Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Трехмерная организация синапсов IN VIVO в поле CA1 гиппокампа гибернирующих сусликов и гипотермных крыс с использованием серийных ультратонких срезов

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Медведев, Николай Ильич

СПИСОК СОКРАЩЕНИИ

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гиппокамп как модель для ледованиянав в ц.н

2. Структура и функции дендритных шипиков гиппокампа

2.1. Современные методы анализа дендритных шипиков

2.1.1 Окраска по Гольджи

2.1.2 Электронная микроскопия

2.1.3 Конфокальная микроскопия и молекулярно-биологические методы

2.1.4 Трехмерная реконструкция и стереологический анализ

2.2. Классификации дендритных шипиков

2.3. Структура синаптического комплекса

2.3.1 Постсинаптическое уплотнение

2.3.2 Цитоскелет и цитоплазма

2.3.3 Эндоплазматический ретикулум

2.3.4 Белок синтезирующие компоненты шипиков

2.3.5 Митохондрии

2.3.6 Мультивезикулярные тельца

2.3.7 Пресинаптические везикулы

2.3.8 Астроциты

2.3.9 Химический синапс и синаптическая щель

2.4. Генезис дендритных шипиков

2.5. Функциональная роль дендритных шипиков

2.5.1. Большинство синапсов гиппокампа располагаются на дендритных шипиках

2.5.2. Шипики увеличивают плотность синапсов на дендрите

2.5.3. Шипики - сайты возбуждающих входов гиппокампа

2.5.4. Шипики могут модулировать активность синапсов

2.5.5. Шипики обеспечивают специфичность синапсов через молекулярную компартментализацию и локальный синтез белков

2.5.6. Защитная функция шипиков

3. Пластичность дендритных шипиков

3.1. Длительная потенциация

3.2. Обучение

3.3. Патологии нервной системы

3.4. Циклические изменения дендритных шипиков

4. Гибернация и гипотермия как естественные модели для изучения синапсов в различных функциональных состояниях

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Биологические модели, подготовка животных

2. Приготовление образцов для световой и электронной микроскопии

3. Метод получения серийных ультратонких срезов

4. Электронная микроскопия

5. Трехмерная реконструкция и количественный стереологический анализ дендритных шипиков и синаптических структур

6. Методы статистической обработки количественных данных и программное обеспечение

Глава III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. Обратимая ретракция дендритных шипиков как один из морфологичих принципов, лежащих в овенаптичой плични ц.н

2. Трехмерная организация тонких и грибовидных дендритных шипиков в завми от функциональногостояния ц.н

2.1. Изменение объема и площади поверхности дендритных шипиков при гибернации и гипотермии 62 2.2. Изменение формы дендритных шипиков при гибернации и гипотермии

3. Мультисинаптические дендритные шипики и аксональные бутоны

4. Организация митохондрий в дендритах и аксонах

5. Разработка программного обеспечения для трехмерных 81 реконструкций и анализа трехмерных объектов

Введение Диссертация по биологии, на тему "Трехмерная организация синапсов IN VIVO в поле CA1 гиппокампа гибернирующих сусликов и гипотермных крыс с использованием серийных ультратонких срезов"

Традиционно, проблемы обучения, памяти и забывания связывают с нейронной пластичностью, в основе которой лежат изменения в синапсах. Согласно Bailey с соавторами (Bailey and Kandel, 1993; Bailey et al., 2000) пластичность синапсов может быть разделена на 2 категории: 1) изменение уже существующих синапсов; и 2) изменение межнейронных связей, за счет образования новых синапсов или потери существующих. Считается, что 90% всех возбуждающих аксо-дендритных синапсов гиппокампа располагается на дендритных шипиках. Таким образом, предполагается, что синаптическая пластичность связана с пластичностью дендритных шипиков. К сожалению, размеры дендритных шипиков очень малы, что не позволяет адекватно оценить их светомикроскопическими методами, включая конфокальную микроскопию. Вместе с тем, результаты количественного анализа и моделирования различных субклеточных структур на основе одиночных ультратонких срезов дают слишком большую ошибку (Coggeshall and Lekan, 1996). Кроме того, иногда невозможно точно идентифицировать дендритный шипик на одиночном срезе.

С появлением современных компьютеров, и специального программного обеспечения, а также с развитием технологий изготовления серийных ультратонких срезов, стало возможным получать точные количественные характеристики дендритных шипиков и других объектов. В последнее время появляется все больше работ, посвященных трехмерным (3D) реконструкциям и стереологическому анализу дендритных шипиков и других компонентов синаптического аппарата. Подавляющее большинство этих работ связано с изучением пластичности синапсов in vitro, в то время как исследованиям in vivo уделяется намного меньше внимания.

Данная работа посвящена исследованию синапсов в поле CAI гиппокампа in vivo. Поле CAI было выбрано не случайно, так как оно содержит в молекулярном слое наиболее характерные для центральной нервной системы (ц.н.с.) синапсы, которые интенсивно исследуются как in vitro, так и in vivo (Fiala et al., 1998; Sorra and Harris, 1998; Harris, 1999; Hering and Sheng, 2001; Segal and Andersen, 2000). В качестве животных моделей были выбраны гибернация якутского суслика (Citellus undulatus) и гипотермия крыс. Гибернация сусликов и гипотермия у крыс позволяет получить альтернативные функциональные состояния нервной ткани с низкой эффективностью синаптической передачи при гипотермии/гибернации и нормально функционирующими синапсами в нормотермии. У гибернирующих сусликов температура мозга падает до 0°С, а у крыс искусственно вызванная гипотермия понижает температуру мозга до 16-18°С (Калабухов, 1985; Игнатьев, 1992). При таких температурах эффективность синаптической передачи резко снижается, тогда как последующее восстановление животных до нормотермии индуцирует нормальную работу синапсов. Это позволяет провести сравнительные исследования синапсов в нормотермии и в условиях низкой функциональной активности - гипотермии/гибернации. Электронно-микроскопические (ЭМ) исследования таких синапсов с использованием серийных ультратонких срезов позволяют осуществить поиск морфологических коррелятов синаптической передачи на субмикронном уровне.

Целью настоящей работы явилось сравнительное количественное и качественное исследование in vivo организации асимметричных аксо-дендритных синапсов в поле CAI гиппокампа гибернирующих сусликов и гипотермных крыс с использованием серийных ультратонких срезов и трехмерных реконструкций дендритных шипиков и синаптических органелл.

Исходя из этого нами были поставлены следующие задачи:

1. На основе серийных ультратонких срезов и 3D реконструкций провести количественный стереологический анализ in vivo 4 категорий синапсов в поле CAI гиппокампа у гибернирующих сусликов и гипотермных крыс в альтернативных физиологических состояниях: гипотермия - нормотермия.

2. Провести количественный сравнительный анализ плотности синапсов в поле CAI сусликов и крыс в альтернативных физиологических состояниях.

3. Выполнить 3D реконструкции дендритных шипиков, постсинаптических уплотнений и других синаптических структур в поле CAI гиппокампа крысы и суслика.

4. Разработать программное обеспечение для анализа полученных трехмерных объектов.

В ходе настоящей работы установлено, что при снижении синаптической активности in vivo при гибернации и гипотермии происходят обратимые изменения в структуре синапсов: ретракция (втягивание) отдельных категорий дендритных шипиков, изменения их формы и объема. В поле CAI впервые обнаружены мультисинаптические дендритные шипики, что расширяет наше представление об организации синапсов в ц.н.с. Показано существование мультисинаптических бутонов в поле CAI. Полученные 3D реконструкции митохондрий показывают, что в отличие от пресинаптических бутонов в дендритах существует сложная митохондриальная сеть, состоящая из гигантских ветвящихся митохондрий. Все эти данные свидетельствуют о более сложной организации и работе синапса, чем в классической модели Хебба (1961)

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Медведев, Николай Ильич

выводы

1. При снижении синаптической активности в гиппокампе гибернирующих сусликов in vivo происходит ретракция (втягивание) тонких шипиков с переходом их в категорию пеньковых дендритных шипиков и стволовых синапсов. Ретракция тонких дендритных шипиков в поле CAI гиппокампа происходит как у естественных гибернаторов, так и у искусственно охлажденных (гипотермных) крыс, что указывает на возможную универсальность этого процесса.

2. При восстановлении нормальной физиологической температуры происходит обратный процесс восстановления категорий тонких и пеньковых дендритных шипиков, а также стволовых синапсов.

3. При гибернации и гипотермии in vivo не наблюдается потеря уже существующих синапсов, а также отсутствует синаптогенез при восстановлении к нормотермии.

4. Во всех исследованных физиологических состояниях животных пропорция грибовидных шипиков сохранялась неизменной (11-14% от всей популяции синапсов), что может свидетельствовать об их возможной важной роли в функционировании синапсов в поле CAI.

5. В поле CAI гиппокампа сусликов и крыс существуют как мультисинаптические аксональные бутоны, образующие синапсы с несколькими шипиками, так и мультисинаптические дендритные шипики. Впервые обнаружены дендритные шипики, образующие синапсы с разными аксонами.

6. В дендритах нейронов поля CAI гиппокампа крыс и сусликов митохондрии, как правило, связаны в единую митохондриальную сеть, образуя "гигантские митохондрии", в то время как в аксонах находятся отдельные митохондрии. Показано существование аксональных бутонов, в которых митохондрии отсутствуют, что может быть объяснено их миграцией вдоль аксона.

7. Разработано программное обеспечение для количественного анализа полученных трехмерных объектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, использование серийных ультратонких срезов с последующим количественным стереологическим анализом различных категорий синапсов, включая трехмерные реконструкции синаптических структур, позволяет проводить более точный анализ плотности синапсов в нервной ткани, а также получать принципиально новую информацию об организации химических синапсов. Полученные нами данные о структуре дендритных шипиков ведут к новым парадигмам организации, главным образом, возбуждающих глутаматергических синапсов.

Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что при гипотермии крыс происходят изменения шипиков подобно тому, как и при гибернации естественных гипотермов. Все эти данные свидетельствуют о более сложной системе регуляции зимней спячки сусликов и вероятно не требуют синтеза специфических нейропептидов, регулирующих бауты гибернации.

При гибернации и гипотермии при снижении синаптической активности, происходят значительные обратимые изменения в дендритных шипиках гиппокампа:

1) Ретракция тонких дендритных шипиков с переходом их в пеньковые шипики и стволовые синапсы.

2) Изменение размеров и площадей поверхности дендритных шипиков.

3) Изменение формы дендритных шипиков.

4) Вероятно важную роль в процессе зимней спячки играют как мультисинаптические пресинаптические бутоны, так и мультисинаптические дендритные шипики.

Следует отметить, что, не смотря на сложность и трудоёмкость проведения исследований с использованием серийных срезов, этот метод в настоящее время может быть проведен практически в любой лаборатории при наличии современных электронных микроскопов и ультратомов.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Медведев, Николай Ильич, Пущино

1. Анохин К.В. Молекулярная генетика развития мозга и обучения: на пути к синтезу. // Вестник Российской Академии Медицинских Наук. 2001. Т. 4, № 1. Ст. 30-35.

2. Игнатьев Д.А., Воробьев В.В., Сухова Г.С., Зиганшин Р.Х., Сухов

3. B.П., Темнов А.В., Темнов А.А., Ашмарин И.П. Зимняя спячка и искусственный гипобиоз: Изучение нейрохимических факторов гибернации. // Нейрохимия. Т. 15, № 3, 1998. Ст. 123-141.

4. Игнатьев Д.Ф., Сухова Г.С., Сухов В.П. Зависимость частоты сердечных сокращений у якутского суслика Citellus undulates в зависимости от температуры окружающей среды. // Журнал Эволюционной Биохимии и физиологии. 1992. Т. 3, № 2. Ст. 162167.

5. Калабухов Н.И. Спячка млекопитающих. // Москва. "Наука", 1985. 259 С.

6. Майстрах Е.В. Гипотермия и анабиоз. // "Наука", М.; Л., 1964. 3251. C.

7. Миронов А.А, Комиссарчик Ю.А., Миронов В.А. Методы электронной микроскопии в биологии и медицине. // С-Петербург. "Наука". 1994. 400 С.

8. Мошков Д.А., Павлик JLJL, Музафарова Л.Н., Удальцов С.Н., Лисин Н.М. Цитохимическое определение актина в структуре синаптического аппарата поля САЗ гиппокампа. // Цитология. 1986. Т. 28, № 8. Ст. 802-807.

9. Отмахов H.A. Нейрональная сеть гиппокампа: морфологический анализ. // Успехи физиологических наук. Т. 24. №4, 1993. Ст. 79101.

10. Павлинов И.Я., Микешина Н.Г. Принципы и методы геометрической морфометрии. // Журнал Общей Биологии. 2002. Т. 63, № 6. Ст. 473-493.

11. Поляков А. Методы и алгоритмы компьютерной графики в примерах на Visual С++. // Санкт-Петербург "БХВ-петербург". 2002.416 С.

12. Хамильтон Л.У. Основы анатомии лимбической системы. // Издательство Московского университета. 1984. 184 С.

13. Allen A., Yanushka J., Fitzpatrick J.H. Acute ultrastructural response of hypoxic hypoxia with relative ischemia in the isolated brain // Acta Neuropatol. 1989. V. 78, Pp. 637-648.

14. Alvarez-Maubecin V., Garcia-Hernandez F., Williams J.T. Functional coupling between neurons and glia. // J. Neurosci. 2000. V. 20, № 11. Pp. 4091-4098.

15. Anderson J.C., Martin K.A. Does bouton morphology optimize axon length? // Nature Neurosci. 2001. V. 4, № 12. Pp. 1166-1167.

16. Andrews S.B., Leapman R.D., Landis D.M.D., Reese T.S. Activity-dependent accumulation of calcium in Purkinje cell dendritic spines. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 85, 1988. Pp. 1682-1685.

17. Bahr B.A. Long-term hiPocampal slices: a model system for investigating synaptic mechanisms and pathologic processes. // J. Neurosci. Res. 1995. V. 42, № 3. P. 294-305.

18. Bailey C.H., Kandel E.R. Structural changes accompanying memory storage. // Annu. Rev. Physiol. 1993 V. 55. Pp. 397-426.

19. Bailey C.H., Chen M., Keller F„ Kandel E.R. Serotonin-mediated endocytosis of apCAM: An early step of learning-related synaptic growth in Aplysia. // Science. 1992. V. 256, Pp. 645-650.

20. Bailey C.H., Giustetto M„ Huang Y.Y., Hawkins R.D., Kandel E.R. Is heterosynaptic modulation essential for stabilizing Flebbian plasticity and memory? // Nature Rev. Neurosci. 2000. V. 1, № 1. Pp. 11-20

21. Baloyannis S.J., Costa V., Deretzi G. Intraventricular administration of substance P induces unattached Purkinje cell dendritic spines in rats // Int. J. Neurosci. 1992. V.62, № 3-4. Pp. 251-262.

22. Banker G., Goslin K. Developments in neuronal cell culture. // Nature. 1988. V. 336, № 6195. Pp. 185-186

23. Bannister N.J. and Larkman A.U. Dendritic morphology of CA1 pyramidal neurons from the rat hiPocampus: 1. Branching patterns. // J. Comp. Neurol. 1995. V . 360, № 1. Pp .50-160.

24. Berridge M.J. Neuronal calcium signaling. // Neuron. 1998. V. 21, Pp. 13-26.

25. Bliss T.V., Collingridge G.L. A synaptic model of memory: long-term potentiation in the hippocampus. //Nature. 1993. V. 361, Pp. 31-39.

26. Bliss T.V., Lomo T. Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation of the perforant path. // J. Physiol. (Lond). 1973. V. 232, Pp. 331-356.

27. Brown T.H., Chang V.C., Ganong A.H. Biophysical properties of dendrites and spines that may control the induction and expression of long-term synaptic potentiation // Neurol. Neurobiol. 1988. V. 35, Pp. 201-264.

28. Cameron H.A., Kaliszewski C.K., Greer C.A. Organization of mitochondria in olfactory bulb granule cell dendritic spines. // Synapse. 1991. V. 8, Pp. 107-118.

29. Chan-Palay V. A new synaptic specialization: filamentous braids. // Brain Res. 1974. V. 79, № 2. Pp. 280-284.

30. Chicurel M.E., Harris K.M. Three-dimensional analysis of the structure and composition of CA3 branched dendritic spines and their synaptic relationships with mossy fiber boutons in the rat hippocampus. // J. Comp. Neurol. 1992. V. 325, № 2. Pp. 69-82.

31. Clements J.R., Magnusson K.R., Beitz A.J. Ultrastructural description of glutamate-, aspartate-, taurine-, and glycine-like immunoreactive terminals from five rat brain regions // J. Electron Microsc. Tech. 1990. V. 15, Pp. 49-66.

32. Collins T.J., Berridge M.J., Lipp P., Bootman M.D. Mitochondria are morphologically and functionally heterogeneous within cells. // EMBO J. 2002. V. 21, № 7. Pp. 1616-1627.

33. Coggeshall R.E., Lekan H.A. Methods for determining numbers of cells and synapses: a case for more uniform standards of review. // J. Comp. Neurol. 1996. V. 364, № 1. P. 6-15.

34. Cooney J.R., Hurlburt J.L., Selig D.K., Harris K.M., Fiala J.C. Endosomal compartments serve multiple hippocampal dendritic spines from a widespread rather than a local store of recycling membrane. // J. Neurosci. 2002. V. 22, № 6. Pp. 2215-2224.

35. Cotrina M.L., Kang J., Lin J.H., Bueno E., Hansen T.W., He L., Liu Y, Nedergaard M. Astrocytic gap junctions remain open during ischemic conditions. // J. Neurosci. 1998. V. 18, № 7. Pp. 2520-2537.

36. Dailey M.E., Smith S.J. The dynamics of dendritic structure in developing hiPocampal slices. // J. Neurosci. 1996. V. 16, № 9. pp. 2983-2994.

37. DiFiglia M., Roberts R.C., Benowitz L.I. Immunoreactive GAP-43 in the neuropil of adult rat neostriatum: Localization in unmyelinated fibers, axon terminals, and dendritic spines. // J. Сотр. Neurol. 1990. V. 302, Pp. 992-1001.

38. Engert F., Bonhoeffer T. Dendritic spine changes associated with hipocampal long-term synaptic plasticity. // Nature. 1999. V. 399, № 6731. Pp. 66-70.

39. Gerfen C.R. Synaptic organization of the striatum. // J. Electron Microsc. Tech. 1988. V. 10, Pp. 265-281.

40. Geinisman Y. Perforated axospinous synapses with multiple, completely partitioned transmission zones: probable structural intermediates in synaptic plasticity. // Hippocampus. 1993. V.3, № 4. Pp. 417-433.

41. Geinisman Y., de Toledo-Morrell L., Morrell F. Induction of long-term potentiation is associated with an increase in the number of axospinous synapses with segmented postsynaptic densities. // Brain Res. 1991. V. 566, № 1-2. Pp. 77-88.

42. Geinisman Y., Berry R.W., Disterhoft J.F., Power J.M., Van der Zee E.A. Associative learning elicits the formation of multiple-synapse boutons. // J. Neurosci. 2001. V. 21, № 15. Pp. 5568-5573.

43. Geinisman Y., Gundersen H.J., van der Zee E., West M.J. Unbiased stereological estimation of the total number of synapses in a brain region. // J. Neurocytol. 1996. V. 25, № 12. Pp. 805-819.

44. Globus A, Rosenzweig M.R., Bennett E.L., Diamond M.C. Effects of differential experience on dendritic spine counts in rat cerebral cortex. // J. Comp. Physiol. Psychol. 1973. V. 82, Pp. 175-181.

45. Goldenring J.R., McGuire J.S., DeLorenzo R.J. Identification of the major postsynaptic density protein as homologous with the major calmodulin-binding subunit of a cal-modulin-dependent protein kinase. // J. Neu-rochem. 1984. V. 42, Pp. 1077-1084.

46. Gray E.G., Axo-somatic and axo-dendritic synapses of the cerebral cortex: An electron microscopic study. // J. Anat. 1959. V. 83, Pp. 420433.

47. Groves P.M., Linder J.C., Young S.J. 5-hydroxydopamine-labeled dopaminergic axons: three-dimensional reconstructions of axons, synapses and postsynaptic targets in rat neostriatum. // Neuroscience. 1994. V. 58, Pp. 593-604.

48. Fiala J.C., Feinberg M., Popov V.I., Harris K.M. Synaptogenesis via dendritic filopodia in developing hiPocampal area CA1. // J. Neurosci. 1998. V. 18, № 21. P. 8900-8911.

49. Fifkova E. Actin in the nervous system. // Brain Res. 1985. V. 356, № 2. Pp. 187-215.

50. Fifkova E., Morales M. Actin matrix of dendritic spines, synaptic plasticity, and long-term potentiation. // Int. Rev. Cytol. 1992. V. 139, Pp. 267-307.

51. Fifkova E., Markham J.A., Delay R.J. Calcium in the spine apparatus of dendritic spines in the dentate molecular layer. // Brain Res. 1983. V. 266, Pp. 163-168.

52. Fischer M., Kaech S., Knutti D., Matus A. Rapid actin-based plasticity in dendritic spines. // Neuron. 1998. V. 20, № 5. Pp. 847-854.

53. Flail Z.W. An introducton in molecular neurobiology. // Sinauer Associates Inc., Sunderland, 1992. 530 p.

54. Harris K.M, Kater S.B. Dendritic spines: cellular specializations imparting both stability and flexibility to synaptic function. // Annu. Rev. Neurosci. 1994. V. 17, Pp.341-371.

55. Harris K.M., Landis D.M. Membrane structure at synaptic junctions in area CA1 of the rat hippocampus. // Neuroscience. 1986. V. 19, Pp. 857-872.

56. Harris K.M., Sultan P. Variaton in number, location and size of synaptic vesicles provides the anatomical basis for the nonuniform probability of release at hippocampal CA1 synapses. // Neuropharmacology. 1995. V. 34, Pp. 1387-1395.

57. Harris K.M., Stevens J'.K. Dendritic spines of rat cerebellar Purkinje cells: Serial electron microscopy with reference to their biophysical characteristics. // J. Neurosci. 1988. V. 8, Pp. 4455-4469.

58. Har ris K.M., Stevens J.K. Dendritic spines of CA 1 pyramidal cells in the rat hippocampus: serial electron microscopy with reference to their biophysical characteristics. // J. Neurosci. 1989. V. 9, Pp. 2982-2997.

59. Hebb D.O. The organization of behavior: a neuropsychological theory. // New York: Wiley. 1949.

60. Hering TI., Sheng M. Dendritic spines: structure, dynamics and regulation. // Nature Rev. Neurosci. 2001. V. 2, № 12. Pp. 880-888.

61. Hinton V.J., W.T. Brown K. Wisniewski and R.D. Rudelli. Analysis of neocortex in three males with the fragile X syndrome. // Am. J. Med. Genet. 1991. V. 41, Pp. 289-294.

62. Horner C.H. Plasticity of the dendritic spine. // Prog. Neurobiol. 1993. V.41, №3. Pp. 281-321.

63. Hosokawa T., Bliss T.V.P., Fine A. Persistence of individual spines in living brain slices. // Neuro. Report. 1992. V. 3, Pp. 477-480.

64. Jiang M., Lee C.L., Smith K.L., Swann J.W. Spine loss and other persistent alterations of hippocampal pyramidal cell dendrites in a model of early-onset epilepsy. // J. Neurosci. 1998. V. 18, Pp. 83568368.

65. Jones E.G., Powell T.P. Morphological variations in the dendritic spines of the neocortex. // J. Cell Sci. 1969. V. 5, № 2. Pp. 509-529.

66. Kaech S., Parmar H., Roelandse M., Bornmann C., Matus A. Cytoskeletal microdifferentiation: a mechanism for organizing morphological plasticity in dendrites. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2001. V. 98, № 13. Pp. 7086-7092.

67. Kelly P.T., McGuiness T.L., Greengard P. Evidence that the major-» 2+postsynaptic protein is a component of a Ca /calmodulin-dependent protein kinase. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1984. V. 81, Pp. 945-949.

68. Konietzko U., Muller C.M. Astrocytic dye coupling in rat hippocampus: topography, developmental onset, and modulation by protein kinase C. // Hippocampus. 1994. V. 4, № 3. Pp. 297-306.

69. Korkotian E. and Segal M. Release of calcium from stores alters the morphology of dendritic spines in cultured hippocampal neurons. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. October 12, 1999 V. 96, № 21. Pp. 1206812072.

70. Korkotian E, Segal M. Bidirectional regulation of dendritic spine dimensions by glutamate receptors. // Neuroreport. 1999. V. 10, Pp.2875-2877.

71. Krucker T., Siggins G.R., Halpain S. Dynamic actin filaments are required for stable long-term potentiation (LTP) in area CAl of thehippocampus. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97, № 12. Pp. 6856-6861.

72. Landis D.M.D. Membrane and cytoplasmic structure at synaptic junctions in the mammalian central nervous system. // J. Electron Microsc. Tech. 1988. V. 10, Pp. 129-151.

73. Lisman J., Goldring M.A., Feasibility of long-term storage of graded information by the Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase molecules of the postsynaptic density. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1988.V. 85, Pp. 5320-5324.

74. Lisman J., Harris K.M. Quantal analysis and synaptic anatomy — integrating two views of hippocampal plasticity. // Trends Neurosci. 1993. V. 16, Pp. 141-147.

75. Lorente de No R. Studies on the structure of the cerebral cortex. II. Continuation of the study of the amnionic system. // J. Psychol. Neurol. (Leipzig) 1934. V. 46, Pp. 113-157.

76. Malenka R.C., Nicoll R.A. Long-term potentiation—a decade of progress? // Science. 1999. V. 285, Pp. 1870 -1874.

77. Maletic-Savatic M., Malinow R., Svoboda K. Rapid dendritic morphogenesis in CA1 hiPocampal dendrites induced by synaptic activity. // Science. 1999. V. 283, № 5409. Pp. 1923-1927.

78. Manabe T., Renner P., Nicoll R.A. Postsynaptic contribution to long-term potentiation revealed by the analysis of miniature synaptic currents. // Nature. 1992. V. 355, Pp. 50-55.

79. McDonald J.A. Receptors for extracellular matrix components // Am. J. Physiol. 1989. V. 257, Pp. 331-337.

80. McMahan U.J., Horton S.E., Werle M.J., et al. Agrin isoforms and their role in synaptogenesis. // Cell Biol. 1992, V. 4, Pp. 869-874.

81. McWilliams J.R., Lynch G. Sprouting in the hippocampus is accompanied by an increase in coated vesicles. // Brain Res. 1981. V. 211, Pp. 158-164.

82. Moser M.B., Trommald M., Andersen P. An increase in dendritic spine density on hiPocampal CA1 pyramidal cells following spatial learning in adult rats suggests the formation of new synapses. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994. V. 91, P. 12673-12675.

83. Muller Dominique, Nicolas Toni, and Pierre-Alain Buchs. Spine Changes Associated With Long-Term Potentiation. // Hippocampus. 2000. V. 10, Pp. 596-604.

84. Muller W., Connor J.A. Dendritic spines as individual neuronal compartments for synaptic Ca21 responses. // Nature. 1991. V. 354, Pp. 73-76.

85. Nedergaard M. Direct signaling from astrocytes to neurons in cultures of mammalian brain cells. // Science. 1994. V. 263, № 5154. Pp. 17681771.

86. Parpura V., Haydon P.G. Physiological astrocytic calcium levels stimulate glutamate realease to modulate adjacent neurons. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97, № 15. Pp. 8629-8634.

87. Pavlik L.L., Moshkov D.A. Actin in synaptic cytoskeleton during long-term potentiation in hippocampal slices. // Acta Histochem. Suppl. 1991. V. 41, Pp. 257-264.

88. Persohn E., Pollerberg G.E., Schachner M. Immunoelectronmicroscopic localization of the 180 kD component of the neural cell adhesion molecule N-CAM in postsynaptic membranes. // J. Camp. Neural. 1989. V. 288, Pp. 92-100.

89. Peters A., Kaiserman-Abramof I.R. The small pyramidal neuron of the rat cerebral cortex. The perikaryon, dendrites and spines. // Am. J. Anat. 1970. V. 127, № 4. Pp. 321-355.

90. Peters A., Palay S.L., Webster H.D. The Fine Structure of the Nervous System: The Neurons and Supporting Cells. // 3rd ed. Saunders, Philadelphia, 1991. 494 p.

91. Popov V.I., Bocharova L.S. Hibernation-induced structural changes in synaptic contacts between mossy fibers and hippocampal pyramidal neurons. // Neuroscience. 1992. V. 48, № 1. Pp. 53-60.

92. Popov V.I., Bocharova L.S. and Bragin A.G. Repeated changes of dendritic morphology in hippocampus of ground squirrels in the course of hibernation. // Neuroscience. 1992. V. 48, № 1. Pp. 45-51.

93. Popov V.I. and Stewart M.G. Network of mitochondria and smooth ER inhippocampal dendrites of rat and ground squirrel: 3D-electronmicroscope reconstruction study. // Brit. Neusci. Assoc. 17-th national meeting. 13-16 April 2003. P. 49.

94. Purpura D.P. Dendritic spine "dysgenesis" and mental retardation. // Science. 1974. V. 186, Pp. 1126 -1128.

95. Pyapali, O.K. and Turner, D.A. Increased dendritic extent in CA1 hippocampal pyramidal cells from aged F344 rats. // Neurobiol. Aging. 1996. V. 17, Pp. 601-611.

96. Pyapali, G. K., Penttonen, M., Sik, A., Buzsaki, G. and Turner, D. A. Dendritic properties of intracellularly-stained rat hippocampal CA1 pyramidal neurons recorded in vivo and in vitro. // J. comp. Neurol. 1998. V. 391, Pp. 335-352.

97. Qian N. Sejnowski T.J. When is an inhibitory synapse effective? // Proc, Natl. Acad. Sei. USA. 1990. V. 87, Pp. 8145-8149.

98. Ramon-y-Cajal S. Nue Darstellung vom histologischen Bau des Centrainervensystems. // Arch. Anat. Physiol. Anat. Abt. SuPl. 1893.1. Pp. 319-428.

99. Ramon y Cajal, S. Histologie du Systeme Nerveux de l'Homme et des Vertebres. //Maloine, Paris. 1911.

100. Ramon y Cajal, S. The Structure of Amnion's Horn. Trans. // L. M. Kraft. Thomas. Springfield, IL. 1968.

101. Rampon Claire and Joe Z. Tsien. Genetic Analysis of Learning Behavior-Induced Structural Plasticity. // Hippocampus. 2000. V. 10, Pp. 605-609.

102. Rampon C., Tang Y.P, Goodhouse J., Shimizu E., Kyin M., Tsien J.Z. Enrichment induces structural changes and recovery from nonspatial memory deficits in CA1 NMDAR1-knockout mice. // Nat. Neurosci.2000. V. 3, Pp. 238 -244.

103. Rothman SM, Olney JW. Glutamate and pathophysiology of hypoxic-ischemic brain damage. // Ann. Neural. 1986. V. 19, Pp. 105-111.

104. Rozental R., Andrade-Rozental A.F., Zheng X., Urban M., Spray D.C., Chiu F.-C. Gap junction-mediated bi-directional signaling between human fetal hippocampal neurons and astrocytes // Dev. Neurosci.2001. V. 23, № 6. Pp. 420-431.

105. Rusakov D.A., Kullmann D.M. Geometric and viscous components of the tortuosity of the extracellular space in the brain. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. V. 95, № 15. Pp. 8975-8980.

106. Schwartz J.I I. Synaptic vesicles. // Principles of Neural Science. 3rd ed. Elsevier., New York, 1992. Pp. 225-234.

107. Segal, M. Dendritic spines for neuroprotection: a hypothesis. Trend. Neurosci. 1995. V. 11, Pp. 468-471.i

108. Segal ML Rapid plasticity of dendritic spine: hints to possible functions? // Prog. Neurobiol. 2001 V. 63, № l.P. 61-70.

109. Segal M., Andersen P. Dendritic spines shaped by synaptic activity // Curr. Opin. Neurobiol. 2000. V.10, № 5. Pp. 582-586.

110. Segev I, Rail W. Computational study of an excitable dendritic spine. // J. Neurophysiol. 1988. V. 60, Pp. 499 -523.

111. Segev I., Rail W. Excitable dendrites and spines: earlier theoretical insights elucidate recent direct observations. // Trends Neurosci. 1998. V. 21, Pp. 453-460.

112. Scheibel ME, Crandall PH, Scheibel AB. The hippocampal-dentate complex in temporal lobe epilepsy. // Epilepsia. V. 15, 1974. Pp. 55-80.

113. Shelton M.K., McCarthy K.D. Mature hippocampal astrocytes exhibit functional metabotropic and ionotropic glutamate receptors in situ. // Glia. 1999. V. 26, № 1. Pp. 1-11.

114. Shepherd G.M. The dendritic spine: a multifunctional integrative unit. J. Neurophysiol. 1996. V. 75, Pp. 2197-2210.

115. Siekevitz P. The postsynaptic density: a possible role in long-lasting effects in the central nervous systemp // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1985. V. 82, Pp. 3494-3498.

116. Skulachev V.P. Mitochondrial filaments and clusters as intracellular power-transmitting cables. // Trends Biochem. Sci. 2001. V.26, № 1. Pp. 23-29.

117. Smith S.J. Neuronal cytomechanics: the actin-based motility of growth cones. // Science. 1988. V. 242, № 4879. Pp. 708-715.

118. Sorra K.E., Fiala J.C., Harris K.M. Critical assessment of the involvement of perforations, spinules, and spine branching in hiPocampal synapse formation. // J. Comp. Neurol. 1998. V. 398, № 2. Pp. 225-240.

119. Sorra K.E., Harris K.M. Overview on the structure, composition, function, development, and plasticity of Hipocampal dendritic spines. // Hippocampus. 2000. V. 10, № 5. Pp. 501-511.

120. Sotelo C. Cerebellar synaptogenesis: what we can learn from mutant mice. // J. Exp. Biol. 1990. V. 153, Pp. 225-249.

121. Spacek J., Harris K.M. Three-dimensional organization of smooth endoplasmic reticulum in hippocampal CA1 dendrites and dendritic spines of the immature and mature rat. // J. Neurosci. 1997. V.17, № 1. Pp. 190-203.

122. Spacek J., Harris K.M. Three-dimensional organization of cell adhesion junctions at synapses and dendritic spines in area CA1 of the rat hippocampus. // J. Comp. Neurol. 1998. V. 393, № 1. Pp. 58-68.

123. Spacek J., Hartmann M. Three-dimensional analysis of dendritic spines. I. Quantitative observations related to dendritic spine and synaptic morphology in cerebral and cerebellar cortices. // Anat. Embryol. (Berl). 1983. V. 167, № 2. Pp. 289-310.

124. Stabuli U., Vanderklish P., Lynch G. An inhibitor of integrin receptors blocks long-term potentiation. // Behav. Neural Biol. 1990. V. 53, Pp. 1-5.

125. Star E.N., Kwiatkowski D.J., Murthy V.N. Rapid turnover of actin in dendritic spines and its regulation by activity. // Nature Neurosci. 2002. V.5, № 3. Pp. 239-246.

126. Steward O., Banker G.A. Getting the message from the gene to the synapse: sorting and intracellular transport of RNA in neurons. // Trends Neurosci. 1992. V. 15, Pp. 180-186.

127. Steward O., Reeves T.M. Protein-synthetic machinery beneath postsynaptic sites on CNS neurons: association between polyribosomes and other organelles at the synaptic site. // J. Neurosci. 1988.V. 8, Pp. 176-184.

128. Steward 0., Schuman E.M. Protein synthesis at synaptic sites on dendrites. // Annu. Rev. Neurosci. 2001. V. 24, Pp. 299-325.

129. Svoboda K., Tank D.W., Denk W. Direct measurement of coupling between dendritic spines and shafts. // Science. 1996. V. 272, Pp. 716 -719.

130. Swindale N.V. Dendritic spines only connect. // Trends Neurosci. 1981. V. 4, Pp. 240-241.

131. Tanzi E. I fatti I le induzione nell'odierna istologia del sistema nervoso. // Riv. Sper. Freniatr. 1893. V. 19, Pp. 419-472.

132. Toni N., Buchs P.A., Nikonenko I., Bron C.R., Muller D. LTP promotes formation of multiple spine synapses between a single axon terminal and a dendrite. //Nature. 1999.V. 402, № 6760. Pp. 421-425.

133. Trommald M, Hulleberg G. Dimensions and density of dendritic spines from rat dentate granule cells based on reconstructions from serial electron micrographs. // J. Comp. Neurol. 1997. V. 377, Pp. 15-28.

134. Trommald M., Hulleberg G., Andersen P. Long-term potentiation is associated with new excitatory spine synapses on rat dentate granule cells. // Learn Mem. 1996. V. 3, Pp. 218 -228.

135. Ventura R., Harris K.M. Three-dimensional relationships between hippocampal synapses and astrocytes // J. Neurosci. 1999. V. 19, № 16. Pp. 6897-6906.

136. Walton P.D., Airey J.A., Sutko J.L., et al. Ryanodine and inositol trisphosphat receptors coexist in avian cerebellar Purkinje Neurons // J. Cell Biol. 1991. V. 113, Pp. 1145-1157.

137. Wells D.G., Richter J.D., Fallon J.R. Molecular mechanisms for activity-regulated protein synthesis in the synapto-dendritic compartment. // Curr. Opin. Neurobiol. 2000. V. 10, Pp. 132-137.

138. West M.J. Stereological methods for estimating the total number of neurons and synapses: issues of precision and bias. // Trends Neurosci. 1999. V.22, № 2. Pp. 51-61.

139. Westrum L.E., Jones D.H., Gray E.G., Barron J. Microtubules, dendritic spines and spine apparatus. // Cell Tissue Res. 1980. V. 208, Pp. 171181.

140. Williams RS, Hauser SL, Purpura DP, et al. Autism and mental retardation: Neuropathological studies performed in four retarded persons with autistic behavior. // Arch. Neurol. (Chicago). 1990. V. 37, Pp. 749-753.

141. Wu K., Nigam S.K., LeDeux M., et al. Occurring of a subunits of G proteins in cerebral cortex synaptic modulation of ADP-ribosylation by Ca2+/calmodulin. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1992.V. 89, Pp. 86868690.

142. Woolley C.S., McEwen B.S. Estradiol mediates fluctuation in hippocampal synapse density during the estrous cycle in the adult rat. // J. Neurosci. 1992 V. 12, Pp. 2549-2554.

143. Woolley C.S., McEwen B.S. Roles of estradiol and progesterone in regulation of hippocampal dendritic spine density during the estrous cycle in the rat. J. Comp. Neurol. 1993. V. 336, Pp. 293-306.

144. Yuste R., Bonhoeffer T. Morphological changes in dendritic spines associated with long-term synaptic plasticity. // Annu. Rev. Neurosci. 2001. V. 24. Pp. 1071-1089.

145. Yuste R., Denk W. Dendritic spines as basic functional units of neuronal integration. // Nature. 1995. V. 375, Pp. 682- 684.

146. Ziv N.E., Smith S.J. Evidence for a role of dendritic filopodia in synaptogenesis and spine formation. // Neuron. 1996. V. 17, № 1. Pp. 91-102.1. БЛАГОДАРНОСТИ

147. Я хотел бы выразить благодарность всем, кто участвовал в данной работе:к.б.н. Игнатьеву ДА. за помощь и ценные советы при работе с гибернирующими сусликами и гипотермными крысами.

148. Выражаю глубокую признательность заведующему Лаборатории биологических испытаний ФИБХ РАН за поддержку и участие в ряде экспериментов.

149. Выражаю признательность моим научным руководителям за постановку задач и их реализацию.