Анализ состояния глутамат- и гамкергических нейронов нижних бугров четверохолмия крыс линии Крушинского – Молодкиной на ранних этапах эпилептогенеза

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Нарушения в работе нейромедиаторных систем при моделировании развития височной эпилепсии наиболее детально изучены в структурах переднего мозга – в височной коре, амигдале и гиппокампе. Известно, что в ходе формирования височной эпилепсии в модели аудиогенного киндлинга наблюдается распространение эпилептиформной активности из стволовых отделов в вышележащие отделы мозга. Однако молекулярные механизмы нарушения регуляции нейротрансмиссии в нижних буграх четверохолмия у грызунов с генетической предрасположенностью к аудиогенным судорожным припадкам в ходе эпилептогенеза остаются неизученными. Изменения в работе нейромедиаторных систем нижних бугров четверохолмия на начальных этапах эпилептогенеза может вносить существенный вклад в эпилептизацию структур переднего мозга. В настоящей работе проведен комплексный анализ маркеров активности глутамат- и ГАМКергических нейронов в нижних буграх четверохолмия крыс Крушинского – Молодкиной (КМ), генетически предрасположенных к аудиогенным судорожным припадкам. Для моделирования ранних этапов развития височной парциальной эпилепсии был использован модифицированный протокол аудиогенного киндлинга, в ходе которого крыс подвергали ежедневным аудиогенным судорожным припадкам в течение семи дней. В качестве контроля использовали наивных крыс КМ. Несмотря на то, что предрасположенность к аудиогенным судорожным припадкам у грызунов часто связывают с нарушениями в ГАМКергической передаче сигнала, нам не удалось выявить значимых изменений в экспрессии ферментов синтеза ГАМК и субъединицы α1 GABAA-рецептора у крыс линии КМ ни через сутки, ни через неделю после завершения последнего судорожного припадка. При этом через сутки после завершения эксперимента наблюдалось усиление глутаматергической трансмиссии в нижних буграх четверохолмия: повышался уровень активности ERK1/2-киназ и белка экзоцитоза синапсина 1, а также экспрессия VGLUT1 и VGLUT2 и синаптического белка SV2B. Через неделю после последнего припадка наблюдалось только повышенное содержание VGLUT1 в нижних буграх четверохолмия, это свидетельствует о том, что устойчивые изменения затрагивают нейроны вышележащих структур, в частности, височной коры.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Д. Николаева

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: sveta.nikolaeva@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Л. С. Никитина

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

Email: sveta.nikolaeva@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

М. В. Глазова

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

Email: sveta.nikolaeva@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

В. Т. Бахтеева

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

Email: sveta.nikolaeva@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Е. В. Черниговская

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

Email: sveta.nikolaeva@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Reynolds EH (1987) Early treatment and prognosis of epilepsy. Epilepsia 28: 97–106. https://doi.org/10.1111/j.1528-1157.1987.tb03633.x
  2. Del Felice A, Beghi E, Boero G, La Neve A, Bogliun G, De Palo A, Specchio LM (2010) Early versus late remission in a cohort of patients with newly diagnosed epilepsy. Epilepsia 51: 37–42. https://doi.org/10.1111/j.1528-1167.2009.02141.x
  3. Su L, Di Q, Kwan P, Yu N, Zhang Y, Hu Y, Gao L (2013) Prediction for relapse and prognosis of newly diagnosed epilepsy. Acta Neurol Scand 127: 141–147. https://doi.org/10.1111/j.1600-0404.2012.01711.x
  4. Kandratavicius L, Balista PA, Lopes-Aguiar C, Ruggiero RN, Umeoka EH, Garcia-Cairasco N, Bueno-Junior LS, Leite JP (2014) Animal models of epilepsy: use and limitations. Neuropsychiatr Dis Treat 10: 1693–1705. https://doi.org/10.2147/NDT.S50371
  5. Millan MH, Meldrum BS, Boersma CA, Faingold CL (1988) Excitant amino acids and audiogenic seizures in the genetically epilepsy-prone rat. II. Efferent seizure propagating pathway. Exp Neurol 99: 687–698. https://doi.org/10.1016/0014-4886(88)90185-9
  6. Faingold CL (1999) Neuronal networks in the genetically epilepsy-prone rat. Adv Neurol 79: 311–321.
  7. Garcia-Cairasco N (2002) A critical review on the participation of inferior colliculus in acoustic-motor and acoustic-limbic networks involved in the expression of acute and kindled audiogenic seizures. Hear Res 168: 208–222. https://doi.org/10.1016/s0378-5955(02)00371-4
  8. Simler S, Vergnes M, Marescaux C (1999) Spatial and temporal relationships between C-Fos expression and kindling of audiogenic seizures in Wistar rats. Exp Neurol 157: 106–119. https://doi.org/10.1006/exnr.1999.7036
  9. Willott JF, Lu SM (1980) Midbrain pathways of audiogenic seizures in DBA/2 mice. Exp Neurol 70: 288–299. https://doi.org/10.1016/0014-4886(80)90028-x
  10. Chakravarty DN, Faingold CL (1999) Differential roles in the neuronal network for audiogenic seizures are observed among the inferior colliculus subnuclei and the amygdala. Exp Neurol 157: 135–141. https://doi.org/10.1006/exnr.1999.7047
  11. Browning RA, Wang C, Nelson DK, Jobe PC (1999) Effect of precollicular transection on audiogenic seizures in genetically epilepsy-prone rats. Exp Neurol 155: 295–301. https://doi.org/10.1006/exnr.1998.6981
  12. Naritoku DK, Mecozzi LB, Aiello MT, Faingold CL (1992) Repetition of audiogenic seizures in genetically epilepsy-prone rats induces cortical epileptiform activity and additional seizure behaviors. Exp Neurol 115: 317–324. https://doi.org/10.1016/0014-4886(92)90197-x
  13. Vinogradova LV (2017) Audiogenic kindling and secondary subcortico-cortical epileptogenesis: Behavioral correlates and electrographic features. Epilepsy Behav 71: 142–153. https://doi.org/10.1016/j.yebeh.2015.06.014
  14. Семиохина АФ, Федотова ИВ, Полетаева ИИ (2006) Крысы линии Крушинского – Молодкиной: исследования аудиогенной эпилепсии, сосудистой патологии и поведения. Журн высш нерв деят им ИП Павлова 56: 298–316. [Semiokhina AF, Fedotova IB, Poletaeva II (2006) Rats of Krushinsky – Molodkina strain: studies of audiogenic epilepsy, vascular pathology, and behavior. Zh Vyssh Nerv Deiat im IP Pavlova 56: 298–316. (In Russ)].
  15. Kulikov AA, Naumova AA, Dorofeeva NA, Ivlev AP, Glazova MV, Chernigovskaya EV (2022) Dynamics of neurodegeneration in the hippocampus of Krushinsky – Molodkina rats correlates with the progression of limbic seizures. Epilepsy Behav 134: 108846. https://doi.org/10.1016/j.yebeh.2022.108846
  16. Александрова ЕП, Ивлев АП, Куликов АА, Никитина ЛС, Глазова МВ, Черниговская ЕВ (2023) Хронические нарушения регуляции глутаматергической трансмиссии в гиппокампе крыс линии Крушинского – Молодкиной, вызванные многократными судорожными припадками. Журн эвол биохим физиол 59: 427–440. [Aleksandrova EP, Ivlev AP, Kulikov AA, Nikitina LS, Glazova MV, Chernigovskaya EV (2023) Chronic dysregulation of glutamatergic transmission in the hippocampus of Krushinsky – Molodkina rats caused by repeated convulsive seizures. J Evol Biochem Physiol 59: 427–440. https://doi.org/10.31857/S0044452923050029
  17. Ross KC, Coleman JR (2000) Developmental and genetic audiogenic seizure models: behavior and biological substrates. Neurosci Biobehav Rev 24: 639–653.
  18. Li SY, Xu DS, Jia HT (2003) AGS-induced expression of Narp is concomitant with expression of AMPA receptor subunits GluR1 and GluR2 in hippocampus but not inferior colliculus of P77PMC rats. Neurobiol Dis 14: 328–335. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2003.08.010
  19. Vinogradova LV (2008) Audiogenic kindling in Wistar and WAG/Rij rats: kindling-prone and kindling-resistant subpopulations. Epilepsia 49: 1665–1674. https://doi.org/10.1111/j.1528-1167.2008.01617.x
  20. Shiraishi S, Shiraishi Y, Oliver DL, Altschuler RA (2001) Expression of GABA(A) receptor subunits in the rat central nucleus of the inferior colliculus. Brain Res Mol Brain Res 96: 122–132. https://doi.org/10.1016/s0169-328x(01)00282-0
  21. Farrant M, Kaila K (2007) The cellular, molecular and ionic basis of GABAA receptor signalling. Elsevier 160: 59–87. https://doi.org/10.1016/S0079-6123(06)60005-8
  22. Watanabe M, Fukuda A (2015) Development and regulation of chloride homeostasis in the central nervous system. Front Cell Neurosci 9: 371. https://doi.org/10.3389/fncel.2015.00371
  23. Doyle S, Pyndiah S, De Gois S, Erickson JD (2010) Excitation-transcription coupling via calcium/calmodulin-dependent protein kinase/ERK1/2 signaling mediates the coordinate induction of VGLUT2 and Narp triggered by a prolonged increase in glutamatergic synaptic activity. J Biol Chem 285: 14366–14376. https://doi.org/10.1074/jbc.M109.080069
  24. Hung KL, Wang CC, Wang SJ (2011) Cellular mechanisms of acute decrease of glutamate release induced by raloxifene in rat cerebral cortex. Neuropharmacology 61: 293–304. https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2011.04.016
  25. Lin TY, Lu CW, Huang SK, Wang SJ (2012) Curcumin inhibits glutamate release from rat prefrontal nerve endings by affecting vesicle mobilization. Int J Mol Sci 13: 9097–9109. https://doi.org/10.3390/ijms13079097
  26. Yamagata Y, Kaneko K, Kase D, Ishihara H, Nairn AC, Obata K, Imoto K (2013) Regulation of ERK1/2 mitogen-activated protein kinase by NMDA-receptor-induced seizure activity in cortical slices. Brain Res 1507: 1–10. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2013.02.015
  27. Crèvecoeur J, Kaminski RM, Rogister B, Foerch P, Vandenplas C, Neveux M, Mazzuferi M, Kroonen J, Poulet C, Martin D, Sadzot B, Rikir E, Klitgaard H, Moonen G, Deprez M (2014) Expression pattern of synaptic vesicle protein 2 (SV2) isoforms in patients with temporal lobe epilepsy and hippocampal sclerosis. Neuropathol Appl Neurobiol 40(2): 191–204. https://doi.org/10.1111/nan.12054.
  28. Pazarlar BA, Aripaka SS, Petukhov V, Pinborg L, Khodosevich K, Mikkelsen J (2022) Expression profile of synaptic vesicle glycoprotein 2A, B, and C paralogues in temporal neocortex tissue from patients with temporal lobe epilepsy (TLE). Mol Brain 15: 45. https://doi.org/10.1186/s13041-022-00931-w
  29. Kilb W (2021) When Are Depolarizing GABAergic Responses Excitatory? Front Mol Neurosci 14: 747835. https://doi.org/10.3389/fnmol.2021.747835
  30. Wang Y, Wang Y, Chen Z (2018) Double-edged GABAergic synaptic transmission in seizures: The importance of chloride plasticity. Brain Res 1701: 126–136. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2018.09.008
  31. Kourdougli N, Pellegrino C, Renko JM, Khirug S, Chazal G, Kukko-Lukjanov TK, Lauri SE, Gaiarsa JL, Zhou L, Peret A, Castren E, Tuominen RK, Crepel V, Rivera C (2017) Depolarizing gamma-aminobutyric acid contributes to glutamatergic network rewiring in epilepsy. Ann Neurol 81: 251–265. https://doi.org/10.1002/ana.24870
  32. Ribak CE (2017) An abnormal GABAergic system in the inferior colliculus provides a basis for audiogenic seizures in genetically epilepsy-prone rats. Epilepsy Behav 71: 160–164. https://doi.org/10.1016/j.yebeh.2015.02.024
  33. Solius GM, Revishchin AV, Pavlova GV, Poletaeva II (2016) Audiogenic epilepsy and GABAergic system of the colliculus inferior in Krushinsry – Molodkina rats Dokl Biochem Biophys 466: 32–34. https://doi.org/10.1134/S1607672916010099
  34. Черниговская ЕВ, Дорофеева НА, Лебеденко ОО, Николаева СД, Наумова АА, Лаврова ЕА, Глазова МВ (2019) Нейрохимическая организация нижних бугров четверохолмия у аудиогенных крыс Крушинского – Молодкиной в период развития предрасположенности к судорогам. Рос физиол журн им ИМ Сеченова 105: 724–741. [Chernigovskaya EV, Dorofeeva NA, Lebedenko OO, Nikolaeva SD, Naumova AA, Lavrova EA, Glazova MV (2019) Neurochemical Organization of the Inferior Colliculus in Audiogenic Krushinsky – Molodkina Rats During Development of Seizure Susceptibility. Russ J Physiol 105: 724–741. (In Russ)]. https://doi.org/10.1134/S0869813919060013
  35. Bandara SB, Eubig PA, Sadowski RN, Schantz SL (2016) Developmental PCB Exposure Increases Audiogenic Seizures and Decreases Glutamic Acid Decarboxylase in the Inferior Colliculus. Toxicol Sci 149: 335–345. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfv237
  36. Tillman L, Zhang J (2019) Crossing the Chloride Channel: The Current and Potential Therapeutic Value of the Neuronal K(+)-Cl(-) Cotransporter KCC2. Biomed Res Int 2019: 8941046. https://doi.org/10.1155/2019/8941046
  37. Sen A, Martinian L, Nikolic M, Walker MC, Thom M, Sisodiya SM (2007) Increased NKCC1 expression in refractory human epilepsy. Epilepsy Res 74: 220–227. https://doi.org/10.1016/j.eplepsyres.2007.01.004
  38. Schulte JT, Wierenga CJ, Bruining H (2018) Chloride transporters and GABA polarity in developmental, neurological and psychiatric conditions. Neurosci Biobehav Rev 90: 260–271. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2018.05.001
  39. Prieto-Martin AI, Aroca-Aguilar JD, Sanchez-Sanchez F, Munoz LJ, Lopez DE, Escribano J, de Cabo C (2017) Molecular and neurochemical substrates of the audiogenic seizure strains: The GASH:Sal model. Epilepsy Behav 71: 218–225. https://doi.org/10.1016/j.yebeh.2015.05.025
  40. Karlocai MR, Wittner L, Toth K, Magloczky Z, Katarova Z, Rasonyi G, Eross L, Czirjak S, Halasz P, Szabo G, Payne JA, Kaila K, Freund TF (2016) Enhanced expression of potassium-chloride cotransporter KCC2 in human temporal lobe epilepsy. Brain Struct Funct 221: 3601–3615. https://doi.org/10.1007/s00429-015-1122-8
  41. Ito T, Oliver DL (2010) Origins of Glutamatergic Terminals in the Inferior Colliculus Identified by Retrograde Transport and Expression of VGLUT1 and VGLUT2 Genes. Front Neuroanat 4: 135. https://doi.org/10.3389/fnana.2010.00135
  42. Chernigovskaya EV, Korotkov AA, Dorofeeva NA, Gorbacheva EL, Kulikov AA, Glazova MV (2019) Delayed audiogenic seizure development in a genetic rat model is associated with overactivation of ERK1/2 and disturbances in glutamatergic signaling. Epilepsy Behav 99: 106494. https://doi.org/10.1016/j.yebeh.2019.106494
  43. Bajjalieh SM, Frantz GD, Weimann JM, McConnell SK, Scheller RH (1994) Differential expression of synaptic vesicle protein 2 (SV2) isoforms. J Neurosci 14: 5223–5235. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.14-09-05223.1994
  44. Gronborg M, Pavlos NJ, Brunk I, Chua JJ, Munster-Wandowski A, Riedel D, Ahnert-Hilger G, Urlaub H, Jahn R (2010) Quantitative comparison of glutamatergic and GABAergic synaptic vesicles unveils selectivity for few proteins including MAL2, a novel synaptic vesicle protein. J Neurosci 30: 2–12. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4074-09.2010

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Анализ белков, участвующих в ГАМКергической нейротрансмиссии в НБЧ крыс линии КМ после 7-дневного киндлинга: экспрессия мРНК GAD67 (a) и GAD65 (b) в НБЧ у наивных животных и у крыс через 24 ч и через 7 дней после киндлинга не отличалась; Вестерн-блот анализ не выявил изменений в содержании белков GAD65 и GAD67 в НБЧ у крыс КМ через 24 ч после киндлинга (c, f); экспрессия мРНК α1-субъединицы рецептора GABAA в НБЧ у наивных животных и через 24 ч после киндлинга не отличалась (d); Вестерн-блот анализ не выявил изменений в содержании α1-субъединицы рецептора GABAA через 24 ч и через 7 суток после киндлинга (e, f). Репрезентативные изображения иммуноблота (f). Графики результатов анализа ПЦР в реальном времени показывают изменение экспрессии мРНК по сравнению с наивными животными. Значения нормированы на среднее геометрическое референсных генов. Графики результатов Вестерн-блот анализа показывают оптическую плотность иммунопозитивного вещества, произвольные единицы (a. u.). Данные представлены как среднее ± SEM.

Скачать (184KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Анализ котранспортеров Cl- в НБЧ крыс линии КМ после 7-дневного киндлинга: содержание мРНК NKCC1 (a) и мРНК KCC2 (b) в НБЧ у наивных животных через 24 ч и через 7 суток после киндлинга не отличалось; содержание белка NKCC1 (c, d, e) и KCC2 (f, g, j, k) в НБЧ у наивных животных через 24 ч и через 7 суток после киндлинга не отличалось; содержание фосфорилированного KCC2 увеличивалось через сутки после киндлинга (h, j); содержание общего белка KCC2 в НБЧ у наивных животных через 24 ч и через 7 суток после киндлинга не отличалось (i, k). Репрезентативные изображения иммуноблота (e, j, k). Графики результатов анализа ПЦР в реальном времени показывают изменение экспрессии мРНК по сравнению с наивными животными. Значения нормированы на среднее геометрическое референсных генов. Графики результатов Вестерн-блот анализа показывают оптическую плотность иммунопозитивного вещества, произвольные единицы (a. u.). Данные представлены как среднее ± SEM. * р < 0.05 по сравнению с контролем.

Скачать (268KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Анализ содержания транспортеров глутамата VGLUT1 и VGLUT2 в НБЧ крыс линии КМ после 7-дневного киндлинга: содержание белков VGLUT2 и VGLUT1 оценивали по оптической плотности VGLUT1 (a); VGLUT2 (i) иммунореактивного вещества на гистологических препаратах НБЧ. Репрезентативные изображения НБЧ: VGLUT1 (b); VGLUT2 (j). Также оценку содержания везикулярных транспортеров проводили методом Вестерн-блот анализа: VGLUT1 (c, d); VGLUT2 (f, g). Графики показывают оптическую плотность иммунопозитивного вещества, произвольные единицы (a. u.). Репрезентативные изображения иммуноблотов (e) и (h) соответственно. Данные представлены как среднее ± SEM. * – р < 0.05 по сравнению с контролем.

Скачать (505KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Анализ содержания фосфо-ERK1/2 в НБЧ крыс линий КМ после 7-дневного киндлинга. На графиках представлены результаты Вестерн-блот анализа фосфорилированного (a) и общего белка ERK1/2 (b) в НБЧ наивных крыс линии КМ и через 24 ч после окончания последнего припадка. Графики показывают увеличение оптической плотности фосфо-ERK1/2-киназ, произвольные единицы (a. u.). Репрезентативные изображения иммуноблотов (c). Иммуногистохимическим методом показано увеличение числа фосфо-ERK1/2 иммунопозитивных клеток в НБЧ крыс линии КМ через 24 ч после киндлинга (d). Репрезентативные изображения фосфо-ERK1/2–иммунореактивного вещества на гистологических препаратах НБЧ (e). Данные представлены как среднее ± SEM. *р < 0.05 по сравнению с контролем, ** p ˂ 0.01 отличия между группами крыс, декапитированных через сутки и через 7 дней после последнего припадка.

Скачать (223KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Анализ содержания синаптических белков синапсина 1, SV2A и SV2B в НБЧ крыс линии КМ после 7-дневного киндлинга. На графиках представлены результаты Вестерн-блот анализа фосфорилированного (a) и общего белка синапсина 1 (b, c), SV2A (d, f) и SV2B (e, f) в НБЧ наивных крыс линии КМ и через 24 ч после киндлинга. Графики показывают оптическую плотность иммунопозитивного вещества, произвольные единицы (a. u.). Репрезентативное изображение иммуноблотов (f). Данные представлены как среднее ± SEM. *р < 0.05 по сравнению с контролем.

Скачать (146KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024