Применение низкочастотной фотостимуляции парвальбуминовых интернейронов для контроля эпилептиформной активности в гиппокампе
- Авторы: Трофимова А.М.1, Постникова Т.Ю.1, Проскурина Е.Ю.1, Зайцев А.В.1
-
Учреждения:
- Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 782-785
- Раздел: Материалы конференции
- URL: https://ogarev-online.ru/2313-1829/article/view/256368
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623342
- ID: 256368
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Низкочастотная электрическая стимуляция мозга используется для подавления судорожной активности у людей с резистентными формами эпилепсии [1]. Низкочастотная стимуляция определенных типов клеток, например, оптогенетическая активация тормозных парвальбуминовых (PV) интернейронов, может рассматриваться как перспективный метод лечения резистентных форм эпилепсии [2]. В данной работе мы исследовали влияние фотостимуляции PV-интернейронов на эпилептиформную активность в гиппокампе и энторинальной коре мозга мыши.
Работа была выполнена на 4-месячных мышах B6.129P2-Pvalbtm1(cre)Arbr/J (JacksonLab), экспрессирующих Cre-рекомбиназу в PV-интернейронах. Мышам по стереотаксическим координатам (AP: -4 мм, ML: 3,5 мм, DV: -3,5 мм) вводили аденоассоциированный вирусный конструкт (AAV9-EF1a-DIO-hChR2(H134R)-mCherry), несущий ген каналородопсина 2-го типа (ChR2), в поле СА1 гиппокампа на границе с энторинальной корой. Эксперименты проводили через 4–5 недель на переживающих срезах головного мозга. Активацию интернейронов, экспрессирующих ChR2, проводили светом с длинной волны 470 нм с использованием лазерного диод-волоконного источника света. Эпилептиформную активность вызывали в срезе аппликацией проэпилептического раствора с 4-аминопиридином (100 мкМ). Биофизические свойства нейронов регистрировали методом патч-кламп в конфигурации целая клетка. Эпилептиформную активность в срезе регистрировали методом отведения полевых потенциалов.
Мы определили оптимальную частоту и длительность фотостимуляции, воздействующую на эпилептоподобную активность в гиппокампе мышей. Мы проверили, как фотостимуляция PV интернейронов влияет на пирамидальные нейроны в гиппокампе, используя метод патч-клампа. Оценивались следующие параметры: интенсивность, продолжительность и частота фотостимуляции PV интернейронов в нормальных условиях. Так, при низкой частоте фотостимуляции мы наблюдали синхронизированные ответы пирамидальных клеток. А оптимальная длительность фотостимуляции не должна была превышать 25 мс. Затем мы решили проверить, как выбранные параметры фотостимуляции влияют на судорожную активность в срезе. Для этого мы использовали метод регистрации полевых потенциалов. В поле СА1 гиппокампа фотостимуляция с частотой 1 Гц и длительностью световой вспышки 10 мс вызывала регулярную интериктальную активность. Эта индуцированная интериктальная активность полностью подавляла возникновение иктальных разрядов в срезе мозга. После прекращения фотостимуляции частота собственных эпилептоподобных событий в поле СА1 гиппокампа сокращалась в сравнении с достимуляционным уровнем.
Нами было обнаружено, что фотостимуляция PV-интернейронов приводит к возникновению разрядов в ответ на выключение света, что свидетельствует о синхронной активации пирамидных нейронов. Низкие частоты фотостимуляции PV-интернейронов более эффективны для модулирования эпилептиформной активности в поле СА1 гиппокампа. Использование низкочастотной оптогенетической стимуляции PV-интернейронов представляется перспективным подходом в контроле и подавлении судорожной активности.
Ключевые слова
Полный текст
Низкочастотная электрическая стимуляция мозга используется для подавления судорожной активности у людей с резистентными формами эпилепсии [1]. Низкочастотная стимуляция определённых типов клеток, например оптогенетическая активация тормозных парвальбуминовых (PV) интернейронов, может рассматриваться как перспективный метод лечения резистентных форм эпилепсии [2]. В данной работе мы исследовали влияние фотостимуляции PV-интернейронов на эпилептиформную активность в гиппокампе и энторинальной коре мозга мыши.
Работа выполнена на 4-месячных мышах B6.129P2-Pvalbtm1(cre)Arbr/J (The Jackson Laboratory, США), экспрессирующих Cre-рекомбиназу в PV-интернейронах. Мышам по стереотаксическим координатам (AP: –4 мм, ML: 3,5 мм, DV: –3,5 мм) вводили аденоассоциированный вирусный конструкт (AAV9-EF1a-DIO-hChR2(H134R)-mCherry), несущий ген каналородопсина 2-го типа (ChR2), в поле СА1 гиппокампа на границе с энторинальной корой. Эксперименты проводили через 4–5 нед на переживающих срезах головного мозга. Активацию интернейронов, экспрессирующих ChR2, проводили светом с длиной волны 470 нм с использованием лазерного диод-волоконного источника света. Эпилептиформную активность вызывали в срезе аппликацией проэпилептического раствора с 4-аминопиридином (100 мкМ). Биофизические свойства нейронов регистрировали методом «пэтч-кламп» в конфигурации «целая клетка», эпилептиформную активность в срезе — методом отведения полевых потенциалов.
Мы определили оптимальную частоту и длительность фотостимуляции, воздействующую на эпилептоподобную активность в гиппокампе мышей. Мы проверили, как фотостимуляция PV-интернейронов влияет на пирамидальные нейроны в гиппокампе, используя метод патч-кламп. Оценивали следующие параметры: интенсивность, продолжительность и частота фотостимуляции PV-интернейронов в нормальных условиях. Так, при низкой частоте фотостимуляции мы наблюдали синхронизированные ответы пирамидальных клеток. А оптимальная длительность фотостимуляции не должна была превышать 25 мс. Затем мы решили проверить, как выбранные параметры фотостимуляции влияют на судорожную активность в срезе. Для этого мы использовали метод регистрации полевых потенциалов. В поле СА1 гиппокампа фотостимуляция с частотой 1 Гц и длительностью световой вспышки 10 мс вызывала регулярную интериктальную активность. Эта индуцированная интериктальная активность полностью подавляла возникновение иктальных разрядов в срезе мозга. После прекращения фотостимуляции частота собственных эпилептоподобных событий в поле СА1 гиппокампа сокращалась в сравнении с достимуляционным уровнем.
Нами обнаружено, что фотостимуляция PV-интернейронов приводит к возникновению разрядов в ответ на выключение света, что свидетельствует о синхронной активации пирамидных нейронов. Низкие частоты фотостимуляции PV-интернейронов более эффективны для модулирования эпилептиформной активности в поле СА1 гиппокампа. Использование низкочастотной оптогенетической стимуляции PV-интернейронов представляется перспективным подходом в контроле и подавлении судорожной активности.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).
Источник финансирования. Работа поддержана грантом Российского научного фонда № 23-25-00427.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Об авторах
А. М. Трофимова
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: alina.trofimova1132@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Т. Ю. Постникова
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: alina.trofimova1132@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Е. Ю. Проскурина
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: alina.trofimova1132@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
А. В. Зайцев
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: alina.trofimova1132@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
- Lim S.N., Lee C.Y., Lee S.T., et al. Low and high frequency hippocampal stimulation for drug-resistant mesial temporal lobe epilepsy // Neuromodulation. 2016. Vol. 19, N 4. P. 365–372. doi: 10.1111/ner.12435
- Proskurina E.Y., Chizhov A.V., Zaitsev A.V. Optogenetic low-frequency stimulation of principal neurons, but not parvalbumin-positive interneurons, prevents generation of ictal discharges in rodent entorhinal cortex in an in vitro 4-aminopyridine model // Int J Mol Sci. 2022. Vol. 24, N 1. P. 195. doi: 10.3390/ijms24010195
Дополнительные файлы
