Учёные из Института биоорганической химии РАН под руководстовм членкора РАН Алексея Семьянова исследовали эффект тонического торможения, оказываемого нейропередатчиком гамма-аминомасляной кислотой (ГАМК), на различные формы синаптической пластичности в мозге. Статья опубликована в Journal of Neuroscience.
Нейроны в головном мозге связаны между собой синапсами, в которых информация передается посредством нейромедиаторов. Изменения в эффективности синаптической прередачи называются синаптической пластичностью и лежат в основе обучения и памяти. Синаптическая пластичность возникает в ответ на разные комбинации активности нейронов, связанных между собой синапсами.
Предполагается что разные формы синаптической пластичности могут быть связаны с различными видами памяти – пространственной, ассоциативной и другими. В новой работе ученые исследовали два вида долговременной синаптической потенциации (усиления). Одна потенциация вызывалась повторениями пачечной стимуляции на частоте тета-ритма (тета-бёрст-стимуляция). Такая потенциация может быть связана с пространственной памятью. Вторая потенциация вызывалась ассоциацией пресинаптического и постсинаптического потенциалов действия (пластичность, зависящая от времени спайка). Она может быть связана с ассоциативной памятью.
Исследователи изучили влияние торможения опосредованного внесинаптическими ГАМК-рецепторами на два вида синаптической потенциации. Это торможение также называют тоническим, так как оно опосредовано постоянно присутствующем во внеклеточном пространстве небольшим количеством ГАМК. Эта ГАМК «вытекает» за пределы синаптической щели ГАМКергических синапсов и высвобождается астроцитами. Связываясь с внесинаптическими рецепторами нейронов, ГАМК опосредует постоянную мембранную проводимость, величина которой меняется от уровня активности нейронной сети или под действием эндогенных и экзогенных факторов.
К таким эндогенным факторам относятся, например, половые гормоны. В частности, прогестерон превращается в мозге в аллопрегнанолон, который усиливает тонический ток. Поскольку уровень прогестерона меняется в крови во время месячного цикла и беременности, то изменяется и тонический ток в нейронах. К экзогенным факторам относятся седативные и антиэпилептические препараты, а также алкоголь. Все эти вещества могут селективно влиять на различные виды памяти.
Представленная работа объясняет клеточные механизмы феномена, при котором различные виды синаптической пластичности по-разному подавляются тонической ГАМКергической проводимостью. Авторы демонстрируют, что потенциация, вызванная тета-бёрст-стимуляцией подавляется, а потенциация, зависящая от времени спайка, сохраняется при увеличении внеклеточной концентрации ГАМК. Этот феномен в природе может иметь адаптивное значение. Он также представляет большой интерес с точки зрения фармакологии, объясняя побочные действия различных лекарств на память. На базе нового исследования могут быть разработаны методы комбинированной терапии, позволяющие избежать или снизить данные побочные эффекты.
Исследование было поддержано грантом Российского фонда фундаментальных исследований.
Текст: Neuronovosti.RuTonic GABAA conductance favors spike-timing-dependent over theta-burst-induced long-term potentiation in the hippocampusYulia Dembitskaya, Yu-Wei Wu, Alexey SemyanovJournal of Neuroscience 23 April 2020, JN-RM-2118-19; DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2118-19.2020