Современные проблемы синаптической пластичности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящем обзоре рассмотрены результаты современных исследований, которые с новых позиций подтверждают идеи, высказанные в середине прошлого века о влиянии разряда нейрона на эффективность его синаптических входов. Эта концепция развиваются сегодня на рецепторном, канальном и внутриклеточном уровнях, что позволяет раскрыть особую роль ионов кальция в запуске целого ряда каскадов, приводящих к временным или стойким изменениям синаптической передачи. Подчеркивается важная роль различных физиологически активных соединений, влияющих на синаптическую пластичность, а через нее и на когнитивные процессы у человека, что имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение. Подробно рас-cматриваются клеточные и рецепторные мишени современных ноотропных препаратов, направленных на коррекцию различных по своему характеру когнитивных нарушений.

Об авторах

Владимир Георгиевич Скребицкий

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Автор, ответственный за переписку.
Email: skrebitsky@yahoo.com
Россия, Москва

Ирина Николаевна Шаронова

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Email: skrebitsky@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0001-9955-1870

д.б.н., в.н.с. лаб. функциональной синаптологии

Россия, Москва

Список литературы

  1. Hebb O.D. The Organization of Behavior. NY: Wiley, 1949. 335 p.
  2. Brindley G.S. The classification of modifiable synapses and their use in models for conditioning. Proc. Royal Soc Lond B Biol Sci 1967; 168: 361-367. doi: 10.1098/rspb.1967.0070.
  3. Gerbrandt L.K., Skrebitsky V.G., Burešová O., Bureš J.Plastic changes of unit activity induced by tactile stimuli followed by electrical stimulation of single hippocampal and reticular neurons. Neuropsychologia 1968; 6: 3-10. DOI. org/10.1016/0028-3932(68)90034-1. doi: 10.1016/0028-3932(68)90034-1.
  4. Русинова Е.В., Скребицкий В.Г. Влияние разряда нейрона на эффективность его синаптических входов. Журнал высшей нервной деятельности. им. И.П. Павлова 1975; 25(6): 1312-1315. PMID: 1210783.
  5. Baranyi A., Szente M.B. Long-lasting potentiation of synaptic transmission requires postsynaptic modifications in the neocortex. Brain Res 1987; 423(1-2): 378-384. doi: 10.1016/0006-8993(87)90867-5. PMID: 2823992.
  6. Skrebitsky V.G., Chepkova A.N. Hebbian synapses in cortical and hippocampal pathways. Rev Neurosci 1998; 9(4): 243-264. doi: 10.1515/REVNEURO. 1998.9.4.243. PMID: 9886140.
  7. 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 1973; 232(2): 331-356. doi: 10.1113/jphysiol.1973.sp010273. PMID: 4727084.
  8. Bliss T.V., Collingridge G.L. A synaptic model of memory: long-term potentiation in the hippocampus. Nature 1993; 361(6407): 31-39. doi: 10.1038/361031a0. PMID: 8421494.
  9. Bliss T.V., Collingridge G.L., Morris R.G. Synaptic plasticity in health and disease: introduction and overview. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 2013; 369(1633): 20130129. doi: 10.1098/rstb.2013.0129. PMID: 24298133.
  10. Voronin L.L. Long-term potentiation in the hippocampus. Neuroscience 1983; 10(4): 1051-1069. doi: 10.1016/0306-4522(83)90099-4. PMID: 6141538.
  11. Sastry B.R., Goh J.W., Auyeung A. Associative induction of posttetanic and long-term potentiation in CA1 neurons of rat hippocampus. Science 1986; 232(4753): 988-990. doi: 10.1126/science.3010459. PMID: 3010459.
  12. Kelso S.R., Ganong A.H., Brown T.H. Hebbian synapses in hippocampus. Proc Natl Acad Sci USA 1986; 83(14): 5326-5330. doi: 10.1073/pnas.83.14.5326. PMID: 3460096.
  13. Lodge D., Watkins J.C., Bortolotto Z.A., Jane D.E, Volianskis A. The 1980s: D-AP5,LTP and a decade of NMDA receptor discoveries. Neurochem Res 2018. doi: 10.1007/s11064-018-2640-6. PMID: 30284673.
  14. Morris R.G. NMDA receptors and memory encoding. Neuropharmacology 2013; 74: 32-40. doi: 10.1016/j.neuropharm.2013.04.014. PMID: 23628345.
  15. Magee J.C., Johnston D. A synaptically controlled, associative signal for Hebbian plasticity in hippocampal neurons. Science 1997; 275(5297):209-213. doi: 10.1126/science.275.5297.209. PMID: 8985013.
  16. Markram H., Lübke J., Frotscher M., Sakmann B. Regulation of synaptic efficacy by coincidence of postsynaptic APs and EPSPs. Science 1997; 275(5297): 213-215. doi: 10.1126/science.275.5297.213. PMID: 8985014.
  17. Bliss T.V., Douglas R.M., Errington M.L., Lynch M.A. Correlation between long-term potentiation and release of endogenous amino acids from dentate gyrus of anaesthetized rats. J Physiol 1986; 377: 391-408. doi: 10.1113/jphysiol. 1986.sp016193. PMID: 2879038.
  18. Maren S., Tocco G., Standley S., Baudry M., Thompson R.F. Postsynaptic factors in the expression of long-term potentiation (LTP): increased glutamate receptor binding following LTP induction in vivo. Proc Natl Acad Sci USA 1993; 90(20): 9654-9658. doi: 10.1073/pnas.90.20.9654. PMID: 8415757.
  19. Frey U., Krug M., Reymann K.G., Matthies H. Anisomycin, an inhibitor of protein synthesis, blocks late phases of LTP phenomena in the hippocampal CA1 region in vitro. Brain Res 1988; 452 (1-2): 57-65. doi: 10.1016/0006- 8993(88)90008-X. PMID: 3401749.
  20. Frey U., Huang Y.Y., Kandel E.R. Effects of cAMP simulate a late stage of LTP in hippocampal CA1 neurons. Science 1993; 260 (5114): 1661-1664. doi: 10.1126/science.8389057. PMID: 8389057.
  21. Mayford M., Siegelbaum S.A., Kandel E.R. Synapses and memory storage. Cold Spring Harb Perspect Biol 2012; 4(6). doi: 10.1101/cshperspect.a005751. PMID: 2249638.
  22. Danysz W., Zajaczkowski W., Parsons C.G. Modulation of learning processes by ionotropic glutamate receptor ligands. Behav Pharmacol 1995; 6 (5–6): 455- 474. PMID: 11224354.
  23. Barnes C.A. Involvement of LTP in memory: are we “searching under the street light”? Neuron 1995; 15 (4): 751-754. doi: 10.1016/0896-6273(95)90166- 3. PMID: 7576624.
  24. Mayford M., Abel T., Kandel E.R. Transgenic approaches to cognition. Curr Opin Neurobiol 1995; 5(2): 141-148. doi: 10.1016/0959-4388(95)80019-0. PMID: 7620300.
  25. Wigström H., Gustafsson B. Large long-lasting potentiation in the dentate gyrus in vitro during blockade of inhibition. Brain Res 1983; 275(1): 153-158. doi: 10.1016/0006-8993(83)90428-6. PMID: 6313124.
  26. Ormond J., Woodin M.A. Disinhibition mediates a form of hippocampal long-term potentiation in area CA1. PLoS One 2009; 4(9): e7224. DOI: 10.1371/ journal.pone.0007224. PMID: 19787049.
  27. Davies C.H., Collingridge G.L. The physiological regulation of synaptic inhibition by GABAB autoreceptors in rat hippocampus. J Physiol 1993; 472: 245- 265. doi: 10.1113/jphysiol.1993.sp019945. PMID: 8145143.
  28. Fedorov N.B., Sergeeva O.A., Skrebitsky V.G. Priming stimulation facilitates Hebb-type plasticity in the Schaffer collateral-commissural pathways of the mouse hippocampus. Exp Brain Res 1993; 94(2): 270-272. DOI: 10.1007/ BF00230295. PMID: 8359243.
  29. Виноградова О.С. Гиппокамп и память. М.: Наука, 1975. 333 с.
  30. Larson J., Munkácsy E. Theta-burst LTP. Brain Res 2015; 1621: 38-50. doi: 10.1016/j.brainres.2014.10.034. PMID: 25452022.
  31. Skrebitsky V.G. Nonspecific influences on neuronal firing in the central visual pathway. Exp Brain Res 1969; 9(4): 269-283. doi: 10.1007/BF00235239. PMID: 5364413.
  32. Skrebitsky V.G., Sharonova I.N. Reticular suppression of flash-evoked IPSPs in visual cortex neurons. Brain Res 1976; 111(1): 67-78. doi: 10.1016/0006-8993(76)91049-0. PMID: 953705.
  33. Klausberger T., Magill P.J., Márton L.F., Roberts J.D., Cobden P.M., Buzsáki G., Somogyi P. Brain-state- and cell-type-specific firing of hippocampal interneurons in vivo. Nature 2003; 421(6925): 844-848. doi: 10.1038/nature01374. PMID: 12594513.
  34. Dykes R.W. Mechanisms controlling neuronal plasticity in somatosensory cortex. Can J Physiol Pharmacol 1997; 75(5): 535-545. doi: 10.1139/y97-089. PMID: 9250389.
  35. Павлов И.П. Лекции о работе больших полушарий головного мозга. Полное собр. соч. Т.4, М.: АН СССР, 1951. 452 с.
  36. Sara S.J. Noradrenergic modulation of selective attention: its role in memory retrieval. Ann N Y Acad Sci 1985; 444: 178-193. doi: 10.1111/j.1749-6632.1985. tb37588.x. PMID: 2990290.
  37. Skrebitsky V.G., Chepkova A.N., Sharonova I.N. Reticular suppression of cortical inhibitory postsynaptic potentials. In: Hobson J.A., Brzier M.A. (Eds) Reticular Formation Revisited. NY: Raven Press, 1980: 67-78.
  38. Doze V.A., Cohen G.A., Madison D.V. Synaptic localization of adrenergic disinhibition in the rat hippocampus. Neuron 1991; 6(6): 889-900. doi: 10.1016/0896-6273(91)90229-S. PMID: 1675862.
  39. Griffith J.S. A theory of the nature of memory. Nature 1966; 211(5054): 1160-1163. doi: 10.1038/2111160a0. PMID: 5970018.
  40. Brown T.H., Chapman P.F., Kairiss E.W., Keenan C.L. Long-term synaptic potentiation. Science 1988; 242 (4879): 724-728. doi: 10.1126/science.2903551. PMID: 2903551.
  41. Solari N., Hangya B. Cholinergic modulation of spatial learning, memory and navigation. Eur J Neurosci 2018; 48(5): 2199-2230. doi: 10.1111/ejn.14089. PMID: 30055067.
  42. Lin Y.W., Min M.Y., Chiu T.H., Yang H.W. Enhancement of associative longterm potentiation by activation of beta-adrenergic receptors at CA1 synapses in rat hippocampal slices. J Neurosci. 2003, 23(10): 4173-4181. DOI: 10.1523/ JNEUROSCI.23-10-04173.2003. PMID: 12764105.
  43. O’Dell T.J., Connor S.A., Guglietta R., Nguyen P.V. β-Adrenergic receptor signaling and modulation of long-term potentiation in the mammalian hippocampus. Learn Mem 2015; 22(9): 461-471. doi: 10.1101/lm.031088.113. PMID: 26286656.
  44. Hansen N., Manahan-Vaughan D. Hippocampal long-term potentiation that is elicited by perforant path stimulation or that occurs in conjunction with spatial learning is tightly controlled by beta-adrenoreceptors and the locus coeruleus. Hippocampus 2015: 25(11): 1285-1298. doi: 10.1002/hipo.22436. PMID: 25727388.
  45. Takeuchi T., Duszkiewicz A.J., Sonneborn A. et al. Locus coeruleus and dopaminergic consolidation of everyday memory. Nature 2016; 537: 357-362. doi: 10.1038/nature19325. PMID: 27602521.
  46. Wei X., Ma T., Cheng Y. et al. Dopamine D1 or D2 receptor-expressing neurons in the central nervous system. Addict Biol 2018; 23(2): 569-584. doi: 10.1111/adb.12512. PMID: 28436559.
  47. Hammad H., Wagner J.J. Dopamine-mediated disinhibition in the CA1 region of rat hippocampus via D3 receptor activation. J Pharmacol Exp Ther 2006; 316(1):113-120. doi: 10.1124/jpet.105.091579. PMID: 16162819.
  48. Lemon N., Manahan-Vaughan D. Dopamine D1/D5 receptors gate the acquisition of novel information through hippocampal long-term potentiation and long-term depression. J Neurosci 2006; 26(29): 7723-7729. DOI: 10.1523/ JNEUROSCI.1454-06.2006. PMID: 16855100.
  49. Lin J.S., Anaclet C., Sergeeva O.A., Haas H.L. The waking brain: an update. Cell Mol Life Sci 2011; 68(15): 2499-2512. doi: 10.1007/s00018-011-0631-8. Review. PMID: 21318261.
  50. Vorobjev V.S, Sharonova I.N., Walsh I.B., Haas H.L. Histamine potentiates N-methyl-D-aspartate responses in acutely isolated hippocampal neurons. Neuron 1993; 11(5): 837-844. doi: 10.1016/0896-6273(93)90113-6. PMID: 8240807.
  51. Kovacs G.L, De Wied D. Peptidergic modulation of learning and memory processes. Pharmacol Rev 1994; 46(3): 269-291. PMID: 7831381.
  52. Чепкова А.Н. Влияние вазопрессина на свойства длительной посттетанической потенциации в срезах гиппокампа. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова 1981: 32(2): 427-429.
  53. Chepkova A.N., Skrebitskii V.G. Effects of some adrenergic drugs and neuropeptides on long-term potentiation in hippocampal slices. In: Ajmone Marsan C., Matthies H.(eds). Neuronal Plasticity and Memory Formation. NY: Raven Press, 1982: 255-263.
  54. Reijmers L.G., van Ree J.M., Spruijt B.M. et al. Vasopressin metabolites: a link between vasopressin and memory? Prog Brain Res 1998;119: 523-535. doi: 10.1016/S0079-6123(08)61591-5. PMID: 10074810.
  55. Rong X.W., Chen X.F., Du Y.C. Potentiation of synaptic transmission by neuropeptide AVP4-8 (ZNC(C)PR) in rat hippocampal slices. Neuroreport 1993; 4(9): 1135-1138. PMID: 8219041.
  56. van den Hooff P., Urban I.J., de Wied D. Vasopressin maintains long-term potentiation in rat lateral septum slices. Brain Res 1989; 505(2): 181-186. doi: 10.1016/0006-8993(89)91440-6. PMID: 2532055.
  57. Chepkova A.N., French P., De Wied D. et al. Long-lasting enhancement of synaptic excitability of CA1/subiculum neurons of the rat ventral hippocampus by vasopressin and vasopressin(4-8). Brain Res 1995; 701(1-2): 255-566. doi: 10.1016/0006-8993(95)01006-7. PMID: 8925289.
  58. Ishihara K., Katsuki H., Kawabata A. et al. Effects of thyrotropin-releasing hormone and a related analog, CNK-602A, on long-term potentiation in the mossy fiber-CA3 pathway of guinea pig hippocampal slices. Brain Res 1991; 554(1-2): 203-208. doi: 10.1016/0006-8993(91)90190-7. PMID: 1933301.
  59. Matsuoka N., Kaneko S., Satoh M. Somatostatin augments long-term potentiation of the mossy fiber-CA3 system in guinea-pig hippocampal slices. Brain Res 1991; 553(2): 188-194. doi: 10.1016/0006-8993(91)90823-E. PMID: 1681981.
  60. Гудашева Т.А. Теоретические основы и технологии создания дипептидных лекарств Известия Академии наук. Серия химическая 2015; 9: 2012–2021.
  61. Olpe H.R., Lynch G.S. The action of piracetam on the electrical activity of the hippocampal slice preparation: a field potential analysis. Eur J Pharmacol 1982; 80(4): 415-419. doi: 10.1016/0014-2999(82)90088-7. PMID: 7106192.
  62. Satoh M., Ishihara K., Katsuki H. Different susceptibilities of long-term potentiations in CA3 and CA1 regions of guinea pig hippocampal slices to nootropic drugs. Neurosci Lett 1988; 93(2-3): 236-241. doi: 10.1016/0304- 3940(88)90088-2. PMID: 2853846.
  63. Чепкова А.Н., Дореули Н.В., Островская Р.У. и др. Сохранение пластических свойств синаптической передачи в долгоживущих срезах гиппокампа под действием пептидного аналога пирацетама, L-pGlu-DAla- NH2. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины 1990; 115: 602-604. PMID: 1964611.
  64. Chepkova A.N., Doreulee N.V., Trofimov S.S. et al. Nootropic compound L-pyroglutamyl-D-alanine-amide restores hippocampal long-term potentiation impaired by exposure to ethanol in rats. Neurosci Lett 1995; 188(3): 163-166. doi: 10.1016/0304-3940(95)11421-R. PMID: 7609900.
  65. Островская Р.У., Гудашева Т.А., Воронина Т.А., Середенин С. Б. Оригинальный ноотропный и нейропротективный дипептид ноопепт (ГВС-111). Экспериментальная и клиническая фармакология 2002; 65(5): 66–72.
  66. Островская Р.У., Бельник А.П., Сторожева З.И. Эффективность препарата «Ноопепт» при экспериментальной модели болезни Альцгеймера (когнитивный дефицит, вызванный введением β-амилоида 25–35 в базальные ядра Мейнерта крыс Бюллетень экспериментальной биологии и медицины 2011; 146(1): 84-88. PMID: 19145356.
  67. Jia X., Gharibyan A.L., Öhman A. et al. Neuroprotective and nootropic drug noopept rescues α-synuclein amyloid cytotoxicity. J Mol Biol 2011; 414(5): 699- 712. doi: 10.1016/j.jmb.2011.09.044. PMID: 21986202.
  68. Бочкарев В.К., Телешова Е.С., Сюняков С.А. и др. Клинико-электрoэнцефалографическая характеристика действия ноопепта у больных с легкими когнитивными расстройствами посттравматического и сосудистого генеза. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова 2008; 108(11): 47-55: PMID: 19008801.
  69. Vakhitova Y.V., Sadovnikov S.V., Borisevich S.S. et al. Molecular mechanism underlying the action of substituted Pro-Gly Dipeptide Noopept. Acta Naturae 2016; 8(1): 82-89. PMID: 27099787.
  70. Kondratenko R.V., Derevyagin V.I., Skrebitsky V.G. Novel nootropic dipeptide Noopept increases inhibitory synaptic transmission in CA1 pyramidal cells. Neurosci Lett 2010; 476(2): 70-73. doi: 10.1016/j.neulet.2010.04.005. PMID: 20382202.
  71. Колбаев С.Н., Александрова О.П., Шаронова И.Н., Скребицкий В.Г. Влияние ноопепта на динамику [Ca2+]i в нейронах культивируемых срезов гиппокампа крысы. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины 2017; 164(9): 309-313. doi: 10.1007/s10517-018-3983-3. PMID: 29313229.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Skrebitsky V.G., Sharonova I.N., 2018

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».