kuznetsova NN, Klement'ev BI, Sapronov NS.Effects of intracerebroventricular administration of beta-amyloid on the dynamics of learning in purebred and mongrel rats. Neurosci Behav Physiol. 2007, 37(6), 583-90.

132. Stern A., Bacskai В J., Hickey G. A., Attenello F.J., Lombardo J. A., Hyman B.T., Cortical Synaptic Integration In Vivo Is Disrupted by Amyloid-(3 Plaques. The Journal of Neuroscience, 2004, 24(19), 4535- 4540.

133. Stine W.B. Jr, Dahlgren K.N., Krafft G.A., LaDu M.J. In vitro characterization of conditions for amyloid-beta peptide oligomerization and fibrillogenesis.-J Biol Chem. 2003, 278(13), 11612-11622

134. Storey E, Cappai R The amyloid precursor protein of Alzheimer's disease and the Abeta peptide. Neuropathol Appl Neurobiol. 1999, 25(2), 81-97.

135. Strittmatter WJ, Saunders AM, Schmechel D, et ah Apolipoprotein E:ilate-onset familial Alzheimer disease. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1993, 90 (5),1.1977-81.

136. Takeda S, Sato N, Niisato K, Takeuchi D, Kurinami H, Shinohara M, Rakugi H, Капо M, Morishita R. Validation of Abetal-40 administration intomouse cerebroventricles as an animal model for Alzheimer disease. Brain Res. 2009,1280, 137-47.

137. Tran M.H., Yamada K., Nabeshima T. Amyloid beta-peptide induces cholinergic dysfunction and cognitive deficits: a minireview. — Peptides. 2002, 23(7), 1271-1283.

138. Tucker DM, Hartry-Speiser A, McDougal L, Luu P, deGrandpre D. Mood and spatial memory: emotion and right hemisphere contribution to spatial cognition. Biol Psychol. 1999, 50(2), 103-25.

139. Turner P.R. Roles of amyloid precursor protein and its fragments in regulating neural activity, plasticity and memory Prog Neurobiol. 2003, 70(1), 1-32.

140. Uhlhaas Peter J. and Singer Wolf, Neural Synchrony in Brain Review Disorders, Relevance for Cognitive Dysfunctions and Pathophysiology, Neuron, 2006, 52, 155-168.

141. Vinogradova O.S., Expression, control, and probable functional significance of the neuronal thete-rhythm, Progr. In Neurobiol., 1995, 45, 523583

142. Walsh D.M., Klyubin I., Fadeeva J.V., Cullen W.K., Anwyl R., Wolfe M.S., Rowan M.J., Selkoe D.J., Naturally secreted oligomers of amyloid betaprotein potently inhibit hippocampal long-term potentiation in vivo. — Nature, 2002,416, 535-539.

143. Walsh DM, Selkoe DJ.A beta oligomers a decade of discovery. — J Neurochem., 2007, 101(5), 1172-84.

144. Wang J., Ikonen S., Gurevicius K., Groen Т., Tanila H. Alteration of cortical EEG in mice carrying mutated human APP transgene. — Brain Research 2002,943, 181-190.

145. Waring SC, Rosenberg RN. Genome-wide association studies in Alzheimer disease. Arch Neurol., 2008,65(3), 329-34.

146. Whishaw IQ, Jarrard LE. Similarities vs. differences in place learning and circadian activity in rats after fimbria-fornix section or ibotenate removal of hippocampal cells. Hippocampus. 1995, 5(6), 595-604.

147. Whitehouse PJ, Struble RG, Clark AW, Price DL. Alzheimer disease: plaques, tangles, and the basal forebrain. Ann Neurol., 1982, 12(5), 494.

148. Wilson С A, Doms RW, Lee VM. Intracellular APP processing and A beta production in Alzheimer disease. J Neuropathol Exp Neurol. 1999, 58(8), 787-94.

149. Yamamoto, Т., Jin, J., Watanabe, S., Characteristics of memory dysfunction in olfactory bulbectomized rats and the effects of cholinergic drugs. — Behav. Brain Res. 1997, 83 (1-2), 57-62.

150. Yang J.L., Weissman L., Bohr V.A., Mattson M.P. Mitochondrial DNA damage and repair in neurodegenerative disorders. — DNA Repair. 2008, 7, 1110-1120.

151. Yin HH, Knowlton В J. Contributions of striatal subregions to place and response learning. Learn Mem. 2004, 11(4), 459-63.

152. Yuede CM, Dong H, Csernansky JG. Anti-dementia drugs and hippocampal-dependent memory in rodents. Behav Pharmacol. 2007, 18(5-6), 347-63.

153. Выражаю глубокую признательность заведующей нашей лабораторией системной организации нейронов Валентине Федоровне Кичигиной за поддержку, отзывчивость и теплое отношение.

154. А также хотелось бы поблагодарить д.ф.-м.н Рубина Ренатовича Алиева и Виктора Даниловича Павлика за своевременную помощь при обработке данных.

155. Выражаю благодарность к.ф.-м.н. Александру Александровичу Дееву за разработку программного обеспечения.

156. Хочу выразить благодарность д.б.н. Елене Александровне Косенко за проведение биохимических исследований.

157. Хочу поблагодарить Екатерину Макарову за неоценимую помощь в проведении экспериментов.

158. Наконец, хочу выразить признательность всем коллегам из лаборатории системной организации нейронов и моим друзьям, на которых всегда можно было положиться.

Информация о работе

Муганцева, Екатерина Александровна
кандидата биологических наук
Пущино, 2010
ВАК 03.00.13

Диссертация

Исследование пространственной памяти и спектрально-корреляционных характеристик ЭЭГ гиппокампа и фронтальной коря на модели болезни Альцгеймера - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы