Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Ультраструктурный анализ методом объёмной реконструкции обратимой ретракции дендритных шипиков в поле САЗ гиппокампа гибернирующих сусликов
ВАК РФ 03.00.02, Биофизика
Автореферат диссертации по теме "Ультраструктурный анализ методом объёмной реконструкции обратимой ретракции дендритных шипиков в поле САЗ гиппокампа гибернирующих сусликов"
На правах рукописи
Патрушев Илья Владимирович
УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОМ ОБЪЕМНОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ ОБРАТИМОЙ РЕТРАКЦИИ ДЕНДРИТНЫХ ШИПИКОВ В ПОЛЕ САЗ ГИППОКАМПА ГИБЕРНИРУЮЩИХ
СУСЛИКОВ
03 00 02 - биофизика
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
003172200
Пущино - 2008
003172200
Работа выполнена в Институте биофизики клетки РАН
Научный руководитель
доктор биологических наук, профессор Попов Виктор Иванович
Официальные оппоненты
доктор биологических наук, профессор Годухин Олег Викторович
кандидат биологических наук, Захарова Надежда Михайловна
Ведущая организация
Биологический факультет МГУ им М В Ломоносова
Защита состоится «_3_» июля_2008 г в_13-30 часов на заседании
совета Д 002 093 01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН по адресу 142290, Московская область, г Пущино, ул Институтская, д 3, ИТЭБ РАН
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТЭБ РАН
Автореферат разослан «УО» ^¿/¿ЬЛ_2008 г
Ученый секретарь
диссертационного совета /
кандидат физико-математических наук -У/сССС^^' ЛанинаНФ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Широко признано, что гиппокампальная формация связана с процессами обучения и памяти В основе процессов обучения и памяти лежит синаптическая пластичность (Abraham et al, 2002) Сенсорные сигналы из энторинальной коры приходят на нейроны зубчатой фасции, которые возбуждают пирамидные нейроны поля САЗ Аксоны САЗ пирамидных нейронов, так называемые коллатерали Шаффера, в свою очередь, дают входы на дендриты пирамидных нейронов поля СА1 (Duvernoy, 1988) Согласно идее ОС Виноградовой (Виноградова, 1975) поле САЗ является ключевой областью, в которой происходит обработка новой информации, поступающей с сенсорных участков коры через перфорирующий путь в гиппокамп Рамон-и-Кахал в 20-е годы прошлого столетия на светомикроскопическом уровне показал, что мшистые волокна - аксоны гранулярных нейронов зубчатой фасции, образуют расширения, получившие названия гигантские бутоны, диаметр которых варьирует от 3 до 8 микрон (DeFehpe, 2006) Эти гнгантские бутоны образуют синапсы с крупными, сложно организованными шипиками, так называемыми колючими шишками, расположенными на проксимальных частях апикальных дендритов пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа Несмотря на свою немногочисленность, такие «гигантские» синапсы представляют мощный вход сигналов из зубчатой фасции на пирамидные клетки поля САЗ, и поэтому исследование пластичности этих синапсов расширяет наше понимание о процессах лежащих в основе функционирования гиппокампа
Данная работа посвящена исследованию химических синапсов, образуемых мшистыми волокнами и дендритами пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа гибернирующих якутских сусликов Гибернация, являясь адаптацией к условиям среды обитания (Lyman et al, 1982), представляет собой естественную модель для изучения синаптической пластичности (Popov et al, 1992, 2007, Popov & Bocharova, 1992) Она позволяет получить альтернативные функциональные состояния - при гибернации, когда температура мозга сусликов может достигать 0°С, синаптическая передача отсутствует (Shtark, 1972, Popov et al, 2007), в то время как при выходе из гибернации наблюдается быстрое восстановление работы синапсов (Попов, 1994) Таким образом, гибернация дает возможность провести сравнительное исследование синапсов образуемых мшистыми волокнами на дендритах пирамидных клеток поля САЗ гиппокампа в условиях низкой функциональной активности и в условиях нормального их функционирования
Как известно (Попов, 1994, Popov et al, 2004) эффективность синаптической передачи коррелирует с такими морфологическими характеристиками шипика как объем и площадь поверхности, а также площадью
активной зоны синапса Хотя колючие шишки являются довольно крупными шипиками, из-за разветвленности и тенденции образовывать кластеры детали их организации могут быть охарактеризованы только на электронно-микроскопическом уровне, с применением объемной реконструкции с серий ультратонких срезов Срезы в процессе обработки от нарезки до получения цифровых изображений подвергаются независимым деформациям, что особенно заметно в случае электронно-микроскопических срезов (Fíala & Harris, 2001), поэтому для восстановления целостности объема необходимо выравнивание серии, при этом от качества выравнивания зависит ошибка измерения объемов и, особенно, площадей поверхности реконструированных объектов До настоящего времени, программное обеспечения для выравнивания серий не всегда обеспечивало достаточное качество выравнивания
Основная идея данной работы связана с тем, что результаты, получаемые методом Гольджи, не позволяют одновременно изучать пресинаптическую часть бутона и постсинаптическую часть колючей шишки, тогда как серийные ультратонкие срезы лишены этого недостатка В этой связи представлялось важным одновременно оценить изменения в пре- и постсинаптической частях синапсов поля САЗ
Цель работы.
Провести сравнительное качественное и количественное исследование изменений в организации синапсов в поле САЗ гиппокампа гибернирующих и нормотермных якутских сусликов Spermophilus undulatus методом серийных ультратонких срезов и объемных реконструкций синаптических структур
Основные задачи исследования.
1 Произвести качественный и количественный анализ изменений пространственной организации, объемов и площадей поверхности колючих шишек в поле САЗ гиппокампа якутских сусликов в следующих физиологических состояниях (а) в центре баута гибернации, (б) в состоянии нормотермии, (в) после 3 ч спровоцированного пробуждения из центра баута
2 Произвести количественный анализ изменений площадей поверхности постсинаптических уплотнений расположенных на колючих шишках, как маркеров активных зон синапсов, в различных функциональных состояниях
3 Разработать новое программное обеспечение для персональных компьютеров под управлением Windows 2000/ХР для выравнивания серий изображений
Научная новизна
Впервые с помощью серийных ультратонких срезов проведены количественные исследования трехмерных реконструкций колючих шишек (thorny excrescences) в поле САЗ гиппокампа якутских сусликов Spermophilus undulatus в альтернативных функциональных состояниях, используя естественную зимнюю спячку Проведена количественная оценка изменений трехмерных реконструкций постсинаптических уплотнений как маркеров активных зон синапсов в процессе обратимой ретракции колючих шишек Благодаря новому программному обеспечению для выстраивания серийных срезов, позволяющему качественно выравнивать серии электронно-микроскопических фотографий, усовершенствован метод объемной реконструкции
Научно-практическая ценность
Данная работа связана с такой фундаментальной проблемой нейробиологии как изучение нейрональной пластичности синапсов, лежащей в основе исследования механизмов памяти у млекопитающих Результаты настоящей работы свидетельствуют о том, что даже при глубоком охлаждении головного мозга не происходят необратимые изменения в синапсах центральной нервной системы млекопитающих Полученные результаты могут найти применение при лечении гипотермией различных заболеваний мозга, например, эпилепсий (Karkar et al, 2002, Sartorius & Berger, 1998, Yang & Rothman, 2001, Yang et al, 2002) Продолжительная умеренная гипотермия у млекопитающих может защищать мозг от ишемии и способствовать ускорению ремиссии человека при инсульте (Colbourne et al, 2003, DeGeorgia et al, 2004) В последнее время пристальный интерес к гипотермии возник в связи с поиском способов введения космонавтов в состояние анабиоза при длительных космических полетах В течение уже многих десятилетий гипотермия вызывает интерес при проведении длительных хирургических операций
Разработанное программное обеспечение с успехом может применяться для выстраивания серий как электронно-микроскопических, так и свето-микроскопических изображений, оно достаточно универсально и может найти применение в других областях связанных с обработкой или отображением изображений
Апробация работы
Материалы диссертации были представлены на конференциях «Биология - наука 21 го века» 5-ая Пущинская конференция молодых ученых Пущино, 2001
«Отчетная конференция 2001», Филиал ИБХ Пущино, 2001, «Биология - наука 21 го века» 6-ая Пущинская конференция молодых ученых Пущино, 2002,
«Колосовские чтения - 2002», IV Международная конференция по функциональной нейроморфологии Санкт-Петербург, 2002,
«Биология - наука 21 го века» 8-ая Путинская конференция молодых ученых Пущино, 2004,
«The World of the Synapse Molecular Basis, Pathology and Drug Discovery», Gif-sur-Yvette, France, 2004,
«Рецепция и внутриклеточная сигнализация» Пущино, 2005 FENS, 2006,
«Topical Problems of Biophotonics», International Symposium, Nizhny Novgorod, 2007
Публикации
По теме диссертации опубликовано 15 работ, из них 5 статей в отечественных и международных рецензируемых журналах
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы Диссертация изложена
на _ страницах, содержит _ таблиц и рисунков Список литературы
включает наименований
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Подготовка животных.
Исследования проводили на взрослых длиннохвостых якутских сусликах (БрегторЬПиз ш^иЫиэ) массой 600-700 г В работе использовалась естественная зимняя гибернация сусликов Для каждого функционального состояния было взято по три животных Суслики, находившиеся в индивидуальных камерах оборудованных термодатчиками, помещались в холодильник, где поддерживалась температура 1-2°С Показания термодатчиков регистрировались с помощью самописца Суслики наблюдались в течение двух баутов гибернации, в результате чего определялись индивидуальные временные характеристики баута у данного суслика Суслики были разделены на три группы 1) Активные - зимние, температура мозга (О -37 °С, 2) Гибернирующие, 1м - 2-6 °С, 3) Спровоцированное пробуждение из центра баута, ^ - 34-35 °С Данная работа проведена совместно с к б н ДА Игнатьевым
Подготовка образцов для световой и электронной микроскопии
Перед декапитацией животным вводили гексенал из расчета 70 мг/кг массы животного Предварительную фиксацию мозга проводили на
наркотизированных животных методом перфузии кровеносного русла, для удаления крови прокачивали через аорту физиологический раствор 0 9% NaCl, 10 mM фосфатный буфер (рН=7 4) + гепарин - 120 ед/л и затем фиксатор 3% формальдегид + 0 5% глутаральдегид, приготовленные в 0,1 М Na-какодилатном буфере (pH 7,2-7,4) После перфузии животных декапитировали, вскрывали черепную коробку и выделяли головной мозг, выделяли гиппокамп Дорзальные области гиппокампа были порезаны на срезы толщиной около 1 мм и фиксировали в течение 1-2 часов при комнатной температуре в 2 5% растворе глутаральдегида в 0 1М Na-какодилатном буфере (pH = 7 4) Постфиксацию проводили в 1% растворе четырехокиси осмия в 0 1 М Na-какодилатном буфере (pH = 7 4) в течение 6 часов при комнатной температуре Далее образцы обезвоживали в серии возрастающих по концентрации растворов этанола и 100% ацетоне и заключали в смолу эпон-аралдит (Araldite М - 22 5 мл, Ероп 812 - 22 5 мл, Ероп Hardener DDSA - 60 мл, Ероп Accelerator DMP 30 - 0 6 мл) Блоки полимеризовали при 60 °С в течение 1,5-2 суток
Метод получения серийных ультратонких срезов
Серийные срезы готовили в области stratum lucidum поля САЗ гиппокампа, приблизительно в 10-20 мкм от сом пирамидных нейронов На требуемом участке специальным образом готовили призму высотой около 50 мкм, которая на всем протяжении имела прямоугольное сечение одна сторона такого прямоугольника была 20-30 мкм, а другая до 100 мкм Ультратонкие срезы толщиной 60 - 70 нм готовили с помощью алмазного ножа на ультрамикротоме "Reichert Ultracut" (Австрия) Полученные в виде непрерывной ленты срезы располагались на поверхности ванночки ножа Ленту с помощью ресничек разбивали на серии срезов, состоящих обычно из 35-50 срезов Не теряя ориентации, такие ленточки снимали на специальные медные бленды, покрытые пленкой из пиолоформа
Электронная микроскопия
Срезы контрастировали раствором уранилацетата (насыщенный раствор в 70% спирте) в течение 10-20 минут, дополнительно окрашивали в течение 10-20 минут в растворе цитрата свинца по Рейнолдсу (Гаер, 1974) Соответствующие участки серий срезов снимали в электронном микроскопе при увеличении бОООх и ЮОООх, негативы проявляли и сканировали при разрешении 1200 dpi
Тестирование увеличения проводили с помощью специальной реплики 2160 линий/мм Толщина срезов определялась по методу Fíala и Harris (Fíala & Harris, 2001)
Трехмерная реконструкция
Для компенсации деформаций ткани в процессах резки, контрастирования и микроскопии осуществляли выстраивание (выравнивание) изображений с помощью программы SEM Align 1 26b, разработанной Dr John
Fíala (Бостонский университет, США, http //www synapses bu edu/) и своей собственной программой Alignment
Для осуществления трехмерных реконструкций использовали программу IGL Trace 1,26b разработанную Dr John Fíala и предварительно выровненные серии Для создания трехмерных моделей в программе вручную рисовали контуры объектов по выровненным друг относительно друга срезам 3D объекты генерировали на основании контуров при помощи той же программы Для каждого функционального состояния было реконструировано не менее 25 колючих шишек
В работе использовались следующие характеристики колючих шишек
1. Объем колючих шишек,
2 Площадь поверхности,
3 Площадь поверхности активной зоны синапса,
4 Доля площади поверхности колючей шишки, занимаемая активной зоной,
5 Число колючек располагающихся на колючей шишке
Объемы и площади поверхности вычислялись программой IGL Trace 1,26b или в 3D-Studio-max Площадь поверхности активной зоны синапса вычисляли как сумму произведений длин частей контура колючей шишки попадающего внутрь контура постсинаптического уплотнения на толщину среза Для этого была использована программа «SC» разработанная к б н Медведевым Н И, эта программа так же вычисляет площади поверхности колючей шишки Для вычисления доли площади поверхности колючей шишки занимаемой активной зоной использовались значения площадей поверхности активной зоны и колючей шишки, полученные из программы «SC» Число колючек подсчитывалось вручную, при этом для проверки, являются ли видимые на реконструкции выросты колючей шишки постсинаптическими областями, их контуры отыскивались в серии изображений
Подсчет числа рибосом в цитоплазме сом пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа сусликов
Подсчет рибосом моносомы, свободные полирибосомы и мембран-связанные полирибосомы (шероховатый ретикулум) проводили визуально на негативах при увеличении ЮОООх и 25000х Для каждого животного (3-6 животных на каждое состояние) подсчеты производились на 12-14 нейронах при этом анализировалось не менее 11,2 мкм2 цитоплазмы сомы
Статистическая обработка результатов
Для статистической обработки результатов использовалась программное обеспечение StatSoft Statistica 6 0 и Origin 7 0, нормальность распределения полученных данных проверяли тестом Shapiro-Wilk, поскольку большинство величин не были распределены нормально, достоверность различий между
данными определяли при помощи непараметрического теста Kruskal-Wallis, за исключением величин долей рибосом различного типа, которые были распределены нормально и достоверность различий которых оценивалась с помощью ANOVA На всех рисунках показана среднее арифметическое +/-ошибка среднего
Разработка программного обеспечения
Программное обеспечение разрабатывалось на языке программирования С++ в среде разработки Microsoft Visual Studio 2005 Графический пользовательский интерфейс и СОМ-компоненты разрабатывались с помощью библиотек MFC и ATL поставляемых вместе со средой разработки Для вывода изображений на монитор использовался API DirectDraw - часть Microsoft DirectX Для программирования юнит-тестов использовалась библиотека cppumt-1 12 0 доступная на сайте http //cppunit sourceforge net
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Организация синапсов образуемых апикальными дендритами пирамидных неГ|ро»юв и мшистыми волокнами в поле САЗ гиппокампа.
На рисунке 1 показаны фотографии восьми последовательных серийных ультратонких срезов колючей шишки и полная объемная реконструкция этой
колючей шишки В колючих шишках обнаруживаются шипиковый аппарат, мультивезикулярные тельца, рибосомы, гладкий эндоплазматический ретикулум, митохондрии, а так же актиновые филаменты и микротрубочки
На рисунке 3 представлен реконструированный сегмент дендрита с расположенными на нем колючими шишками, а также отдельные реконструкции нескольких из этих колючих шишек Как видно из рисунка 3, колючие шишки имеют сложную разветвленную форму и могут располагаться как одиночно, так и образовывать кластеры
Для того чтобы определить морфологическую организацию взаимодействия пресинаптических элементов мшистых волокон с колючими шишками, была произведена реконструкция нескольких гигантских бутонов Оказалось, что один гигантский бутон может образовывать несколько синаптических контактов с одним дендритом (рисунок 4), а также на одной колючей шишке могут располагаться синапсы с несколькими гигантскими бутонами (рисунок 2) Такая организация синапсов свидетельствует о более сложном взаимодействии пре- и постсинаптической частей при передаче сигнала с мшистого волокна на дендрит пирамидного нейрона в поле САЗ, чем принято полагать
Обратимые изменения колючих шишек в различных функциональных состояниях.
На рисунке 9 изображены реконструкции нескольких колючих шишек на пирамидных нейронах поля САЗ гиппокампа якутских сусликов в различных функциональных состояниях В состоянии гибернации колючие шишки имеют сильно уплощенную форму в отличие от колючих шишек в активном состоянии, в то время как при спровоцированном пробуждении колючие шишки при сохранении уплощенной формы имеют несколько большие линейные размеры Эти качественные наблюдения близко согласуются с количественными данными об объемах и площадях поверхности колючих шишек приведенными ниже
Для того, чтобы количественно охарактеризовать изменение морфологических характеристик колючих шишек при гибернации, была произведена объемная реконструкция сегментов проксимальных частей апикальных дендритов пирамидных нейронов в поле САЗ гиппокампа сусликов в различных функциональных состояниях Объемы реконструированных колючих шишек составили в состоянии гибернации (VH,b) = 09 мкм3, при спровоцированном пробуждении (VArs) = 1 56 мкм3 и в активном состоянии (Va«) = 1 49 мкм3 (рисунок 5) При этом VH,b статистически достоверно (р < 0 01) отличается от VArs и VAct, в то время как различие между VArs и VAct статистически не достоверно р = 0,3 Площадь поверхности колючих шишек составила в состоянии гибернации (Smb) = 6 68 мкм , при спровоцированном пробуждении (SArs) =10 2 мкм2 и в активном состоянии (SAct) = 9 05 мкм2 SH,b статистически значимо (р ~ 0 01) отличается от SArs и SAc, Не смотря на то, что SArs несколько больше SAct это различие статистически не достоверно р = 0,23
На рисунке 6 приведен график изменения числа колючек -пресинаптических отростков колючих шишек, в различных функциональных состояниях Из графика видно, что в состоянии гибернации число колючек на колючих шишках в среднем в два раза меньше чем, в активном состоянии и уже через два - три часа после спровоцированного пробуждения из центра баута число колючек полностью восстанавливается
Опираясь на эти данные можно заключить, что при входе в гибернацию происходит обратимая ретракция колючек на колючих шишках Эти данные подтверждают и дополняют результаты, полученные в начале 90-х Поповым с соавторами, где была показана обратимая ретракция дендритного дерева пирамидных нейронов в поле САЗ гиппокампа сусликов в состоянии гибернации, а также свидетельства в пользу того, что при гибернации происходит обратимая ретракция колючих шишек (Рисунок 8) (Попов, 1994, Popov & Bocharova, 1992, Popov et al, 1992) А так же полученные позднее данные McEwen с соавторами, где были показаны подобные морфологические изменения дендритного дерева пирамидных нейронов в поле CAI гиппокампа крыс при стрессе и эструсе (Woolley & McEwen, 1992, McEwen, 2002)
Рисунок 1. Последовательные серийные срезы колючей шишки (а) и её объёмная реконструкция (б), а) номерами 1-8 обозначены последовательные срезы, * -колючая шишка и её отростки, ША - шипиковый аппарат - комплекс Гольджи обнаруживаемый в шипиках, МВТ - мультивезикулярные тельца, ПСУ - постсинаптичсские уплотнения - маркеры активной зоны синапса, шкала = 1 мкм. б) красным цветом обозначены постсинаптичсские уплотнения (активные зоны синапсов), шкала = 1 мкм3.
Пресинаптический бутон №1 .
Рисунок 2. Реконструкция сегмента дендрита образующего множественные синаптические контакты с несколькими гигантскими бутонами. Красным цветом обозначены постсинаптичсские уплотнения, шкала = 5 мкм.
Рисунок 3. Реконструкция сегмента дендрита (а) и трёх колючих шишек (б). Красным цветом обозначены постсинаптические уплотнения, шкала = 1 мкм .
Рисунок 4. Реконструкция сегмента дендрита и гигантского бутона образующего множественные синаптические контакты с кластером колючих шишек расположенных на одном дендрите. Красным цветом обозначены постсинаптические уплотнения, шкала = 1 мкм3.
Изменение объема колючих шишек в различных функциональных
Изменение площади поверхности колючих шишек в различных функциональных состояниях
Гибернация Спровоцированное Дк1ивнов пробуждение
Функциональное состояние
Гибернация Спровоцированное Дкти,нов пробуждение
Функциональное состояние
Рисунок 5. Объемы и площади поверхности объемных реконструкций колючих шишек в различных функциональных состояниях (*) - достоверное отличие (р < 0,01)
Изменение количества колючек на КШ i различных функциональных состояниях
6т
Рисунок 6. Число колючек на колючих шишках в различных функциональных состояниях
(*) - различия достоверны при р < 0 01
Гибернация Спровоцированное Активное пробуждение
Функциональное состояние
Как известно, ножки шипиков могут замедлять перенос возбуждения от синапсов к дендриту (Segev & Rail, 1988, 1998) Таким образом, уменьшение линейных размеров колючих шишек, при гипотермии может модулировать кооперативную работу синапсов в условиях низкой синаптической активности
Известно, что для нормального функционирования шипика необходимы высокие концентрации кальция (Segal, 1995) Harris (Harris 1999) была
Рисунок 7. Микрофотографии апикальных дендритов пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа сусликов в различных состояниях, окрашивание по методу Гольджи. (Popov et al. 1992). 1 - Гибернация, 2 - Спровоцированное пробуждение, 3 - Активное состояние, стрелками указаны колючие шишки, шкала = 50 мкм.
предложена модель, согласно которой повышение концентрации кальция в шипике вследствие повышения синаптической активности приводит к удлинению шипиков. В дендритных шипиках, кальций функционирует и как переносчик заряда и как сигнальная молекула, которая влияет на активность многих белков, включая несколько белков регулирующих актин (Yuste et al., 2000). Таким образом, изменения концентрации кальция влияет на организацию актинового цитоскелета что приводит к изменению формы шипика и синаптической силы (Fischer, et al., 1998; Matus, 2000; Sabatini, et al., 2002).
Полученные значения объёмов и площадей поверхности колючих шишек в различных функциональных состояниях практически соответствуют величинам (Stewart et al. 2005), полученным на реконструкциях колючих шишек в области САЗ гиппокампа крыс подвергавшихся хроническому стрессу - обездвиживанию и обучению в водном лабиринте.
Из таблиц 1 и 2 видно, что в результате хронического стресса и в состоянии гибернации объёмы и площади поверхности колючих шишек значительно и сравнимо уменьшаются. Что позволяет предполагать, что в основе таких изменений лежат подобные процессы и позволяет сравнивать явления гибернации и хронического стресса. Эти наблюдения дополняют результаты, полученные группой исследователей под руководством Bruce
McEwen, где ими было показано уменьшение длины и степени ветвления апикальных дендритов пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа европейских хомяков в состоянии гибернации и подобные явления у крыс при различных парадигмах хронического стресса (Magarinos et al, 1996, Magarmos et al, 2006, Watanabe et al, 1992)
Таблица 1. Изменение объемов колючих шишек в поле САЗ гиппокампа сусликов в состоянии гибернации и крыс при хроническом стрессе___
Суслики Крысы*
Группа мкм3 % Группа мкм3 %
Активные 1,49 - Контроль 1,17 -
Гибернация 0,9 -39,6 Хронический стресс 0,67 -42,7
- Значения объемов колючих шишек у крыс а норме и при хроническом стрессе взяты из работы Stewart с соавторами (Stewart et al, 2005)
Таблица 2. Изменение площадей поверхности колючих шишек в поле САЗ гиппокампа сусликов в состоянии шбернации и крыс при хроническом стрессе
Суслики Крысы
Группа мкм2 % Группа | мкм2 %
Активные 9 05 - Контроль 10,4 -
Гибернация 6 68 -26,1 Хронический стресс 5,68 -45,4
- Значения площадей поверхности колючих шишек у крыс в норме и при хроническом стрессе взяты из работы Stewart с соавторами (Stewart et al, 2005)
Существенно заметить, что при анализе дендритных шипиков свето-микроскопическим методом Гольджи, часть шипиков не видна, так как она закрыта дендритным стволом За последние 5 лет для анализа таких шипиков разработан световой микроскоп «Неиго1иас1а» со специальной программой, в котором подобно конфокальному микроскопу дендритные шипики анализируются с заданным шагом по всей глубине толстого среза Однако результаты с использованием такого микроскопа все еще единичны и данные по колючим шишкам в поле САЗ гиппокампа пока отсутствуют
Количественные изменения морфологических параметров активных зон синапсов в различных функциональных состояниях.
Электронно-микроскопическим маркером активной зоны синапса является постсинаптическое уплотнение, которое представляет связанный с постсинаптической мембраной цитоскелет, заякоривающий ЫМЭА и АМРА рецепторы, различные каналы и тд Для того чтобы оценить изменения активных зон синапсов в различных функциональных состояниях были произведены измерения площади поверхности занимаемой активными зонами синапсов на поверхности колючих шишек Площади поверхности колючих шишек, занимаемые постсинаптическими уплотнениями, составили в
состоянии гибернации (ASH,b)
.2
= 1,07 мкм2, при спровоцированном пробуждении (А8Аг5) = 1,7 мкм2 и в активном состоянии (А5Ас0 = 1,91 мкм2 (рисунок 8), при этом АБн.ь статистически достоверно отличалось от АБа^ и АБась различия между которыми не являлось статистически значимым (р = 0,24) На рисунке 8 так же представлен график показывающий различия доли площади поверхности колючей шишки, занимаемой постсинаптическими уплотнениями, по отношению ко всей площади поверхности колючей шишки Значения этой доли составили в состоянии гибернации (АРн.ь) = 10,4 %, при спровоцированном пробуждении (АРАп;) = 11,5 % и в активном состоянии (АРдсО = 16,1 %, отличие АРАс, статистически достоверно (р < 0,001), при этом различия между АРн,ь и АРДге статистически не значимы (р = 0,37)
Изменение площади активной зоны на поверхности колючей шишки
Изменение доли поверхности КШ занимаемой активной зоной в различных
функциональных состояниях *
Гибернация Спровоцированное Дк1ивнов пробуждение
Функциональное состояние
Гибернация Спровоцированное дктивное пробуждение
Функциональное состояние
Рисунок 8. Изменения морфологических характеристик активных зон синапсов в различных функциональных состояниях (*) - достоверное отличие (р < 0,01)
Существенно, что через два-три часа после спровоцированного пробуждения, несмотря на то, что площади активных зон в абсолютном выражении практически достигают значений наблюдаемых в активном состоянии, доля площади поверхности колючих шишек, которую они занимают, не изменяется Данные о том, что площади поверхности активных зон уже через два - три часа после начала пробуждения практически полностью восстанавливаются, и, учитывая то, что площади поверхности объемы и число колючек так же восстанавливаются, говорят о том, что при входе в состояние гибернации происходит обратимое снижение эффективности синаптической передачи, которая восстанавливается в течение двух - трех часов после пробуждения В то же время увеличение площади поверхности активных зон при выходе из гибернации пропорциональное увеличению площади
Гибернация
Спровоцированное пробуждение
Нормотермия
Шкала = 1 мкм3
Рисунок 9. Реконструкции девяти колючих шишек в различных функциональных состояниях. Красным цветом обозначены постсинаптические уплотнения, шкала = I мкм3.
поверхности колючих шишек может быть объяснено тем, что в основе этих двух процессов лежит реорганизация цитоскелета, скорость которой ограничена скоростью синтеза цитоплазматических белков. Эти результаты хорошо согласуются с данными, полученными американскими исследователями с Аляски из лаборатории Dr. Kelly Drew (Weltzin et al., 2006), которые свидетельствуют, что через 3 часа после пробуждения у арктических сусликов полностью восстанавливается способность к обучению. Полученные нами данные свидетельствуют, по крайней мере, о перераспределении рецепторов и каналов в области синапсов.
Характеристика белоксинтезирующего аппарата в различных функциональных состояниях.
Как известно в основе морфологической пластичности синапсов лежит перестройка цитоскелета, которая в свою очередь зависит от синтеза белков (Гордон и др, 2006) Для того чтобы оценить состояние белоксинтезирующего аппарата, был произведен анализ распределения рибосом по типам (монорибосомы, полирибосомы и полирибосомы связанные с шероховатым ретикулумом) в сомах пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа в различных функциональных состояниях (рисунок 10) Как видно из рисунка в состоянии гибернации почти все рибосомы (93,3%) присутствуют в виде моносом, полисомы свободные и связанные с шероховатым
Изменение соотношения трёх типов рибосом в пирамидных нейронах поля САЗ гиппокампа якутского суслика в различных функциональных ЮОч состояниях
\—Л Моносомы ШПолисомы
Полисомы на ШЭР
Гибернация
Активное
Спровоцированное пробуждение
Функциональное состояние
Рисунок 10. Изменение распределения рибосом по различным типам в зависимости от функционального состояния Все значения статистически достоверно различаются р < 0 01, за исключением доли полирибосом на шероховатом эндоплазматическом ретикулуме в состоянии гибернации и после спровоцированного пробуждения, различия между которыми статистически не достоверно
эндоплазматическим ретикулумом составляют соответственно 2,9% и 3,7% Через два - три часа после спровоцированного пробуждения доля свободных полисом увеличивается практически в шесть раз, достигая значения 17,6%, в то время как доля полирибосом связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом не показывает статистически достоверного отличия по сравнению с состоянием гибернации При этом в активном состоянии доля моносом составляет 60,6%, а полисом свободных и связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом соответственно 28,8% и 10,6% Это может говорить о том, что при выходе из гибернации происходит активный синтез цитоплазматических белков, в первую очередь, цитоскелетных, обеспечивающих внутриклеточный транспорт, а также изменение формы и размеров колючих шишек и перестройке дендритного дерева В то же время тот факт, что через два - три часа после пробуждения из центра баута гибернации не наблюдается увеличения доли полисом связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом, свидетельствует в пользу того, что при этом не происходит синтез интегральных белков, например рецепторов к нейромедиаторам Учитывая, что при входе в гибсрнацию площадь постсинаптических уплотнений уменьшается на 44% и снижается активность белок синтезирующей системы (Гордон и др, 2006), а при выходе из гибернации площадь постсинаптических уплотнений увеличивается, практически достигая значений наблюдаемых в активном состоянии, можно предположить, что при входе в гибернацию происходит разборка постсинаптических уплотнений и перераспределение рецепторных белков в мембране колючей шишки, после чего при выходе из гибернации происходит обратный процесс - группировка и кластеризация рецепторных белков, что приводит к увеличению площади поверхности постсинаптических уплотнений В пользу этого предположения свидетельствует то, что при входе в гибернацию происходят обратимые изменения внутриклеточного распределения некоторых пре- и постсинаптических белков в нейронах различных отделов мозга, в частности белка PSD-95 (van der Ohe et al, 2007) отвечающего за перемещения и стабилизацию рецепторов к глутамату (Kornau et al, 1995)
Улучшение метода объемной реконструкции.
Метод объемной реконструкции можно разделить на два этапа 1) выравнивание или регистрация изображений в серии - при этом производится фактически реконструкция объема в целом, 2) собственно реконструкция -вычленение из этого объема конкретных объектов В процессе приготовления, контрастирования и микроскопирования ультратонкие срезы в серии подвергаются независимым деформациям нелинейной природы, которые трудно поддаются оценке (Fíala & Harris, 2001) Поэтому из существующих программных подходов к выравниванию серий изображений для выравнивания серий ультратонких срезов могут быть использованы только те способы,
которые используют нелинейные трансформации В настоящее время для выравнивания серий электронно-микроскопических изображений наиболее часто применялись программы SEM Align и Reconstruct разработанные Fíala JC, в этих программах для осуществления нелинейных трансформаций используются полиномы второй степени (Fíala 2005, Fíala & Harris, 2001) В отличие от большинства реконструируемых объектов, таких как обычные дендритные шипики, сегменты дендритов, аксоны, и т д, для которых такие трансформации обеспечивают достаточное качество выравнивания, для реконструкции таких сложно организованных объектов как колючие шишки, часто необходимо более высокое качество выравнивания На рисунке 11 представлена схематическая иллюстрация ошибки наиболее часто возникающей при реконструкции колючих шишек при недостаточном качестве выравнивания Как видно из рисунка результаты количественных и качественных исследований, основывающихся на объемной реконструкции, сильно зависят от качества выравнивания
Ошибка возникающая при недостаточном качестве выравнивания
за недостаточного качества выравнивания а) схема сечений колючей шишки, б) пример правильной реконструкции, в) ошибочная реконструкция из-за плохого совмещения соответствующих контуров
Для улучшения качества объемных реконструкций было решено программно реализовать более широкий набор трансформаций, чем используется в существующих программах Кроме того, поскольку ручное выравнивание серии изображений является трудоемким процессом методы, позволяющие его автоматизировать, так же представляют интерес Поэтому при
разработке программного обеспечения учитывались следующие требования 1) программа должна обладать пользовательским интерфейсом, позволяющим осуществлять процесс выравнивания и обеспечивать удобное для выравнивания управление серией изображений, 2) программа должна допускать добавление новых способов трансформации, 3) программное обеспечение должно предоставлять базу для исследований и разработки автоматических алгоритмов выравнивания серий изображений
Реализованные в разработанном программном обеспечении трансформации соответствуют набору трансформаций используемых в программах разработанных Dr Fíala SEM Align и Reconstruct (Fíala 2005, Fíala & Harris, 2001), в дополнение к которому была реализована трансформация с помощью полиномов третьей степени, которая позволяет осуществлять выравнивание серий с более высоким качеством Это позволило значительно снизить в реконструкциях число артефактов вызванных плохим соответствием контуров объектов друг другу, что уменьшило ошибку измерения объемов и площадей поверхности реконструированных объектов
Заключение
Таким образом, полученные количественные ультраструктурные данные не только поддерживают идополняют ранее полученные методом Гольджи свето-микроскопические результаты, указывающие на обратимую ретракцию колючек на колючих шишках, но и свидетельствуют об обратимых изменениях в активных зонах гигантских синапсов в поле САЗ
ВЫВОДЫ
1 Показано, что на одной колючей шишке может быть расположен не только один пресинаптический бутон мшистых волокон, но и несколько бутонов, происходящих из разных аксонов
2 При входе в состояние гибернации происходит втягивание колючек, при этом объемы колючих шишек уменьшаются в среднем на 40%, а площади поверхности на 26%, при этом число колючек уменьшается более чем в два раза
3 В течение двух - трех часов после спровоцированного пробуждения размеры колючих шишек увеличиваются, при этом число колючек практически соответствует числу колючек в активном состоянии, при этом объем колючих шишек увеличивается на 73%, а площадь поверхности на 53%
4 При входе в состояние гибернации площадь поверхности активных зон синапсов расположенных на колючих шишках уменьшается на 44%, а доля площади поверхности занимаемая активной зоной на колючих шишках уменьшается на 36%
5 В течение двух - трех часов после спровоцированного пробуждения площадь поверхности активных зон синапсов расположенных на колючих шишках увеличивается на 59%, а доля площади поверхности занимаемая активной зоной на колючей шишке не увеличивается
6 При входе в состояние гибернации доля моносом в цитоплазме пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа возрастает с 61% до 93%, а доля свободных и связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом полирибосом падает соответственно с 29% до 3% и с 11% до 4% Через два - три часа после спровоцированного пробуждения доля свободных полирибосом увеличивается до 18%, в то время как доля связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом полирибосом остается на уровне, наблюдаемом в состоянии гибернации
7 Разработано программное обеспечение для персональных компьютеров под управлением операционных систем Windows 2000/ХР, позволяющее повысить качество выравнивания серий электронно-микроскопических фотографий
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи
1 Коломийцева И К , Перепелкина Н И , Патрушев И.В., Попов В И Роль липидов в сборке эндопласматического ретикулума и диктиосом нейрональных клеток коры головного мозга якутского суслика Citellus undulates при гибернации // Биохимия, 2003, том 68, №7, стр 783-794
2 Popov V I, Davies Н А , Rogachevsky V V , Patrushev I.V., Errington М L , Gabbott P L A , Bliss T V P , Stewart M G Remodelling of synaptic morphology but unchanged synaptic density during late phase of long-term potentiation a serial section electron micrograph study of the dentate gyrus in the anaesthetized rat//Neuroscience, 2004, 128(2) 251-262
3 Popov V I, Deev A A , Klimenko О A , Kraev IV , Kuz'mmykh S В , Medvedev N I, Patrushev I.V., Popov R V , Rogachevsku V V , Khutsiyan S S , Stewart M G , Fesenko E E Three-dimensional reconstruction of synapses and dendritic spines in the rat and ground squirrel hippocampus new structural-functional paradigms for synaptic function //Neurosci Behav Physiol, 2005, 35(4) 333-41
4 Гордон P Я , Игнатьев Д A , Рогачевский В В , Медведев Н И , Краев И В , Патрушев И.В., Хуцян С С, Попов В И Измерение активности белоксинтезирующей системы нейронов головного мозга грызунов при зимней спячке и гипотермии // Журнал Эволюционной биохимии и физиологии, 2006, том 42, №3, стр 237-243
5 Popov V I, Medvedev N I, Patrushev I.V., Ignat'ev D A , Morenkov E D , Stewart M G Reversible reduction in thin dendritic spines in CA1 of rat and
ground squirrel subjected to hypothernua-normothermia in vivo a 3-dimensional electron microscope study // Neuroscience, 2007, 149(3) 549-560
Тезисы докладов
1 Медведев H И , Патрушев И В., Рогачевский В В , Краев И В , Клименко О А , Попов В И , Хуцян С С , Шибаев H В , Садовников В Б , Мурашев А H Анализ трехмерной организации аксодендритных шипиков в полях СА1 и САЗ гиппокампа гипотермных и эутермных сусликов и крыс // Филиал ИБХ Отчетная конференция 2001 Пущино, 2001, стр 6
2 Краев И В , Рогачевский В В , Патрушев И.В., Клименко О А Объемная (3D) реконструкция вкусовых почек сусликов Citellus undulatus в разных функциональных состояниях на основе серийных полутонких и ультратонких срезов// "Биология - наука 21 го века" 6-ая Пущинская конференция молодых ученых Пущино, 2002 стр 99
3 Попов В И , Медведев H И , Рогачевский В В , Патрушев И В., Краев И В , Клименко О А , Игнатьев Д А , Хуцян С С , Stewart M G Количественный стереологический анализ и 3D реконструкции дендритных синапсов гиппокампа крысы и суслика в зависимости от эффективности синаптической передачи // "Колосовские чтения - 2002", IV Международная конференция по функциональной нейроморфологии Санкт-Петербург, 2002 стр 230-231
4 Рогачевский В В, Краев И В, Медведев H И, Патрушев И.В Сравнительная трехмерная организация дендритных шипиков in vivo в различных полях гиппокампа грызунов с использованием серийных ультратонких срезов// "Биология - наука 21 го века" 8-ая Пущинская конференция молодых ученых Пущино, 2004 стр 92-93
5 Popov V I, Kraev 1 V , Rogachevsky V V , Patrushev I.V., Morenkov E D , Stewart M G Three-dimensional world of synapse 3D-reconstructions of hippocampal synapses using serial ultrathin sections for demonstration of multiple-synapses in both dendritic spines and presynaptic boutons // The World of the Synapse Molecular Basis, Pathology and Drug Discovery Gif-sur-Yvette, France, 2004 P 75
6 Попов В И , Моренков Э Д , Демин И П , Клименко О А , Краев И В , Патрушев И.В., Рогачевский В В Трехмерная организация эндоплазматического ретикулума и митохондрий в гиппокампальных нейронах и вкусовых рецепторных клетках суслика и крысы // Материалы конференции «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» Пущино 2005 стр 211-214
7 Гордон Р Я , Игнатьев Д А , Рогачевский В В , Краев И В , Патрушев И.В , Хуцян С С Влияние ионизирующей радиации на состояние белоксинтезирующей системы нейронов мозга гомойотермных и
гетеротермных животных // V съезд по радиационным исследованиям, Москва, 2006 г
8 Popov V I, Davies H А , Kraev ] V , Medvedev N I, Patrushev I.V., Stewart M G Multiple synapse boutons and spines are the norm and not the exception in mammalian hippocampus three-dimensional reconstructions from serial ultrathin sections // FENS Abstr, 2006 vol 3, A152 19
9 Popov V I, Kraev IV , Rogachevsky V V , Patrushev I.V., Morenkov E D , Stewart M G Three-dimensional world of synapse 3D-reconstructions of hippocampal synapses using serial ultrathin sections for demonstration of multiple-synapses in both dendritic spines and presynaptic boutons // Journal of Physiology-Pans 2006 V 99(2-3), P 73-280
10 Popov V I, Medvedev N I, Kraev I V , Patrushev I.V. Serial ultrathin sectioning for three-dimensional visualization and quantification of hippocampal synapses in neyronal plasticity // International Symposium Topical Problems of Biophotonics, Nizhny Novgorod, 2007, p 283
Работа выполнена при финансовой поддержке грантами РФФИ
02-04-48890-а
05-04-49635-а
08-04-00049-а
Заказ № 235/05/08 Подписано в печать 27 05 2008 Тираж 50 экз Уел п л 15
.> ООО "Цифровичок", тел (495) 797-75-76, (495) 778-22-20 / \т>\\> с/г ги, е-таИ ш/о@с/г т
Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Патрушев, Илья Владимирович
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.
ВВЕДЕНИЕ.
Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Функциональная роль и строение гиппокампа.
1.1 Строение гиппокампа.
1.2 Связи нейронов в различных полях гиппокампа.
1.2.1 Связь между клетками зубчатой фасции и полем САЗ/СА4.
1.2.2 Связи нейронов полей СА2, САЗ/СА4.
1.2.3 Проекции нейронов в хилусе.
1.2.4 Связи полиморфных клеток.
1.2.5 Афферентные пути.
1.2.6 Эфферентные пути.
1.3 Функциональная роль гиппокампа.
2. Строение дендритных шипиков в поле САЗ.
2.1 Классификации дендритных шипиков.
2.2 Структура синаптического комплекса.
2.2.1 Постсинаптическое уплотнение.
2.2.2 Цитоскелет и цитоплазма.
2.2.3 Эндоплазматический ретикулум.
2.2.4 Белок синтезирующие компоненты шипиков.
2.2.5 Митохондрии.
2.2.6 Мультивезикулярные тельца.
2.2.7 Пресинаптические везикулы.
2.2.8 Астроциты.
2.2.9 Химический синапс и синаптическая щель.
2.3 Функциональная роль дендритных шипиков.
2.3.1 Большинство синапсов гиппокампа располагаются на дендритных шипиках.
2.3.2 Шипики увеличивают плотность синапсов на дендрите.
2.3.3 Шипики - сайты возбуждающих входов гиппокампа.
2.3.4 Шипики могут модулировать активность синапсов.
2.3.5 Шипики обеспечивают специфичность синапсов через молекулярную компартментализацию и локальный синтез белков.
2.3.6 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.
3.5 Генезис дендритных шипиков.
3.6 Предполагаемый механизм пластичности шипиков.
4. Гибернация и гипотермия как естественные модели для 53 изучения синапсов в различных функциональных состояниях.
5. Современные методы анализа дендритных шипиков.
5.1 Окраска по Гольджи.
5.2 Электронная микроскопия.
5.3 Конфокальная микроскопия и молекулярно-биологические методы.
5.4 Объёмная реконструкция и стереологический анализ.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Глава II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
1. Подготовка животных.
2. Приготовление образцов для световой и электронной микроскопии.
3. Метод получения серийных ультратонких срезов.
4. Электронная микроскопия.
5. Трехмерная реконструкция синаптических структур.
6. Измеряемые параметры.
7. Методы статистической обработки количественных данных.
8. Разработка программного обеспечения.
Глава III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
1. Организация синапсов образуемых апикальными дендритами пирамидных нейронов и мшистыми волокнами в поле САЗ гиппокампа.
2. Обратимые изменения колючих шишек в различных функциональных состояниях.
3. Количественные изменения морфологических параметров активных зон синапсов в различных функциональных состояниях.
4. Характеристика белоксинтезирующего аппарата в различных функциональных состояниях.
5. Улучшение метода объёмной реконструкции.
Введение Диссертация по биологии, на тему "Ультраструктурный анализ методом объёмной реконструкции обратимой ретракции дендритных шипиков в поле САЗ гиппокампа гибернирующих сусликов"
Широко признано, что гиппокампальная формация связана с процессами обучения и памяти. В основе процессов обучения и памяти лежит синаптическая пластичность (Abraham et al., 2002). Сенсорные сигналы из энторинальной коры приходят на нейроны зубчатой фасции, которые возбуждают пирамидные нейроны поля САЗ. Аксоны САЗ пирамидных нейронов, так называемые коллатерали Шаффера, в свою очередь, дают входы на дендриты пирамидных нейронов поля СА1 (Duvernoy, 1988). Согласно идее О.С. Виноградовой (Виноградова, 1975) поле САЗ является ключевой областью, в которой происходит обработка новой информации, поступающей с сенсорных участков коры через перфорирующий путь в гиппокамп. Рамон-и-Кахал в 20-е годы прошлого столетия на светомикроскопическом уровне показал, что мшистые волокна - аксоны гранулярных нейронов зубчатой фасции, образуют расширения, получившие названия гигантские бутоны, диаметр которых варьирует от 3 до 8 микрон (DeFelipe, 2006). Эти гигантские бутоны образуют синапсы с крупными, сложно организованными шипиками, так называемыми колючими шишками, расположенными на проксимальных частях апикальных дендритов пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа. Несмотря на свою немногочисленность, такие «гигантские» синапсы представляют мощный вход сигналов из зубчатой фасции на пирамидные клетки поля САЗ, и поэтому исследование пластичности этих синапсов расширяет наше понимание о процессах лежащих в основе функционирования гиппокампа.
Данная работа посвящена исследованию химических синапсов, образуемых мшистыми волокнами и дендритами пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа гибернирующих якутских сусликов. Гибернация, являясь адаптацией к условиям среды обитания (Lyman, 1982), представляет собой естественную модель для изучения синаптической пластичности (Popov et al., 1992; 2007; Popov, Bocharova, 1992). Она позволяет получить альтернативные функциональные состояния - при гибернации, когда температура мозга сусликов может достигать 0 °С, синаптическая передача отсутствует (Popov et al., 2007; Штарк, 1972), в то время как при выходе из гибернации наблюдается быстрое восстановление работы синапсов (Popov et al., 1992). Таким образом, гибернация даёт возможность провести сравнительное исследование синапсов образуемых мшистыми волокнами на дендритах пирамидных клеток поля САЗ гиппокампа в условиях низкой функциональной активности и в условиях нормального их функционирования.
Как известно (Попов, 1994; Popov et al., 2004) эффективность синаптической передачи коррелирует с такими морфологическими характеристиками шипика как объём и площадь поверхности, а также площадью активной зоны синапса. Хотя колючие шишки являются довольно крупными шипиками, из-за разветвленности и тенденции образовывать кластеры детали их организации могут быть охарактеризованы только на электронно-микроскопическом уровне, с применением объёмной реконструкции с серий ультратонких срезов. Срезы в процессе обработки от нарезки до получения цифровых изображений подвергаются независимым деформациям, что особенно заметно в случае электронно-микроскопических срезов (Fiala, Harris, 2001), поэтому для восстановления целостности объёма необходимо выравнивание серии, при этом от качества выравнивания зависит ошибка измерения объёмов и, особенно, площадей поверхности реконструированных объектов. До настоящего времени, программное обеспечения для выравнивания серий не всегда обеспечивало достаточное качество выравнивания.
Основная идея данной работы связана с тем, что результаты, получаемые методом Гольджи, не позволяют одновременно изучать пресинаптическую часть бутона и постсинаптическую часть колючей шишки, тогда как серийные ультратонкие срезы лишены этого недостатка. В этой связи представлялось важным одновременно оценить изменения в пре- и постсинаптической частях синапсов поля САЗ.
Целью данной работы было провести сравнительное качественное и количественное исследование изменений в организации синапсов в поле САЗ гиппокампа гибернирующих и нормотермных якутских сусликов Spermophilus undulatus методом серийных ультратонких срезов и объёмных реконструкций синаптических структур.
Исходя из этого нами были поставлены следующие задачи:
1. Произвести качественный и количественный анализ изменений пространственной организации, объёмов и площадей поверхности колючих шишек в поле САЗ гиппокампа якутских сусликов в следующих физиологических состояниях: (а) в центре баута гибернации; (б) в состоянии нормотермии; (в) через 2-3 часа после спровоцированного пробуждения из центра баута.
2. Произвести количественный анализ изменений площадей поверхности постсинаптических уплотнений расположенных на колючих шишках, как маркеров активных зон синапсов, в различных функциональных состояниях.
3. Разработать новое программное обеспечение для персональных компьютеров под управлением Windows 2000/ХР для выравнивания серий изображений.
Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Патрушев, Илья Владимирович
ВЫВОДЫ
1. Показано, что на одной колючей шишке может быть расположен не только один пресинаптический бутон мшистых волокон, но и несколько бутонов, происходящих из разных аксонов.
2. При входе в состояние гибернации происходит втягивание колючек, при этом объёмы колючих шишек уменьшаются в среднем на 40%, а площади поверхности на 26%, при этом число колючек уменьшается более чем в два раза.
3. В течение двух - трёх часов после спровоцированного пробуждения размеры колючих шишек увеличиваются, при этом число колючек практически соответствует числу колючек в активном состоянии, при этом объём колючих шишек увеличивается на 73%, а • площадь поверхности на 53%.
4. При входе в состояние гибернации площадь поверхности активных зон синапсов, расположенных на колючих шишках уменьшается на 44%, а доля площади поверхности, занимаемая активной зоной на колючих шишках уменьшается на 36%.
5. В течение двух - трёх часов после спровоцированного пробуждения площадь поверхности активных зон синапсов, расположенных на колючих шишках увеличивается на 59%, а доля площади поверхности, занимаемая активной зоной на колючей шишке не увеличивается.
6. При входе в состояние гибернации доля моносом в цитоплазме пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа возрастает с 61% до 93%, а доля свободных и- связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом полирибосом падает соответственно с 29% до 3% и с 11% до 4%. Через два - три часа после спровоцированного пробуждения доля свободных полирибосом увеличивается до 18%, в то время как доля связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом полирибосом остаётся на уровне, наблюдаемом в состоянии гибернации.
7. Разработано программное обеспечение для персональных компьютеров под управлением операционных систем Windows 2000/ХР, позволяющее повысить качество выравнивания серий электронно-микроскопических фотографий.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Данная работа связана с такой фундаментальной проблемой нейробиологии, как изучение нейрональной пластичности синапсов, лежащей в основе исследования механизмов памяти у млекопитающих. Результаты настоящей работы свидетельствуют о том, что даже при глубоком охлаждении головного мозга, происходят обратимые изменения в синапсах центральной нервной системы млекопитающих. Полученные результаты могут найти применение при лечении гипотермией различных заболеваний мозга, например, эпилепсий (Karkar et al., 2002; Sartorius, Berger, 1998; Yang, Rothman, 2001; Yang et al., 2002). Продолжительная умеренная гипотермия у млекопитающих может защищать мозг от ишемии и способствовать ускорению ремиссии человека при инсульте (Colbourne et al., 2003; DeGeorgia et al., 2004). В последнее время пристальный интерес к гипотермии возник в связи с поиском способов введения космонавтов в состояние анабиоза при длительных космических полетах. В течение уже многих десятилетий гипотермия вызывает интерес при проведении длительных хирургических операций.
Разработанное программное обеспечение с успехом может применяться для выстраивания серий как электронно-микроскопических, так и свето-микроскопических изображений, оно достаточно универсально и может найти применение в других областях связанных с обработкой или отображением изображений.
В данной работе, впервые с помощью серийных ультратонких срезов проведены количественные исследования трехмерных реконструкций колючих шишек (thorny excrescences) в поле САЗ гиппокампа якутских сусликов Spermophilus undulatus в альтернативных функциональных состояниях, используя естественную зимнюю спячку. Проведена количественная оценка изменений трёхмерных реконструкций постсинаптических уплотнений как маркеров активных зон синапсов в процессе обратимой ретракции колючих шишек. Благодаря новому программному обеспечению для выстраивания серийных срезов, позволяющему качественно выравнивать серии электронно-микроскопических фотографий, усовершенствован метод объёмной реконструкции.
Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Патрушев, Илья Владимирович, Пущино
1. Виноградова О.С. Гиппокамп и память. //.М. «Наука». 1975. 333 С.
2. Журавлева З.Н. Ультраструктурное исследование синапсов гиппокампа. // Нейрохимия и физиология синаптических процессов. // Пущино. 1976. С. 116-142.
3. Игнатьев Д.А., Воробьев В.В., Сухова Г.С., Зиганшин Р.Х., Сухов В.П., Темнов А.В., Темнов А.А., Ашмарин И.П. Зимняя спячка и искусственный гипобиоз: Изучение нейрохимических факторов гибернации. //Нейрохимия. Т. 15, № 3, 1998. С. 123-141.
4. Косицын Н.С. Микроструктура дендритов и аксодендритических связей в центральной нервной системе. // М., «Наука», 1976.
5. Майстрах Е.В. Гипотермия и анабиоз. // "Наука", М.; JL, 1964. 325 С.
6. Миронов А.А, Комиссарчик Ю.А., Миронов В.А. Методы электронной микроскопии в биологии и медицине. // С-Петербург. "Наука". 1994. 400 С.
7. Мошков Д.А., Павлик Л.Л., Музафарова Л.Н., Удальцов С.Н., Лисин Н.М. Цитохимическое определение актина в структуре синаптического аппарата поля САЗ гиппокампа. // Цитология. 1986. Т. 28, № 8. С. 802807.
8. Отмахов Н.А. Нейрональная сеть гиппокампа: морфологический анализ. // Успехи физиологических наук. Т. 24. №4. 1993. С. 79-101.
9. Хамильтон Л.У. Основы анатомии лимбической системы. // Издательство Московского университета. 1984. 184 С.
10. Штарк М. Б. Мозг Зимнеспящих // Новосибирск. «Наука» Сибирское отделение. 1972.
11. Abraham W.C., Logan В., Greenwood J.M., Dragunow М. Induction and experience-dependent consolidation of stable long-term potentiation lasting months in the hippocampus. // J Neurosci. 2002. V. 22(21). P. 9626-34.
12. 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, P. 637-648.
13. Alvarez-Maubecin V., Garcia-Hernandez F., Williams J.T. Functional coupling between neurons and glia. // J. Neurosci. 2000. V. 20, № 11. P. 4091-4098.
14. Amaral D.G. A Golgi study of cell types in the hilar region of the hippocampus in the rat. // J Comp Neurol. 1978. V.182. P. 851-914.
15. Amaral D.G., Witter M.P. The three-dimensional organization of the hippocampal formation: a review of anatomical data. // Neuroscience. 1989. V.31(3). P. 571-91.
16. Andersen P., Bland B.U., Dudar J.D. Organization of the hippocampal output //Exp Brain Res. 1973. V. 17. №1. P. 152-168.
17. Andersen P., Bliss T.V.P., Skrede K.H. Lamellar organization of hippocampal excitatory pathways. // Exp Brain Res. 1971. V. 13. № l. p. 222-238.
18. Anderson, B. J. & Steinmetz, J. E. Cerebellar and brainstem circuits involved in classical eyeblink conditioning. // Rev. Neurosci. 1994. V. 5, P. 251-273.
19. Andreasen M., Lambert J.D., Skovgaard J.M. Effects of new non NMDA antagonists in the rat in vitro hippocampus // J. Physioi. 1988. V. 403. P. 57.
20. 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. P. 1682-1685.
21. Andrey P, Maurin Y.Free-D: an integrated environment for three-dimensional reconstruction from serial sections. // J Neurosci Methods. 2005. V. 145(1-2) P. 233-44.
22. Auer M, Regitnig P, Holzapfel GA. An automatic nonrigid registration for stained histological sections. // IEEE Trans Image Process. 2005. V. 14(4), P. 475-86.
23. 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.
24. 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, P. 645-650.
25. Bailey C.H. and Kandel E.R. Structural changes accompanying memory storage. // Annu Rev Physiol. 1993. V.55. P. 397-426.
26. Bailey C.H., Giustetto M., Huang Y.Y., Hawkins R.D., Kandel E.R. Is heterosynaptic modulation essential for stabilizing Hebbian plasticity and memory? // Nat Rev Neurosci. 2000. V. 1. P. 11-20.
27. Banker G., Goslin K. Developments in neuronal cell culture. // Nature. 1988. V. 336, №6195. P. 185-186.
28. Barnes, C. A. & McNaughton, B. L. An age comparison of the rates of acquisition and forgetting of spatial information in relation to long-term enhancement of hippocampal synapses. // Behav. Neurosci. 1985. V. 99, P. 1040-1048.
29. Baxter, M. G. & Murray, E. A. Opposite relationship of hippocampal and rhinal cortex damage to delayed nonmatching-to-sample deficits in monkeys. //Hippocampus. 2001. V. 11, P. 61-71.
30. Becker, J. Т., Olton, D. S., Anderson, C. A. & Breitinger, E. R. P. Cognitive mapping in rats: the role of the hippocampal and frontal systems in retention and reversal. // Behav. Brain Res. 1981. V. 3, P. 1-22.
31. Berger T.W., Semple-Rowland S., Basset J.L. Hippocampal polymorph neurons are the cells of origin for ipsilateral association and commissural afferents to the dentate gyrus. // Brain Res. 1981. V. 215. P. 329-36.
32. Berridge M.J. Neuronal calcium signaling. // Neuron. 1998. V. 21, P. 13-26.
33. Blake J.F., Brown M.W., Collingridge G.L. A quantitative study of the actions of excitatory amino acids and antagonists in rat hippocampal slices. // Br J Pharmacol. 1988. V.95. P. 291-9.
34. Bliss T.V., Collingridge G.L. A synaptic model of memory: long-term potentiation in the hippocampus. //Nature. 1993. V. 361, P. 31-39.
35. 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, P. 331-356.
36. Bossert O. A robust method for alignment of histological images. // Comput Methods Programs Biomed. 2005. V. 78(1) P. 35-8.
37. Bragin A.G., Zhadina S.D., Vinogradova O.S., Kozhechkin S.N. Topography and some characteristics of the dentate fascia-field CA3 relations investigated in hippocampal slices in vitro. // Brain Res. 1977. V. 135. P. 55-66.
38. Brown Т.Н., 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, P. 201-264.
39. Bussolati G., Marchio C., Volante M. Tissue arrays as fiducial markers for section alignment in3-D reconstruction technology. // J Cell Mol Med. 2005. V. 9(2) P. 438-45.
40. Buzsaki G. Hippocampal sharp waves: their origin and significance. // Brain Res. 1986. V.398. P. 242-52.
41. Cameron H.A., Kaliszewski C.K., Greer C.A. Organization of mitochondria in olfactory bulb granule cell dendritic spines. // Synapse. 1991. V. 8, P. 107118.
42. Chan-Palay V. A new synaptic specialization: filamentous braids. // Brain
43. Res. 1974. V. 79, № 2. P. 280-284 *
44. 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. Сотр. Neurol. 1992. V. 325, № 2. P. 69-82. .
45. Chinga G., Johnsen P.O., Diserud O. Controlled serial grinding for high-resolution three-dimensional reconstruction. // J Microsc. 2004. V. 214(Pt 1) P. 13-21.
46. Claiborne B.J., Amaral D.G., Cowan W.M. A light and electron microscopic analysis of the mossy fibers of the rat dentate gyrus. // J Comp Neurol. 1986. V. 246. P. 435-58.
47. 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, P. 49:66.
48. Coggeshall R.E., Lekan H.A. Methods for determining numbers of cells and synapses: a case for more uniform standards of review. // J. Сотр. Neurol. 1996. V. 364, № l.P: 6-15.
49. 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. P. 2215-2224.
50. 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. P. 2520-2537.
51. Dailey M.E., Smith S.J. The dynamics of dendritic structure in developing hiPocampal slices. // J. Neurosci. 1996. V. 16, JVs 9: P. 2983-2994:
52. Davies S;N., Collingridge G.L. Role of excitatory amino acid receptors in synaptic transmission in area CA1 of rat hippocampus. // Proc R Soc Lond В Biol Sci. 1989. V.236. P. 373-84.
53. DeFelipe J. Brain plasticity and mental processes: Cajal again. // Nat Rev Neurosci. 2006. V. 7(10) P. 811-7.
54. Deller Т., Leranth C. Synaptic: connections of neuropeptide Y (NPY) immunoreactive neurons in the hilar area of the rat hippocampus. // J' Comp Neurol. 1990. V.300. P. 433-47.
55. Di Figlia 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, P. 9921001. „
56. Dore F.Y., Thornton J.A., White N.M., Murray E.A. Selective hippocampal lesions yield nonspatial memory impairments in rhesus monkeys. // Hippocampus 1998. V. 8 P. 323-329.
57. Douglas R.M., McNaughton B.L., Goddard G.V. Commissural inhibition and facilitation of granule cell discharge in fascia dentata. // J Comp Neurol. 1983. V.219. P. 285-94.
58. Duvernoy H.M. The Human Hippocampus: An Atlas of Applied Anatomy // New York: Springer-Verlag. 1988. P. 166
59. Eichenbaum H. A cortical-hippocampal system for declarative memory. // Nature Rev. Neurosci. 2000. V. 1, P. 41-50.
60. Eichenbaum H., Dudchenko P., Wood E., Shapiro M. Tanila H. The hippocampus, memory, and place cells: is it spatial memory or a memory space? //Neuron. 1999. V. 23, P. 209-226.
61. Engert F., Bonhoeffer T. Dendritic spine changes associated with hipocampal long-term synaptic plasticity. //Nature. 1999. V. 399, № 6731. P. 66-70.
62. Feldman M.L., Dowd C. Loss of dendritic spines in aging cerebral cortex. // Anat Embryol (Berl). 1975. V. 148(3) P. 279-301.
63. 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.
64. Fiala J.C., Harris K.M. Extending unbiased stereology of brain ultrastructure to three-dimensional volumes. // J. Am. Med. Inform. Assoc. 2001b. V. 8. №1.P. 1-16.
65. Fiala J.C. Reconstruct: a free editor for serial section microscopy. I IJ Microsc. 2005. V. 218(Pt 1), P. 52-61.
66. Fifkova E. Actin in the nervous system. // Brain Res. 1985. V. 356, № 2. P. 187-215.
67. Fifkova E, Eason H, Schaner P. Inhibitory contacts on dendritic spines of the dentate fascia. // Brain Res. 1992. V. 577(2), P. 331-6.
68. 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, P. 163-168.
69. Fifkova E., Morales M. Actin matrix of dendritic spines, synaptic plasticity, and long-term potentiation. // Int. Rev. Cytol. 1992. V. 139, P. 267-307.
70. Finch J.M., Juraska J.M., Washington L.W. The dendritic morphology of pyramidal neurons in the rat hippocampal CA3 area: I Cell types // Brain Res. 1989. V. 479. № l.P. 105-114.
71. Fischer M., Kaech S., Knutti D., Matus A. Rapid actin-based plasticity in dendritic spines. //Neuron. 1998. V. 20, № 5. P. 847-854.
72. Fredens K., Stengaard-Pedersen K., Wallace M.N. Localization of cholecystokinin in the dentate commissural-associational system of the mouse and rat. // Brain Res. 1987. V.401. P. 68-78.
73. Frotscher M. Neuronal elements in the hippocampus and their synaptic connections // Neurotransmission in the Hippocampus // Eds Frotscher M. etc. Berlin etc.: Springer-Verlag. 1988. P. 2-19.
74. Frotscher M. Mossy fiber synapses on glutamate decarboxylase-immunoreactive neurons: evidence for feed-forward inhibition in the С A3 region of the hippocampus. // Exp Brain Res. 1989. V.75. P. 441-5.
75. Gaarskjaer F.B. The organization and development of the hippocampal mossy fiber system. //BrainRes' 1986. V. 396. P. 335-57.
76. Gabrieli J. D. E. Cognitive neuroscience of human memory. Annu. Rev. Psychol. 1998. V. 49, P. 87-115.
77. Gall C., Berry L.M., Hodgson L.A. Cholecystokinin in the mouse hippocampus: localization in the mossy fiber and dentate commissural systems. // Exp Brain Res. 1986. V. 62. P. 431-7.
78. Gall C., Brecha N., Karten H.J., Chang K.J. Localization of enkephalin-like immunoreactivity to identified axonal and neuronal populations of the rat hippocampus. //J Comp Neurol. 1981. V.198. P. 335-50.
79. 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. P. 77-88.
80. 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. P. 805-819.
81. Germroth P., Schwerdtfeger W.K., Buhl E.H. Morphology of identified entorhinal neurons projecting to the hippocampus. A light microscopical study combining retrograde tracing and intracellular injection. // Neuroscience. 1989. V.30. P. 683-91.
82. Globus A, Rosenzweig M.R., Bennett E.L., Diamond M.C. Effects of differential experience on dendritic spine counts in rat cerebral cortex. // J. Сотр. Physiol. Psychol. 1973. V. 82, P. 175-181.
83. 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, P. 1077-1084.
84. Gonzales R.B., DeLeon Galvin C., Rancel Y.M., Clairborne B.J. Distribution of thorny excrescences on CA3 pyramidal neurons in rat hippocampus. // J Comp Neurol. 2001. V.430. P. 357-368.
85. Gould E., Woolley C.S., Frankfurt M., McEwen B.S. Gonadal steroids regulate dendritic spine density in hippocampal pyramidal cells in adulthood. // J Neurosci. 1990. V. 10(4) P. 1286-91.
86. Govek E.E., Newey S.E., Van Aelst L. The role of the Rho GTPases in neuronal development. // Genes Dev. 2005. V. 19(1) P. 1-49.
87. Graf P., Schacter D. L. Implicit and explicit memory for new associations in normal subjects and amnesic patients. // J. Exp. Psychol. 1985. V. 11, P. 501— 518.
88. Gray E.G., Axo-somatic and axo-dendritic synapses of the cerebral cortex: An electron microscopic study. // J. Anat. 1959. V. 83, P. 420-433.
89. Groves P.M., binder J.C., Young S.J. 5-hydroxydopamine-labeled.ь dopaminergic axons: three-dimensional reconstructions of axons, synapses and postsynaptic targets in rat neostriatum. // Neuroscience. 1994. V. 58, P. 593-604.
90. Guthrie P.В., Segal M., Kater S.B. Independent regulation of calcium revealed by imaging dendritic spines. //Nature. 1991. V. 354, P. 76-80.
91. Habets A.M., Lopes da Silva F.H., de Quartel F.W. Autoradiography of the olfactory-hippocampal pathway in the cat with special reference to the perforant path. // Exp Brain Res. 1980. V.38. P. 257-65.
92. Hall Z.W. An introducton in molecular neurobiology. // Sinauer Associates Inc., Sunderland, 1992. 530 p.
93. Hall Z.W. An introducton in molecular neurobiology. // Sinauer Associates Inc., Sunderland, 1992. 530 p.
94. Halpain S., Hipolito A., Saffer L. Regulation of F-actin stability in dendritic spines by glutamate receptors and calcineurin. // J Neurosci. 1998. V. 18, P. 9835-9844.
95. Harris K.M. Structure, development, and plasticity of dendritic spines. // Curr. Opin. Neurobiol. 1999. V.9, № 3. P. 343-448.
96. Harris K.M, Kater S.B. Dendritic spines: cellular specializations imparting both stability and flexibility to synaptic function. // Annu. Rev. Neurosci. 1994. V. 17, P.341-371.
97. Harris K.M., Landis D.M. Membrane structure at synaptic junctions in area CA1 of the rat hippocampus. // Neuroscience. 1986. V. 19, P. 857-872.
98. 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, P.1387-1395.
99. Hebb D.O. The organization of behavior: a neuropsychological theory. // New York: Wiley. 1949.
100. Hinton V.J., W.T. Brown K., Wisniewski, R.D. Rudelli. Analysis of neocortex in three males with the fragile X syndrome. // Am. J. Med. Genet. 1991. V. 41, P. 289-294.
101. Honey R.C., Watt A., Good M. 1998. Hippocampal lesions disrupt an associative mismatch process. // J Neurosci V. 18 P. 2226 —2230.
102. Hosokawa Т., Bliss T.V.P., Fine A. Persistence of individual spines in living brain-slices. //Neuro. Report. 1992. V. 3, P. 477-480.
103. 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, P. 8356-8368.
104. Jones E.G., Powell T.P. Morphological variations in the dendritic spines of the neocortex. // J. Cell Sci. 1969. V. 5, № 2. P. 509-529.
105. Karkar K.M., Garcia P.A., Bateman L.M., Smyth M.D., Barbaro N.M., Berger M. Focal cooling suppresses spontaneous epileptiform activity without changing the cortical motor threshold. // Epilepsia. 2002. V. 43(8) P. 932-5.
106. Kelly P.Т., McGuiness T.L., Greengard P. Evidence that the major2 jpostsynaptic protein is a component of a Ca /calmodulin-dependent protein kinase. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1984. V. 81, P. 945-949.
107. Kim J. J., Fanselow M. S. Modality-specific retrograde amnesia of fear. // Science V. 1992. V. 256, P. 675-677.
108. Kirov S.A., Harris K.M. Dendrites are more spiny on mature hippocampal -neurons when synapses are inactivated. // Nat Neurosci. 1999. V. 2(10) P. 878-83.
109. Kohler C., Chan-Palay V. Gamma-aminobutyric acid interneurons in the rat hippocampal region studied by retrograde transport of glutamic acid decarboxylase antibody after in vivo injections. // Anat Embryol (Berl). 1983. V.166. P. 53-66.
110. 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. P. 297-306.
111. 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. P. 12068-12072.
112. Kornau H.C., Schenker L.T., Kennedy M.B., Seeburg P.H. Domain interaction between NMDA receptor subunits and the postsynaptic density protein PSD-95. // Science. 1995. V. 269(5231) P. 1737-40.
113. Kunkel D.D., Lacaille J.C., Schwartzkroin P.A. Ultrastructure of stratum lacunosum-moleculare interneurons of hippocampal CA1 region. // Synapse. 1988. V.2. P. 382-94.
114. Lambert J.D., Jones R.S. Activation of N-methyl-D-aspartate receptors contributes to the EPSP at perforant path synapses in the rat dentate gyrus in vitro. //Neurosci Lett. 1989. V.97. P. 323-8.
115. Landis D.M.D. Membrane and cytoplasmic structure at synaptic junctions in the mammalian central nervous system. // J. Electron Microsc. Tech. 1988. V. 10, P. 129-151.
116. Le Moigne J., Campbell W. J., Cromp R. F., An automated parallel image registration technique based on the correlation of wavelet features. // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2002. V. 40, № 8, P. 1849-1864.
117. Leranth C., Frotscher M., Tombol Т., Palkovits M. Ultrastructure and synaptic connections of vasoactive intestinal polypeptide-like immunoreactive non-pyramidal neurons and axon terminals in the rat hippocampus. // Neuroscience. 1984. V.12, P. 531-42.
118. 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, P. 53205324.
119. Lisman J., Harris K.M. Quantal analysis and synaptic anatomy — integrating two views of hippocampal plasticity. // Trends Neurosci. 1993. V. 16, P. 141147.
120. Lopes da Silva F.H., Witter M.P., Boeijinga P.H., Lohman A.H. Anatomic organization and physiology of the limbic cortex. // Physiol Rev. 1990. V.70.1. P. 453-511.
121. 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, P. 113-157.
122. Louie K., Wilson M.A. Temporally structured replay of awake hippocampal ensemble activity during rapid eye movement sleep. // Neuron. 2001. V. 29, P. 145-156.
123. Luo L., Hensch Т.К., Ackerman L., Barbel S., Jan L.Y., Jan Y.N. Differential effects of the Rac GTPase on Purkinje cell axons and dendritic trunks and spines. //Nature. 1996. V. 379(6568) P. 837-40.
124. Lyman C.P. Hibernation and Torpor in Mammals and Birds // Academic Press 1982. P. 328.
125. Lynch G., Kessler M., Halpain S., Baudry M. Biochemical effects of high-frequency synaptic activity studied with in vitro slices. // Fed Proc. 1983. V. 42(12) P. 2886-90.
126. Magarinos A.M., McEwen B.S., Flugge G., Fuchs E. Chronic psychosocial stress causes apical dendritic atrophy of hippocampal CA3 pyramidal neurons in subordinate tree shrews. //J Neurosci. 1996. V.16. P. 3534-3540.
127. Magarinos A.M., McEwen B.S., Saboureau M., Pevet P. Rapid and reversible changes in intrahippocampal connectivity during the course of hibernation in European hamsters. // Proc Natl Acad Sci USA. 2006. V. 103(49) P. 1877580.
128. Malenka R.C., Nicoll R.A. Long-term potentiation—a decade of progress? // Science. 1999. V. 285, P. 1870 -1874.
129. Malenka R.C., Kauer J.A., Perkel D.J., Nicoll R.A. The impact of postsynaptic calcium on synaptic transmission its role in long-term potentiation. // Trends Neurosci. 1989. V. 12(11), P. 444-50.
130. Maletic-Savatic M., Malinow R., Svoboda K. Rapid dendritic morphogenesis in CA1 hiPocampal dendrites induced by synaptic activity. // Science. 1999. V. 283, № 5409.' P. 1923-1927.
131. Manabe Т., Renner P., Nicoll R.A. Postsynaptic contribution to long-term potentiation revealed by the analysis of miniature synaptic currents. // Nature. 1992. V. 355, P. 50-55.
132. Matus A. Actin-based plasticity in dendritic spines. // Science. 2000. V. 290(5492), P. 754-8.
133. McDonald J.A. Receptors for extracellular matrix components //.Am. J. Physiol. 1989. V. 257, P. 331-337.
134. McEchon M. D., Bouwmeester H., Tseng W., Weiss C., Disterhoft J. F. Hippocampectomy disrupts auditory trace fear conditioning and contextual fear conditioning in rats. // Hippocampus. 1998. V. 8, P. 638-646.i
135. McEwen B.S. Sex, stress and the hippocampus: allostasis, allostatic load and the aging process. // Neurobiol Aging. 2002. V. 23(5), P. 921-39.
136. McMahan U.J., Horton S.E., Werle M.J., et al. Agrin isoforms and their role in synaptogenesis. // Cell Biol. 1992, V. 4, P. 869-874.
137. McWilliams J.R., Lynch G. Sprouting in the hippocampus is accompanied by an increase in coated vesicles. // Brain Res. 1981. V. 211, P. 158-164.
138. СА4 regions. // J Hirnforsch. 1976. V. 17. P. 213-231
139. Mishkin M. Memory in monkeys severely impaired by combined but not separate removal of the amygdala and hippocampus. // Nature. 1978. V. 273, P. 297-298.
140. Morris R. G. M., Anderson E., Lynch G. S., Baudry M. Selective impairment of learning and blockade of long-term potentiation by an iV-methyl-D-aspartate receptor antagonist, APV. //Nature. 1986. V. 319, P. 774-776.
141. Morris R. G. M., Garrud P., Rawlins J. N. P., O'Keefe J. Place navigation impaired in rats with hippocampal lesions. // Nature. 1982. V. 297, P. 681683.
142. Moser M.B., Trommald M., Andersen P. An increase in dendritic spine density on hippocampal 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.
143. Moser E. I., Krobert K. A., Moser M.-B., Morris R. G. M. Impaired spatial learning after saturation of long-term potentiation. // Science. 1998. V. 281, P. 2038-2042.
144. Muller W., Connor J.A. Dendritic spines as individual neuronal compartments for synaptic Ca21 responses. //Nature. 1991. V. 354, P. 73-76.
145. Muller R.U., Kubie J.L. The effects of changes in the environment on the spatial firing of hippocampal complex-spike cells. // J Neurosci. 1987. V. 7, P. 1951-1968.
146. Muller W., Misgeld U. Inhibitory role of dentate hilus neurons in guinea pig hippocampal slice. // J Neurophysiol. 1990. V.64. P. 46-56.
147. Muller Dominique, Nicolas Toni, and Pierre-Alain Buchs. Spine Changes Associated With Long-Term Potentiation. // Hippocampus. 2000. V. 10, P. 596-604.
148. Nadel L., Moscovitch M. Memory consolidation, retrograde amnesia and the hippocampal complex. // Curr Opin Neurobiol. 1997. V. 7, P. 217-227.
149. Nadler J.V., Vaca K.W., White W.F., Lynch G.S., Cotman C.W. Aspartate and glutamate as possible transmitters of excitatory hippocampal afferents. // Nature. 1976. V.260. P. 538-40.
150. Nakayama A.Y., Harms M.B., Luo L. Small GTPases Rac and Rho in the maintenance of dendritic spines and branches in hippocampal pyramidal neurons. // J Neurosci. 2000. V. 20(14), P. 5329-38.
151. Pantaloni D., Le Clainche C., Carlier M.F. Mechanism of actin-based motility. // Science. 2001. V. 292(5521), P. 1502-6.
152. 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. P. 8629-8634.
153. Pavlik L.L., Moshkov D.A. Actin in synaptic cytoskeleton during long-term potentiation in hippocampal slices. // Acta Histochem. Suppl. 1991. V. 41, P. 257-264.
154. Perez-Clausell J., Danscher G. Intravesicular localization of zinc in rat telencephalic boutons. A histochemical study. // Brain Res. 1985. V.337. P.91.8.
155. 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, P. 92100.
156. 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. P.321-355.
157. 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.
158. 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. P. 53-60.
159. 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. P. 45-51.
160. Purpura D.P. Dendritic spine "dysgenesis" and mental retardation. // Science. 1974. V. 186, P. 1126-1128.
161. Qian N., Sejnowski T.J. When is an inhibitory synapse effective? // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990. V. 87, P. 8145-8149.
162. Racca C., Stephenson F.A., Streit P., Roberts J.D., Somogyi P., NMDA receptor content of synapses in stratum radiatum of the hippocampal CA1 area // J Neurosci. 2000. V. 20. № 7. P. 2512-22.
163. Rampon C., Tsien J. Z. Genetic Analysis of Learning Behavior-Induced Structural Plasticity. // Hippoampus. 2000. V. 10, P. 605-609.
164. 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, P. 238 -244.
165. Ribak C.E., Seress L. A Golgi-electron microscopic study of fusiform neurons in the hilar region of the dentate gyrus. // J Comp Neurol. 1988. V.271. P. 6778.
166. Ribak C.E., Seress L., Amaral D.G. The development, ultrastructure and synaptic connections of the mossy cells of the dentate gyrus. // J Neurocytol. 1985. V.14. P. 835-57.
167. Ribak C.E., Seress L. Five types of basket cell in the hippocampal dentate gyrus: a combined Golgi and electron microscopic study. // J Neurocytol. 1983. V.12.P. 577-97.
168. Ribak C.E., Seress L., Peterson G.M., Seroogy K.B., Fallon J.H., Schmued L.C. A GABAergic inhibitory component within the hippocampal commissural pathway. // J Neurosci. 1986. V.6. P. 3492-8.
169. Rolls E.T. Functions of neuronal networks in the hippocampus and neocortex in memory // Neuronal models of plasticity/Eds. J.H. Byrne, W.O. Berry. San Diego: Acad. Press. 1988. P. 240-265.
170. Rothman SM, Olney JW. Glutamate and pathophysiology of hypoxic-ischemic brain damage. // Ann. Neural. 1986. V. 19, P. 105-111.
171. 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. P. 420-431.
172. 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. P. 8975-8980.
173. Sabatini L. Bernardo, Miguel Maravall and Karel Svoboda. Ca2+ signaling in dendritic spines Current Opinion in Neurobiology. // 2001. V. 11, P. 349-356.
174. Sabatini B.L., Oertner T.G., Svoboda K. The life cycle of Ca(2+) ions in dendritic spines. //Neuron. 2002. V. 33(3), P. 439-52.
175. Sandi C., Davies H.A., Cordero M.I., Rodriguez J.J., Popov V.I., Stewart M.G. Rapid reversal of stress induced loss of synapses in CA3 of rat hippocampus following water maze training. // Eur. J: Neurosci. 2003. V. 17, № 11. P. 2447-56.
176. Sawada S., Yamamoto C. Blocking action of pentobarbital on receptors for excitatory amino acids in the guinea pig hippocampus. // Exp Brain Res.1985.V.59. P. 226-31.
177. Segal M. Dendritic spines for neuroprotection: a hypothesis. // Trend. Neurosci. 1995. V. 11, P. 468-471.
178. Segal I., Korkotian I., Murphy D.D. Dendritic spine formation and pruning: common cellular mechanisms? // Trends Neurosci. 2000. V. 23(2), P. 53-7.
179. Segal M. Rapid plasticity of dendritic spine: hints to possible functions? // Prog. Neurobiol. 2001 V. 63, № l.P. 61-70.
180. Scheibel ME, Crandall PH, Scheibel AB. The hippocampal-dentate complex in temporal lobe epilepsy. // Epilepsia. V. 15, 1974. P. 55-80.
181. Scheibel M.E., Lindsay R.D., Tomiyasu U., Scheibel A.B. Progressive dendritic changes in aging human cortex. // Exp Neurol. 1975. V. 47(3), P. 392-403.
182. Schlander M., Frotscher M. Non-pyramidal neurons in the guinea pig hippocampus. A combined Golgi-electron microscope study. // Anat Embryol (Berl). 1986. V.174. P. 35-47.
183. Schwartz J.H. Synaptic vesicles. // Principles of Neural Science. 3rd ed. Elsevier., New York, 1992. P. 225-234.
184. Scoville W. В., Milner B. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. // J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 1957. V. 20, P. 11-21.
185. Segev I, Rail W. Computational study of an excitable dendritic spine. // J. Neurophysiol. 1988. V. 60, P. 499-523.
186. Segev I., Rail W. Excitable dendrites and spines: earlier theoretical insights elucidate recent direct observations. // Trends Neurosci. 1998. V. 21, P. 453460.
187. Selden N.R., Everitt В J., Jarrard L.E., Robbins T.W. Complementary roles for the amygdala and hippocampus in aversive conditioning to explicit and contextual cues. //Neuroscience. 1991. V. 42, P. 335-350.
188. Seress L. and Ribak C.E. A combined Golgi-electron microscopic study of non-pyramidal neurons in the CA 1 area of the hippocampus. // J Neurocytol. 1985. V.14. P. 717-30.
189. Seress L. and Ribak C.E. GABAergic cells in the dentate gyrus appear to be local circuit and projection neurons. // Exp Brain Res. 1983. Y.50. P. 173-82.
190. Seroogy K.B., Seress L., Ribak C.E. Ultrastructure of commissural neurons of the hilar region in the hippocampal dentate gyrus. // Exp Neurol. 1983. V.82. P. 594-608.
191. Shelton M.K., McCarthy K.D. Mature hippocampal astrocytes exhibit functional metabotropic and ionotropic glutamate receptors in situ. // Glia. 1999. V. 26, № l.P.1-11.
192. Shepherd G.M. The dendritic spine: a multifunctional integrative unit. // J. Neurophysiol. 1996. V. 75, P. 2197-2210.
193. Siekevitz P. The postsynaptic density: a possible role in long-lasting effects in the central nervous system. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1985. V. 82, P. 3494-3498.
194. Silva A. J., Paylor R., Wehner J. M., Tonegawa S. Impaired spatial learning in a-calcium-calmodulin kinase II mutant mice. // Science. 1992. V. 257, P. 206-211.
195. Silva A. J., Smith A. M., Giese K. P. Gene targeting and the biology of learning and memory. // Annu. Rev. Genet. 19973. V. 1, P. 527-546.
196. Skaggs W.E., McNaughton B.L., Wilson M.A., Barnes C.A. Theta phase precession in hippocampal neuronal populations and the compression of temporal sequences. // Hippocampus. 1996. V. 6, P. 149 —172.
197. Smith S.J. Neuronal cytomechanics: the actin-based motility of growth cones. // Science. 1988. V. 242, № 4879. P. 708-715.
198. Solomon P. R., Vander Schaaf E. R., Thompson R. F., Weisz D. J. Hippocampus and trace conditioning of the rabbit's* classically conditioned nictitating membrane response. //Behav. Neurosci. 1986. V. 100, P. 729-744.
199. Soriano E., Nitsch R., Frotscher M. Axo-axonic chandelier cells in the rat fascia dentata: Golgi-electron microscopy and immunocytochemical studies. // J Comp Neurol. 1990. V.293. P. 1-25.
200. Sorra K.E. and Harris K.M. Stability in synapse number and size at 2 hr after long-term potentiation in hippocampal area CA1. // J Neurosci. 1998. V.18. P. 658-71.
201. Sorra K.E., Fiala J.C., Harris K.M. Critical assessment of the involvement of perforations, spinules, and spine branching in hippocampal synapse formation. //J. Сотр. Neurol. 1998. V. 398. № 2. P. 225-240.
202. 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. P. 289-310/
203. Stabuli U., Vanderklish P., Lynch G. An inhibitor of integrin receptors blocks long-term potentiation. //Behav. Neural Biol. 1990. V. 53, P. 1-5.
204. Stengaard-Pedersen K., Fredens K., Larsson L.I. Comparative localization of enkephalin and cholecystokinin immunoreactivities and heavy metals in the hippocampus. // Brain Res. 1983. V.273. P. 81-96.
205. 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, P. 180-186.
206. 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, P. 176-184.
207. Steward O., Schuman E.M. Protein synthesis at synaptic sites on dendrites. // Annu. Rev. Neurosci. 2001. V. 24, P. 299-325.
208. Steward O. Topographic organization of the projections from the entorhinal area to the hippocampal formation of the rat. // J Comp Neurol. 1976. V.167. P. 285-314.
209. Sartorius C.J., Berger M.S. Rapid termination of intraoperative stimulation-evoked seizures with application of cold Ringer's lactate to the cortex. Technical note. // J Neurosurg. 1998. V. 88(2), P. 349-51.
210. Svoboda K., Tank D.W., Denk W. Direct measurement of coupling between dendritic spines and shafts. // Science. 1996. V. 272, P. 716 -719.
211. Swanson L.W., Wyss J.M., Cowan W.M. An autoradiographic study of the organization of intrahippocampal association pathways in the rat. // J Comp
212. Neurol. 1978. V. 181. P. 681-715.
213. Swindale N.V. Dendritic spines only connect. // Trends Neurosci. 1981. V. 4, P. 240-241.
214. Tamamaki N., Abe K., Nojyo Y. Columnar organization in the subiculum formed by axon branches originating from single CA1 pyramidal neurons in the rat hippocampus. // Brain Res. 1987. V.412. P. 156-60.
215. Tamamaki N., Abe K., Nojyo Y. Three-dimensional analysis of the whole axonal arbors originating from single CA2 pyramidal neurons in the rat hippocampus with the aid of a computer graphic technique. // Brain Res. 1988. V.452. P. 255-72
216. Tamamaki N., Nojyo Y. Disposition of the slab-like modules formed by axon branches originating from single CA1 pyramidal neurons in* the rat hippocampus. //J Comp Neurol. 1990. V.291. P. 509-19.
217. Tanzi E. I fatti I le induzione nell'odierna histologia del sistema nervoso. // Riv. Sper. Freniatr. 1893. V.19. P. 419-472.
218. Terrian D.M., Johnston D., Claiborne B.J., Ansah-Yiadom R., Strittmatter W.J., Rea M.A. Glutamate and dynorphin release from a subcellular fraction enriched in hippocampal mossy fiber synaptosomes. // Brain Res Bull. 1988
219. Thompson L.T., Best P.J. Place cells and silent cells in the hippocampus of freely-behaving rats. //J Neurosci. 1989. V. 9, P. 2382-2390.
220. Tombol Т., Somogyi G., Hajdu F., Madarasz M. Granule cells, mossy fibres and pyramidal neurons: an electron microscopic study of the cat's hippocampal formation, I. // Acta Morphol Acad Sci Hung. 1978. V.26. Pp 291-310.
221. Trommald M, Hulleberg G. Dimensions and density of dendritic spines from rat dentate granule cells based on reconstructions from serial electron micrographs. // J. Сотр. Neurol. 1997. V. 377, P. 15-28.
222. 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, P. 218 -228.
223. Tsien J. Z., Huerta P. Т., Tonegawa S. The essential role of hippocampal CA1 NMDA receptor-dependent synaptic plasticity in spatial memory. // Cell. 1996. V. 87, P. 1327-1338.
224. Tulving E. // Organization of Memory. 1972. P. 381-403.
225. Tulving E., Markowitsch H.J. Episodic and declarative memory: role of the hippocampus. // Hippocampus'. 1998. V. 8, P. 198 -204.
226. Turner D.A., Li X.G., Pyapali G.K., Ylinen A., Buzsaki G. Morphometric and electrical properties of reconstructed hippocampal CA3 neurons recorded in vivo. // J Comp Neurol. 1995. V. 356(4). P. 580-94.
227. Von der Ohe C.G., Garner C.C., Darian-Smith C., Heller H.C. Synaptic protein dynamics in hibernation. // J Neurosci. 2007. V. 27(1), P. 84-92.
228. Van Groen Т., Wyss J.M. Extrinsic projections from area.CAl of the rat hippocampus: olfactory, cortical, subcortical, and bilateral* hippocampal formation projections. // J Comp Neurol. 1990. V.302. P. 515-28. •
229. Ventura R., Harris K.M. Three-dimensional relationships between hippocampal synapses and astrocytes // J. Neurosci. 1999. V. 19, № 16. P. 6897-6906.
230. Vertes R.P. Brainstem modulation of the hippocampus. Anatomy, physiology, and significance. // The Hippocampus/Eds R.L. Issacson, K.H. Pribram. 1986. V.4. P. 41-75.
231. Vinogradova O.S. Hippocampus as comparator: role of the two input and two output systems of the hippocampus in selection and registration of information. //Hippocampus. 2001. V.l 1. P. 578-598.
232. Walker M.C., Ruiz A., Kullmann D.M. Monosynaptic GABAergic signaling from dentate to CA3 with a pharmacological and physiological profile typicalof mossy fiber synapses. //Neuron. 2001. V.29. P. 703-715.
233. 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,P. 1145-1157.
234. Watanabe Y., Gould E., McEwen B.S. Stress induces atrophy of apical dendrites of hippocampal CA3 pyramidal neurons. // Brain Res. 1992. V.588. P. 341-345.
235. Weeks A.C., Ivanco T.L., LeBoutillier J.C., Racine R.J., Petit T.L. The degree of potentiation is associated with synaptic number during the maintenance of long-term potentiation in the rat dentate gyrus. // Brain Res. 1998. V. 798(1-2), P. 211-6.
236. 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, P. 132-137.
237. Weltzin M.M., Zhao H.W., Drew K.L., Bucci D.J. Arousal from hibernation alters contextual learning and memory. // Behav Brain Res. 2006. V. 167(1), P. 128-33.
238. 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. P. 51-61.
239. Westrum L.E., Jones D.H., Gray E.G., Barron J. Microtubules, dendritic spines and spine apparatus. // Cell Tissue Res. 1980. V. 208, P. 171-181.
240. 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, P. 749-753.
241. Witter M.P. and Groenewegen H.J. Laminar origin and septotemporal distribution of entorhinal and perirhinal projections to the hippocampus in the cat. //J Comp Neurol. 1984. V.224. P. 371-85.
242. Woodson W., Nitecka L., Ben-Ari Y. Organization of the GABAergic system in the rat hippocampal formation: a quantitative immunocytochemical study. //J Comp Neurol. 1989. V.280. P. 254-71.
243. 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, P. 2549-2554.
244. 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, P. 293-306.
245. 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, P. 8686-8690.
246. Yang X.F., Rothman S.M. Focal cooling rapidly terminates experimental neocortical seizures. // Ann Neurol. 2001. V. 49(6), P. 721-6.
247. Yang X.F., Duffy D.W., Morley R.E., Rothman S.M. Neocortical seizure termination by focal cooling: temperature dependence and automated seizure detection. // Epilepsia. 2002. V. 43(3), P. 240-5.
248. Yoshida К. and Oka H. Topographical distribution of septohippocampal projections demonstrated by the PHA-L immunohistochemical method in rats. //Neurosci Lett. 1990. V.113. P. 247-52.
249. Yuste R., Bonhoeffer T. Morphological changes in dendritic spines associated with long-term synaptic plasticity. // Annu. Rev. Neurosci. 2001. V. 24. P. 1071-1089.
250. Yuste R., Denk W. Dendritic spines as basic functional units of neuronal integration. //Nature. 1995. V. 375, P. 682- 684.
251. Yuste R., Majewska A., Holthoff K. From form to function: calcium compartmentalization in dendritic spines. //NatNeurosci. 2000. V. 3(7), P. 653-9.
252. Zang Y., Jia F., Weng X., Li E., Cui S., Wang Y., Hazeltine E., Ivry R. Functional organization of the primary motor cortex characterized by event-related fMRI during movement preparation and execution. // Neurosci Lett. 2003. V. 337(2), P. 69-72.
253. Zhang W., Benson D.L., Stages of synapse development defined by dependence on F-actin. // J Neurosci. 2001. V. 21 (14), P. 5169-81. '
254. Ziv N.E., Smith S.J. Evidence for a role of dendritic filopodia in synaptogenesis and spine formation. //Neuron. 1996. V. 17, № 1. P. 91-102.
255. Zola S. M., Squire L. R. Relationship between magnitude of damage to the hippocampus and impaired recognition memory in monkeys. // Hippocampus. 2001. V. 11, P. 92-98.
-
Патрушев, Илья Владимирович
-
кандидата биологических наук
-
Пущино, 2008
-
ВАК 03.00.02
- Трехмерная организация синапсов IN VIVO в поле CA1 гиппокампа гибернирующих сусликов и гипотермных крыс с использованием серийных ультратонких срезов
- Морфологические корреляты синаптической пластичности
- Особенности функционирования препаратов мозга гибернирующих и гомеотермных животных in vitro
- Морфологические корреляты долговременной потенциации синаптической передачи в гиппокампе крыс
- Роль функциональных межмолекулярных взаимодействий в нейрональной синаптической пластичности
