В настоящей работе исследованы закономерности изменения частоты и амплитуды потенциалов действия (ПД) на фоне деполяризации, вызванной активностью Са2+-каналов во время спонтанной синхронной активности (ССА) нейронов гиппокампа в культуре. Используя систему анализа изображения для измерения [Са2+]i и метод пэтч-кламп для регистрации мембранного потенциала мы показали, что при снятии торможения ингибитором ГАМК(А) рецепторов, в нейрональной сети возникает режим ССА, при котором тонические высокочастотные (2 - 3 Гц) ПД, генерируемые нейроном без изменения концентрации цитоплазматического Са2+ ([Са2+]i), сменяются пачечной активностью, которая сопровождается импульсом медленной деполяризации (МД) и генерацией кальциевых импульсов. Ингибитор Т-типа кальциевых каналов ML218 подавляет этот процесс. Частота и амплитуда ПД в пачке регулируется импульсами МД следующим образом: на переднем фронте деполяризации частота ПД увеличивается, а амплитуда падает за счет инактивации Na+-каналов. Чем выше скорость нарастания деполяризации, тем выше частота генерации ПД. Если амплитуда МД превышает потенциал реактивации Na+-каналов, импульсная активность нейронов прекращается. По мере повышения [Са2+]i и активации Са2+-зависимых К+-каналов, амплитуда деполяризации медленно уменьшается, а Na+-каналы реактивируются, что приводит к постепенному росту амплитуды ПД на фоне уменьшения деполяризацииТерминация пачки ПД происходит за счет роста [Са2+]iи активации Са2+-зависимых К+-каналов, закрытия потенциал-зависимых Са2+-каналов и их инактивации. В результате, мембрана еще больше гиперполяризуется, что приводит к подавлению генерации ПД, открытию активируемых гиперполяризацией HCN-подобных каналов и реактивации Na+ и потенциал-зависимых Са2+-каналов. Активность HCN-подобных каналов возрастает, мембрана медленно деполяризуется и достигает критического потенциала возбуждения, при котором начинается генерация тонических ПД, а затем открываются Са2+-каналы и вновь генерируется кальциевый потенциал и Са2+ сигнал. Таким образом, кальциевые каналы, определяющие импульс МД, управляют частотой и амплитудой ПД во время ССА, регулируя условия активации и инактивации Na+-каналов.
ССА - спонтанная синхронная активность нейронов, кальциевый импульс, Са2+-каналы Т-типа, потенциал-зависимые кальциевые каналы, потенциал действия, генез пачечной активности, пачки потенциалов действия, деполяризационный сдвиг, критический потенциал
1. Lu S.M., Guido W., Sherman S.M. Journal of Neuroscience, 1992, vol. 68 (6), pр. 2185-98.
2. Anava S., Greenbaum A., Ben Jacob E., Hanein Y., Ayali A. Biophys. J., 2009, vol. 96 (4), pр. 1661-1670.
3. Kononov A.V., Ball N.V., Zinchenko V.P. Biochemistry (Moscow) Supplement Series A: Membrane and Cell Biology, 2011, vol. 5 (2), pр. 162-170.
4. McCormick D.A., Contreras D. On Annu. Rev. Physiol., 2001, vol. 63, pр. 815-46.
5. Nikonenko I., Bancila M., Bloc A., Muller D., Bijlenga P. Mol Pharmacol., 2005, vol. 68 (1), pр. 84-9.
6. Kopecky B.J., Liang R., Bao J. Pflugers Arch., 2014, vol. 466 (4), pр. 757-765.
7. Nilius B., Tala K., Verkhratsky A. Cell Calcium., 2006, vol. 40 (2), pр. 81-88.
8. Kim D., Song I., Keum S., Lee T., Jeong M-J, Kim S-S, et al. Neuron., 2001, vol. 31 (1), pр. 35-45.
9. Song I., Kim D., Choi S., Sun M., Kim Y., Shin H.S. J. Neurosci., 2004, vol. 24 (22), pр. 5249-5257.
10. Huc S., Monteil A., Bidaud I., Barbara G., Chemin J., Lory P. Biochimica et Biophysica Acta., 2009, vol. 1793 (6), pр. 947-952.
11. Perez-Reyes [et al.] Cell. Mol. Life Sci., 1999, vol. 56 (7-8), pр. 660-9.
12. Chevalier M., Lory P., Mironneau C., Macrez N., Quignard J.F. Eur. J. Neurosci., 2006, vol. 23 (9), pр. 2321-9.
13. Proft J., Weiss N.G. Molecular Pharmacology, June 2015, vol. 87 (6), pр. 890-906.
14. Perez-Reyes E. Mol. Pharmacol., 2010, vol. 77 (2), pр. 136-8.
15. Sánchez-Alonso J.L., Halliwell J.V., Colino A. Neurosci. Lett., 2008, vol. 439 (3), pр. 275-80.
16. Iyer R., Ungless M.A., Faisa A.A. Sci. Rep., 2017, vol. 7 (1), pр. 5248.
17. Rehak R., Bartoletti T.M., Engbers J.D.T., Berecki G., Turner R.W., Zamponi G.W. Plos One, 2013, vol. 8, e61844, DOI:https://doi.org/10.1371/journal.pone.0061844.
18. Wolfart J., Roeper J. J. Neurosci., 2002, vol. 22 (9), pр. 3404-3413.
19. Xu J., Clancy C.E. Plos One, 2008, vol. 3 (4), p. e2056, DOI:https://doi.org/10.1371/journal.pone.0002056.
20. Wolfe J.T., Wang H., Perez-Reyes E., Barrett P.Q. J. Physiol., 2002, vol. 538 (2), pр. 343-355.
21. Chemin J., Mezghrani A., Bidaud I., Dupasquier S., Marger F., Barrère C. [et al.] J. Biol. Chem., 2007, vol. 282 (45), pр. 32710-32718.
22. Chemin J., Monteil A., Perez-Reyes E., Nargeot J., Lory P. EMBO J., 2001, vol. 20 (24), pр. 7033-7040.
23. Chemin J., Nargeot J., Lory P. J. Biol. Chem., 2007, vol. 282 (4), pр. 2314-2323.
24. Talavera K., Staes M., Janssens A., Droogmans G., Nilius B. J. Gen. Physiol., 2004, vol. 124 (3), pр. 225-238.
25. Zhang Y., Cribbs L.L., Satin J. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol., 2000, vol. 278 (1), pр. H184-H193.
26. Wolfe J.T., Wang H., Howard J., Garrison J.C., Barrett P.Q. Nature., 2003, vol. 424 (6945), pр. 209-213.
27. Tao J., Hildebrand M.E., Liao P., Liang M.C., Tan G., Li S. [et al.] Mol. Pharmacol., 2008, vol. 73 (6), pр. 1596-1609.
28. Hildebrand M.E., David L.S., Hamid J., Mulatz K., Garcia E., Zamponi G.W., Snutch T.P. J. Biol. Chem., 2007, vol. 282 (29), pр. 21043-55.
29. Nelson M.T., Todorovic S.M., Perez-Reyes E. Current Pharmaceutical Design., 2006, vol. 12 (18), pр. 2189-97.
30. Todorovic S.M., Jevtovic-Todorovic V. Pflügers Archiv., 2014, vol. 466 (4), pр. 701-6.
31. Kopecky B.J., Liang R., Bao J. European journal of physiology, 2014, vol. 466 (4), pр. 757-765.
32. Orestes P., Bojadzic D., Chow R.M., Todorovic S.M. Molecular pharmacology, 2009, vol. 75 (3), pр. 542-554.
33. Spitzer N.C., Olson E.X. J. Neurobiol., 1995, vol. 26 (3), pр. 316-324.
34. Robinson H.P., Kawahara M. [et al.] J. Neurophysiol., 1993, vol. 70 (4), pр. 1606-1616.
35. Guzman J.N., Sánchez-Padilla J., Chan C.S., Surmeier D.J. J. Neurosci., 2009, vol. 29 (35), pр. 11011-9.
36. Surmeier D.J., Schumacker P.T. J. Biol. Chem., 2013, vol. 288 (15), pр. 10736-10741.
37. Lieberman O.J., Choi S.J., Kanter E., Saverchenko A., Frier M.D., Fiore G.M., Wu M., Kondapalli J., Zampese E., Surmeier D.J., Sulzer D., Mosharov E.V. eNeuro, 2017, vol. 4 (6), pр. 0167-17.
38. Surmeier D.J., Obeso J.A., Halliday G.M. Nat. Rev. Neurosci., 2017, vol. 18 (2), pр. 101-113.
39. Chan C.S., Guzman J.N., Ilijic E., Mercer J.N., Rick C., Tkatch T., Meredith G.E., Surmeier D.J. Nature, 2007, vol. 447 (7148), pр. 1081-6.
40. Grynkiewicz G., Poenie M., Tsien R.Y. J. Biol. Chem., 1985, vol. 260 (6), pр. 3440-50.
41. Hayashi H., Miyata H., Terada H., Satoh H., Katoh H., Nakamura T., Kobayashi A. Jpn. Heart J., 1994, vol. 35 (5), pр. 673-82.
42. Cozzi L., D’Angelo P., Sanguineti V. Biol. Cybern., 2006, vol. 94 (5), pр. 335-349
43. Cain S.M., Snutch T.P. Biochimica et Biophysica Acta, 2013, vol. 1828 (7), pр. 1572.
44. Turovsky E.A., Turovskaya M.V., Gaidin S.G., Zinchenko V.P. Arch. Biochem. Biophys., 2017, vol. 615, pр. 35-43.
45. Turovsky E.A., Zinchenko V.P., Gaidin S.G., Turovskaya M.V. Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology, 2018, vol. 12, pр. 74-84.
46. Zinchenko V.P., Turovskaya M.V., Teplov I.Yu., Berezhnov A.V., Turovsky E.A. Biophysics, 2016, vol. 61 (1), pр. 85-93
47. Izhikevich E.M. International Journal of Bifurcation and Chaos, 2000, vol. 10 (6), pр. 1171-1266.
48. Robinson H.P., Torimitsu K., Jimbo Y., Kuroda Y., Kawana A. Jpn. J. Physiol., 1993, vol. 43 (1), pр. 25-30.
49. Dynnik V.V., Kononov A.V., Sergeev A.V., Teplov I.Yu., Zinchenko V.P. Plos One, 2015, vol. 10 (7), p. e0134145, DOI:https://doi.org/10.1371/journal.pone.0134145.
50. Cooper D. Neurochemistry international, 2002, vol. 41 (5), pр. 333-340.
51. Swadlow H.A., Gusev A.G., Bezdudnaya T. Journal of Neuroscience, 2002, vol. 22 (17), pр. 7766-7773.
52. Zinchenko V.P., Turovsky E.A., Turovskaya M.V., Berezhnov A.V., Sergeev A.I., Dynnik V.V. Biochemistry (Moscow) Supplement Series A: Membrane and Cell Biology, 2016, vol. 10 (2), pр. 118-125.
53. Zinchenko V.P., Gaidin S.G., Teplov I.Y., Kosenkov A.M. Biochemistry (Moscow) Supplement Series A: Membrane and Cell Biology, 2017, vol. 11 (4), pр. 261-274.
