Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54636 Моделирование в биофизике Modelling in biophycis Моделирование в биофизике Modeling of the hippocampus’s neural network with different types of NMDA receptors Моделирование нейронной сети гиппокампа с различными типами рецепторов NMDA Аксенова С. В. Aksenova S. V. kgyr@mail.ru Батова А. С. Batova A. S. Бугай А Н Bugay A N Душанов Э. Б Dushanov E. B. Объединенный институт ядерных исследований Дубна Россия Joint Institute for Nuclear Research Dubna Russian Federation Объединенный институт ядерных исследований Дубна Россия Joint Institute for Nuclear Research Dubna Russian Federation Объединенный институт ядерных исследований ru Joint Institute for Nuclear Research ru Объединенный институт ядерных исследований Дубна Россия Joint Institute for Nuclear Research Dubna Russian Federation 25 06 2021 25 06 2021 6 2 265 268 20 06 2021 20 06 2021 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54636/view

В настоящей работе нами предложен модельный подход для анализа свойств нейронных сетей гиппокампа с различными типами NMDA-рецепторов: GluN1/GluN2A, GluN1/GluN2B, GluN1/GluN2A/GluN2B. Проведены исследования свойств нейронной сети CA3-области гиппокампа с модифицированной структурой NMDA-рецепторов и получены электрофизиологические характеристики модели нейронной сети в зависимости от строения ионного канала рецептора NMDA. Анализ сетевой активности нейронов с различными типами NMDA выявил незначительные изменения проводимости ионного канала и локального потенциала в зависимости от субъединиц, входящих в состав рецептора. В случае модели GluN1/GluN2A NMDA-рецептора в нейронной сети наблюдались уменьшение величины тэта-ритма и рост гамма-ритма по сравнению с нативными формами NMDA-рецептора. Для тригетеромера GluN1/GluN2A/GluN2B не обнаружено значимых изменений в активности нейронной сети по сравнению с GluN1/GluN2B.

In this paper, we have proposed a model for analyzing the properties of neural networks in the hippocampus with different types of NMDA receptors: GluN1/GluN2A, GluN1/GluN2B and GluN1/GluN2A/GluN2B. The properties of the neural network of the hippocampus’s CA3 region with modified structure of NMDA receptors were studied and the electrophysiological characteristics of the neural network model were obtained depending on the structures of the NMDA receptor’s ion channel. Analysis of the network activity of neurons with different types of NMDA revealed insignificant changes in the conductivity of the ion channel and local potential depending on the subunits that make up the receptor. In the case of the GluN1/GluN2A NMDA receptor model, a decrease in the amplitude of theta-rhythm and increase of gamma-rhythm was observed in comparison with the native forms of the NMDA receptor. For the triheteromer GluN1/GluN2A/GluN2B, no significant changes of neural network activity were found in comparison with GluN1/GluN2B.

 гиппокамп рецептор NMDA молекулярная динамика нейронная сеть hippocampus NMDA receptor molecular dynamics neural network Работа выполнена при финансовой поддержке ОМУС ОИЯИ (грант № 21-702-01).

Dingledine R., Borges K., Bowie D., Traynelis S.F. Pharmocological Reviews, 1999, vol. 51, no. 1, pp. 7-62. Dingledine R., Borges K., Bowie D., Traynelis S.F. Pharmocological Reviews, 1999, vol. 51, no. 1, pp. 7-62. Collingridge G.L., Volianskis A., Bannister N., France G., Hanna L., Mercier M., Tidball P., Fang G., Irvine M.W., Costa B. M., Monaghan D.T., Bortolotto Z.A., Molnár E., Lodge D., and Janea D.E. The NMDA receptor as a target for cognitive enhancement. Neuropharmocology, 2013, vol. 64, pp. 13-26. doi: 10.1016/j.neuropharm.2012.06.051 Collingridge G.L., Volianskis A., Bannister N., France G., Hanna L., Mercier M., Tidball P., Fang G., Irvine M.W., Costa B. M., Monaghan D.T., Bortolotto Z.A., Molnár E., Lodge D., and Janea D.E. The NMDA receptor as a target for cognitive enhancement. Neuropharmocology, 2013, vol. 64, pp. 13-26. doi: 10.1016/j.neuropharm.2012.06.051 Kumar A. NMDA Receptor Function During Senescence: Implication on Cognitive Performance. Front. Neurosci., 2015. doi: 10.3389/fnins.2015.00473 Kumar A. NMDA Receptor Function During Senescence: Implication on Cognitive Performance. Front. Neurosci., 2015. doi: 10.3389/fnins.2015.00473 Paoletti P., Bellone C., Zhou Q. NMDA receptor subunit diversity: impact on receptor properties, synaptic plasticity and disease. Nature, 2013, vol. 14, pp. 383-400. doi: 10.1038/nrn3504 Paoletti P., Bellone C., Zhou Q. NMDA receptor subunit diversity: impact on receptor properties, synaptic plasticity and disease. Nature, 2013, vol. 14, pp. 383-400. doi: 10.1038/nrn3504 Dumas TC. Developmental regulation of cognitive abilities: modified composition of a molecular switch turns on associative learning. Prog. Neurobiol., 2005, vol. 76, pp. 189-211. doi: 10.1016/j.pneurobio.2005.08.002 Dumas TC. Developmental regulation of cognitive abilities: modified composition of a molecular switch turns on associative learning. Prog. Neurobiol., 2005, vol. 76, pp. 189-211. doi: 10.1016/j.pneurobio.2005.08.002 Hines M.L., Carnevale N.T. The NEURON simulation environment. Neural Comput., 1997, vol. 9, pp. 1179-1209. doi: 10.1162/neco.1997.9.6.1179 Hines M.L., Carnevale N.T. The NEURON simulation environment. Neural Comput., 1997, vol. 9, pp. 1179-1209. doi: 10.1162/neco.1997.9.6.1179 Neymotin S.A., Lazarewicz M.T., Sherif M., Contreras D., Finkel L.H., Lytton W.W. Ketamine disrupts theta modulation of gamma in a computer model of hippocampus. J. Neurosci., 2011, vol. 31, pp. 11733-11743. Neymotin S.A., Lazarewicz M.T., Sherif M., Contreras D., Finkel L.H., Lytton W.W. Ketamine disrupts theta modulation of gamma in a computer model of hippocampus. J. Neurosci., 2011, vol. 31, pp. 11733-11743. Batova A.S., Bugay A.N., Dushanov E.B. Effect of mutant NMDA receptors on oscillations in a model of Hippocampus. Journal of Bioinformatics and Computational Biology, 2019, vol. 17, no. 01. doi: 10.1142/S0219720019400031 Batova A.S., Bugay A.N., Dushanov E.B. Effect of mutant NMDA receptors on oscillations in a model of Hippocampus. Journal of Bioinformatics and Computational Biology, 2019, vol. 17, no. 01. doi: 10.1142/S0219720019400031 Jahr C., Stevens C. Voltage dependence of NMDA-activated macroscopic conductance predicted by single-channel kinetics. J. Neurosci, 1990, vol. 10, pp. 3178-3182. Jahr C., Stevens C. Voltage dependence of NMDA-activated macroscopic conductance predicted by single-channel kinetics. J. Neurosci, 1990, vol. 10, pp. 3178-3182.