Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 83231 10.29039/rusjbpc.2023.0602 МОДЕЛИРОВАНИЕ В БИОФИЗИКЕ И БИОИНФОРМАТИКА MODELLING IN BIOPHYCIS AND BIOINFORMATISC МОДЕЛИРОВАНИЕ В БИОФИЗИКЕ И БИОИНФОРМАТИКА EFFECT OF OXIDATIVE STRESS ON THE FUNCTIONING OF GLUTAMATE RECEPTORS IN THE HIPPOCAMPUS ВЛИЯНИЕ ОКСИДАТИВНОГО СТРЕССА НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ГЛУТАМАТНЫХ РЕЦЕПТОРОВ ГИППОКАМПА 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 Дубна Россия Joint Institute for Nuclear Research Dubna Russian Federation Объединенный институт ядерных исследований Дубна Россия Joint Institute for Nuclear Research Dubna Russian Federation 21 05 2024 21 05 2024 8 2 151 158 15 07 2023 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/83231/view

В настоящей работе предложен модельный подход для анализа свойств нейронных сетей гиппокампа, содержащих модифицированные глутаматные рецепторы. Было проведено молекулярно-динамическое моделирование рецепторов NMDA и AMPA, содержащих в своей структуре повреждения, вызванные действием свободных радикалов. Изучение сетевой активности нейронов с измененной структурой рецепторов проводилось в модели нейронныой сети CA3 области гиппокампа. В результате исследования свойств нейронной сети гиппокампа с модифицированной структурой глутаматных рецепторов получены электрофизиологические характеристики известной модели нейронной сети в зависимости от строения ионного канала рецептора. Исходя из анализа изменения проводимостей ионного канала были выявлены различия в амплитуде тета- и гамма-частотных диапазонов в нейронных сетях с различными модельными структурами AMPA- и NMDA-рецепторов. В ходе анализа сетевой активности нейронов были выявлены изменения проводимости ионного канала глутаматных рецепторов и локального потенциала в зависимости от типа повреждения. При значительном снижении проводимости ионного канала глутаматного рецептора в нейронной сети наблюдается падение амплитуды тета-частотных и возрастание гамма-частотных диапазонов. В случае повреждения TYR731 и CYS765 NMDA-рецептора в нейронной сети имеет место увеличение амплитуды тета- и гамма-частотных диапазонов. :

. In this work, we propose a model approach for analysis of the properties of hippocampal neural networks containing modified glutamate receptors. Molecular dynamics modeling of NMDA and AMPA receptors containing damage caused by the action of free radicals was carried out. The study of network activity of neurons with altered receptor structure was carried out in models of neural network CA3 of the hippocampus region. As a result of studying the properties of the neural network of the hippocampus with a modified structure of glutamate receptors, the electrophysiological characteristics of the known model of neural networks were obtained depending on the structure of the ion channel of the receptor. Based on the analysis of changes in the conductance of the ion channel, differences in the amplitude of the theta and gamma frequency ranges in neural networks with different model structures of AMPA and NMDA receptors were revealed. During the analysis of the network activity of neurons, changes in the conductance of the ion channel of glutamate receptors and local potential were revealed depending on the type of damage. With a significant decrease in the conductivity of the ion channel of the glutamate receptor in the neural network, a decrease in the amplitude of the theta-frequency and an increase in the gamma-frequency ranges is observed. In the case of damage to the TYR731 and CYS765 NMDA receptor in the neural network, an increase in the amplitude of the theta and gamma frequency ranges takes place.

 гиппокамп рецептор NMDA болезнь Альцгеймера молекулярная динамика нейронная сеть hippocampus NMDA receptor Alzheimer’s disease molecular dynamics neural network

Sosa M., Gillespie A.K., Loren M., Frank L.M. Neural Activity Patterns Underlying Spatial Coding in the Hippocampus. Curr Top Behav Neurosci., 2018, vol. 37, pp. 43-100, doi: 10.1007/7854_2016_462. Sosa M., Gillespie A.K., Loren M., Frank L.M. Neural Activity Patterns Underlying Spatial Coding in the Hippocampus. Curr Top Behav Neurosci., 2018, vol. 37, pp. 43-100, doi: 10.1007/7854_2016_462. Cravens C.J., Vargas-Pinto N., Christian K.M., Nakazawa K. CA3 NMDA receptors are crucial for rapid and automatic representation of context memory. EJN, 2006, vol. 24, pp. 1771-1780, doi: 10.1111/j.1460-9568.2006.05044.x. Cravens C.J., Vargas-Pinto N., Christian K.M., Nakazawa K. CA3 NMDA receptors are crucial for rapid and automatic representation of context memory. EJN, 2006, vol. 24, pp. 1771-1780, doi: 10.1111/j.1460-9568.2006.05044.x. Huang S., Chen L., Bladen Chr., Stys P.K., Zamponi G.W. Differential modulation of NMDA and AMPA receptors by cellular prion protein and copper ions. Molecular Brain, 2018, vol. 11, no. 62, doi: 10.1186/s13041-018-0406-3. Huang S., Chen L., Bladen Chr., Stys P.K., Zamponi G.W. Differential modulation of NMDA and AMPA receptors by cellular prion protein and copper ions. Molecular Brain, 2018, vol. 11, no. 62, doi: 10.1186/s13041-018-0406-3. Flores-Soto M.E., Chaparro-Huerta V., Escoto-Delgadillo M., Vazquez-Valls E., González-Castañeda R.E., Beas-Zarate C. Structure and function of NMDA-type glutamate receptor subunits. Neurología, 2012, vol. 27, no. 5, pp. 301-310, doi: 10.1016/j.nrleng.2011.10.003. Flores-Soto M.E., Chaparro-Huerta V., Escoto-Delgadillo M., Vazquez-Valls E., González-Castañeda R.E., Beas-Zarate C. Structure and function of NMDA-type glutamate receptor subunits. Neurología, 2012, vol. 27, no. 5, pp. 301-310, doi: 10.1016/j.nrleng.2011.10.003. Wang C.C. et al. A critical role for GluN2B-containing NMDA receptors in cortical development and function. Neuron, 2011, vol. 72, pp. 789-805, doi: 10.1016/j.neuron.2011.09.023. Wang C.C. et al. A critical role for GluN2B-containing NMDA receptors in cortical development and function. Neuron, 2011, vol. 72, pp. 789-805, doi: 10.1016/j.neuron.2011.09.023. 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. Blanke M.L., VanDongen A.M.J. Activation Mechanisms of the NMDA Receptor. Biology of the NMDA Receptor, 2009, chap. 13. Blanke M.L., VanDongen A.M.J. Activation Mechanisms of the NMDA Receptor. Biology of the NMDA Receptor, 2009, chap. 13. Sahoo N., Hoshi T., Heinemann S.H. Oxidative Modulation of Voltage-Gated Potassium Channels. Antioxid Redox Signal., 2014, vol. 21, no. 6, pp. 933-952, doi: 10.1089/ars.2013.5614. Sahoo N., Hoshi T., Heinemann S.H. Oxidative Modulation of Voltage-Gated Potassium Channels. Antioxid Redox Signal., 2014, vol. 21, no. 6, pp. 933-952, doi: 10.1089/ars.2013.5614. Neymotin S.A. et al. Ketamine disrupts theta modulation of gamma in a computer model of hippocampus. J. Neurosci., 2011, vol. 31, pp. 11733-11743, doi: 10.1523/JNEUROSCI.0501-11.2011. Neymotin S.A. et al. Ketamine disrupts theta modulation of gamma in a computer model of hippocampus. J. Neurosci., 2011, vol. 31, pp. 11733-11743, doi: 10.1523/JNEUROSCI.0501-11.2011. 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. Deng W., Aimone J.B, Gage F.H. New neurons and new memories: how does adult hippocampal neurogenesis affect learning and memory? Nat Rev Neurosci., 2010, vol. 11, no. 5, pp. 339-350. Deng W., Aimone J.B, Gage F.H. New neurons and new memories: how does adult hippocampal neurogenesis affect learning and memory? Nat Rev Neurosci., 2010, vol. 11, no. 5, pp. 339-350. Parnas J., Bovet P., Zahavi D. Schizophrenic autism: clinical phenomenology and pathogenetic implications. World Psychiatry, 2002, vol. 1, pp. 131-136. Parnas J., Bovet P., Zahavi D. Schizophrenic autism: clinical phenomenology and pathogenetic implications. World Psychiatry, 2002, vol. 1, pp. 131-136.