Изменение свойств глутаматергической системы гиппокампа крыс в литий-пилокарпиновой модели височной эпилепсии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Эпилептический статус (ЭС) запускает множество патологических изменений в нервной системе, которые еще не до конца изучены и могут вести к развитию эпилепсии. В этой работе мы изучили эффекты действия ЭС на характеристики возбуждающей глутаматергической передачи в гиппокампе у крыс в литий-пилокарпиновой модели височной эпилепсии. Исследования проводились через 1 день (острая фаза модели), 3 и 7 дней (латентная фаза) и 30-80 дней (хроническая фаза) после ЭС. Используя метод ОТ-ПЦР в реальном времени, мы обнаружили, что в латентную фазу происходит снижение экспрессии генов субъединиц GluA1 и GluA2 AMPA-рецепторов, что может также сопровождаться повышением доли кальций-проницаемых AMPA-рецепторов, играющих существенную роль в патогенезе многих заболеваний ЦНС. В переживающих срезах мозга при регистрации полевых ответов в области CA1 гиппокампа в ответ на стимуляцию коллатералей Шаффера электрическим током разной силы мы выявили снижение эффективности возбуждающей синаптической нейротрансмиссии во всех фазах модели. Однако в хронической фазе обнаружили увеличение частоты спонтанных возбуждающих постсинаптических потенциалов, что свидетельствует о повышенной фоновой активности глутаматергической системы при эпилепсии. В пользу этого также указывает снижение порога экстензии задних конечностей в тесте максимального электрошока у крыс с височной эпилепсией по сравнению с контрольными животными. Полученные результаты свидетельствуют о наличии ряда функциональных изменений в глутаматергической системе, связанных с эпилептизацией мозга. Эти данные могут быть использованы для разработки антиэпилептогенной терапии.

Об авторах

Г. П Диеспиров

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
194223 Санкт-Петербург, Россия

Т. Ю Постникова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
194223 Санкт-Петербург, Россия

А. В Грифлюк

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
194223 Санкт-Петербург, Россия

А. А Коваленко

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
194223 Санкт-Петербург, Россия

А. В Зайцев

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
194223 Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

  1. Fattorusso, A., Matricardi, S., Mencaroni, E., Dell'Isola, G. B., Di Cara, G., Striano, P., and Verrotti, A. (2021) The pharmacoresistant epilepsy: an overview on existant and new emerging therapies, Front. Neurol., 12, 1030, doi: 10.3389/FNEUR.2021.674483.
  2. Chin, J. H., and Vora, N. (2014) The global burden of neurologic diseases, J. Neurol., 83, 349-351, doi: 10.1212/WNL.0000000000000610.
  3. Fordington, S., and Manford, M. (2020) A review of seizures and epilepsy following traumatic brain injury, J. Neurol., 267, 3105-3111, doi: 10.1007/s00415-020-09926-w.
  4. Engel, J. J. (2001) Mesial temporal lobe epilepsy: what have we learned? Neuroscientist, 7, 340-352, doi: 10.1177/107385840100700410.
  5. Herman, S. T. (2002) Epilepsy after brain insult: targeting epileptogenesis, J. Neurol., 59, S21-S26, doi: 10.1212/wnl.59.9_suppl_5.s21.
  6. Pitk�nen, A., and Lukasiuk, K. (2011) Mechanisms of epileptogenesis and potential treatment targets, Lancet Neurol., 10, 173-186, doi: 10.1016/S1474-4422(10)70310-0.
  7. Goldberg, E. M., and Coulter, D. A. (2013) Mechanisms of epileptogenesis: a convergence on neural circuit dysfunction, Nat. Rev. Neurosci., 14, 337-349, doi: 10.1038/nrn3482.
  8. Thom, M. (2014) Review: hippocampal sclerosis in epilepsy: a neuropathology review, Neuropathol. Appl. Neurobiol., 40, 520-543, doi: 10.1111/nan.12150.
  9. Bliss, T. V. P., and Collingridge, G. L. (1993) A synaptic model of memory: long-term potentiation in the hippocampus, Nature, 361, 31-39, doi: 10.1038/361031a0.
  10. Titiz, A. S., Mahoney, J. M., Testorf, M. E., Holmes, G. L., and Scott, R. C. (2014) Cognitive impairment in temporal lobe epilepsy: role of online and offline processing of single cell information, Hippocampus, 24, 1129-1145, doi: 10.1002/hipo.22297.
  11. Vlooswijk, M. C. G., Jansen, J. F. A., de Krom, M. C. F. T. M., Majoie, H. M., Hofman, P. A. M., Backes, W. H., and Aldenkamp, A. P. (2010) Functional MRI in chronic epilepsy: associations with cognitive impairment, Lancet Neurol., 9, 1018-1027, doi: 10.1016/S1474-4422(10)70180-0.
  12. Zavala-Tecuapetla, C., Cuellar-Herrera, M., and Luna-Munguia, H. (2020) Insights into potential targets for therapeutic intervention in epilepsy, Int. J. Mol. Sci., 21, 8573, doi: 10.3390/ijms21228573.
  13. Curia, G., Longo, D., Biagini, G., Jones, R. S. G., and Avoli, M. (2008) The pilocarpine model of temporal lobe epilepsy, J. Neurosci. Methods, 172, 143-157, doi: 10.1016/j.jneumeth.2008.04.019.
  14. Curia, G., Lucchi, C., Vinet, J., Gualtieri, F., Marinelli, C., Torsello, A., Costantino, L., and Biagini, G. (2014) Pathophysiogenesis of mesial temporal lobe epilepsy: is prevention of damage antiepileptogenic? Curr. Med. Chem., 21, 663-688, doi: 10.2174/0929867320666131119152201.
  15. Zaitsev, A. V., Amakhin, D. V., Dyomina, A. V., Zakharova, M. V., Ergina, J. L., Postnikova, T. Y., Diespirov, G. P., and Magazanik, L. G. (2021) Synaptic dysfunction in epilepsy, J. Evol. Biochem. Physiol., 57, 542-563, doi: 10.1134/S002209302103008X.
  16. De Oliveira, D. L., Fischer, A., Jorge, R. S., Da Silva, M. C., Leite, M., Gon�alves, C. A., Quillfeldt, J. A., Souza, D. O., E Souza, T. M., and Wofchuk, S. (2008) Effects of early-life LiCl-Pilocarpine-induced status epilepticus on memory and anxiety in adult rats are associated with mossy fiber sprouting and elevated CSF S100B protein, Epilepsia, 49, 842-852, doi: 10.1111/j.1528-1167.2007.01484.x.
  17. Morimoto, K., Fahnestock, M., and Racine, R. J. (2004) Kindling and status epilepticus models of epilepsy: rewiring the brain, Prog. Neurobiol., 73, 1-60, doi: 10.1016/j.pneurobio.2004.03.009.
  18. Postnikova, T. Y., Diespirov, G. P., Amakhin, D. V., Vylekzhanina, E. N., Soboleva, E. B., and Zaitsev, A. V. (2021) Impairments of long-term synaptic plasticity in the hippocampus of young rats during the latent phase of the lithium-pilocarpine model of temporal lobe epilepsy, Int. J. Mol. Sci., 22, 13355, doi: 10.3390/ijms222413355.
  19. Plata, A., Lebedeva, A., Denisov, P., Nosova, O., Postnikova, T. Y., Pimashkin, A., Brazhe, A., Zaitsev, A. V., Rusakov, D. A., and Semyanov, A. (2018) Astrocytic atrophy following status epilepticus parallels reduced Ca2+ activity and impaired synaptic plasticity in the rat hippocampus, Front. Mol. Neurosci., 11, 215, doi: 10.3389/fnmol.2018.00215.
  20. Kryukov, K. A., Kim, K. K., Magazanik, L. G., and Zaitsev, A. V. (2016) Status epilepticus alters hippocampal long-term synaptic potentiation in a rat lithium-pilocarpine model, NeuroReport, 27, 1191-1195, doi: 10.1097/WNR.0000000000000656.
  21. Clarkson, C., Smeal, R. M., Hasenoehrl, M. G., White, J. A., Rubio, M. E., and Wilcox, K. S. (2020) Ultrastructural and functional changes at the tripartite synapse during epileptogenesis in a model of temporal lobe epilepsy, Exp. Neurol., 326, 113196, doi: 10.1016/j.expneurol.2020.113196.
  22. Naylor, D. E., Liu, H., Niquet, J., and Wasterlain, C. G. (2013) Rapid surface accumulation of NMDA receptors increases glutamatergic excitation during status epilepticus, Neurobiol. Dis., 54, 225-238, doi: 10.1016/j.nbd.2012.12.015.
  23. Amakhin, D. V., Soboleva, E. B., Ergina, J. L., Malkin, S. L., Chizhov, A. V., and Zaitsev, A. V. (2018) Seizure-induced potentiation of AMPA receptor-mediated synaptic transmission in the entorhinal cortex, Front. Cell. Neurosci., 12, 486, doi: 10.3389/fncel.2018.00486.
  24. Rajasekaran, K., Todorovic, M., and Kapur, J. (2012) Calcium-permeable AMPA receptors are expressed in a rodent model of status epilepticus, Ann. Neurol., 72, 91-102, doi: 10.1002/ana.23570.
  25. Amakhin, D. V., Malkin, S. L., Ergina, J. L., Kryukov, K. A., Veniaminova, E. A., Zubareva, O. E., and Zaitsev, A. V. (2017) Alterations in properties of glutamatergic transmission in the temporal cortex and hippocampus following pilocarpine-induced acute seizures in wistar rats, Front. Cell. Neurosci., 11, 264, doi: 10.3389/fncel.2017.00264.
  26. Malkin, S. L., Amakhin, D. V., Veniaminova, E. A., Kim, K. K., Zubareva, O. E., Magazanik, L. G., and Zaitsev, A. V. (2016) Changes of AMPA receptor properties in the neocortex and hippocampus following pilocarpine-induced status epilepticus in rats, Neuroscience, 327, 146-155, doi: 10.1016/j.neuroscience.2016.04.024.
  27. Zubareva, O. E., Kovalenko, A. A., Kalemenev, S. V., Schwarz, A. P., Karyakin, V. B., and Zaitsev, A. V. (2018) Alterations in mRNA expression of glutamate receptor subunits and excitatory amino acid transporters following pilocarpine-induced seizures in rats, Neurosci. Lett., 686, 94-100, doi: 10.1016/j.neulet.2018.08.047.
  28. Racine, R. J. (1972) Modification of seizure activity by electrical stimulation. II. Motor seizure, Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol., 32, 281-294, doi: 10.1016/0013-4694(72)90177-0.
  29. Postnikova, T. Y., Amakhin, D. V., Trofimova, A. M., Smolensky, I. V., and Zaitsev, A. V. (2019) Changes in functional properties of rat hippocampal neurons following pentylenetetrazole-induced status epilepticus, Neuroscience, 399, 103-116, doi: 10.1016/j.neuroscience.2018.12.029.
  30. Schwarz, A. P., Malygina, D. A., Kovalenko, A. A., Trofimov, A. N., and Zaitsev, A. V. (2020) Multiplex qPCR assay for assessment of reference gene expression stability in rat tissues/samples, Mol. Cell. Probes, 53, 101611, doi: 10.1016/j.mcp.2020.101611.
  31. Livak, K. J., and Schmittgen, T. D. (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) method, Methods, 25, 402-428, doi: 10.1006/meth.2001.1262.
  32. Bonefeld, B. E., Elfving, B., and Wegener, G. (2008) Reference genes for normalization: a study of rat brain tissue, Synapse, 62, 302-309, doi: 10.1002/syn.20496.
  33. Lin, W., Burks, C. A., Hansen, D. R., Kinnamon, S. C., and Gilbertson, T. A. (2004) Taste receptor cells express pH-sensitive leak K+ channels, J. Neurophysiol., 92, 2909-2919, doi: 10.1152/jn.01198.2003.
  34. Yamaguchi, M., Yamauchi, A., Nishimura, M., Ueda, N., and Naito, S. (2005) Soybean oil fat emulsion prevents cytochrome P450 mRNA down-regulation induced by fat-free overdose total parenteral nutrition in infant rats, Biol. Pharm. Bull., 28, 143-147, doi: 10.1248/bpb.28.143.
  35. Swijsen, A., Nelissen, K., Janssen, D., Rigo, J. M., and Hoogland, G. (2012) Validation of reference genes for quantitative real-time PCR studies in the dentate gyrus after experimental febrile seizures, BMC Res. Notes, 5, 685, doi: 10.1186/1756-0500-5-685.
  36. Pohjanvirta, R., Niittynen, M., Lind�n, J., Boutros, P. C., Moffat, I. D., and Okey, A. B. (2006) Evaluation of various housekeeping genes for their applicability for normalization of mRNA expression in dioxin-treated rats, Chem. Biol. Interact., 160, 134-149, doi: 10.1016/j.cbi.2006.01.001.
  37. Cook, N. L., Vink, R., Donkin, J. J., and van den Heuvel, C. (2009) Validation of reference genes for normalization of real-time quantitative RT-PCR data in traumatic brain injury, J. Neurosci. Res., 87, 34-41, doi: 10.1002/jnr.21846.
  38. Langnaese, K., John, R., Schweizer, H., Ebmeyer, U., and Keilhoff, G. (2008) Selection of reference genes for quantitative real-time PCR in a rat asphyxial cardiac arrest model, BMC Mol. Biol., 9, 53, doi: 10.1186/1471-2199-9-53.
  39. Proudnikov, D., Yuferov, V., Zhou, Y., LaForge, K. S., Ho, A., and Kreek, M. J. (2003) Optimizing primer-probe design for fluorescent PCR, J. Neurosci. Methods, 123, 31-45, doi: 10.1016/S0165-0270(02)00325-4.
  40. Zucker, R. S., and Regehr, W. G. (2002) Short-term synaptic plasticity, Annu. Rev. Physiol., 64, 355-405, doi: 10.1146/annurev.physiol.64.092501.114547.
  41. Owen, B., Bichler, E., and Benveniste, M. (2021) Excitatory synaptic transmission in hippocampal area CA1 is enhanced then reduced as chronic epilepsy progresses, Neurobiol. Dis., 154, 105343, doi: 10.1016/j.nbd.2021.105343.
  42. Cull-Candy, S. G., and Farrant, M. (2021) Ca2+-permeable AMPA receptors and their auxiliary subunits in synaptic plasticity and disease, J. Physiol., 599, 2655-2671, doi: 10.1113/jp279029.
  43. Andre, V., Marescaux, C., Nehlig, A., and Fritschy, J. M. (2001) Alterations of hippocampal GABAergic system contribute to development of spontaneous recurrent seizures in the at lithium-pilocarpine model of temporal lobe epilepsy, Hippocampus, 11, 452-468, doi: 10.1002/hipo.1060.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».