Nicotinic acetylcholine receptors as modulators off sympathetic neurons and sattelit glial cells protein-synthesizing systems in cranial cervical ganglion

Cover Page

Abstract


In the experimentally established pharmacological blockade of nicotinic cholinergic receptor type (nCR) was studied the dynamics of the content of RNA in the cytoplasm of neurons and in the sattelite glial cells cranial cervical sympathetic ganglion of rabbits. It was determined the neurotrophic nCR role in the cellular mechanisms of the ganglion, which lies in the fact that the synaptic signal through nHR has modulating effect on the activity of the protein-synthesizing system in neurons and is coordinating this activity with the metabolic activity of neighboring satellite glial cells.

Full Text

При непосредственном участии хо-линергической импульсации через холи-норецепторы никотинового типа (нХР) осуществляется модуляция висцеральных и когнитивной функций нервной системы [9, 10, 11, 12, 17]. Дисфункция никотиновых рецепторов выявлена при многих расстройствах центральной и периферической нервной системы [12, 18]. С учетом того, что нХР являются объектом воздействия наркотических субстанций и лекарственных препаратов, для осуществления адекватного фармакологического контроля практическое значение приобретает наименее изученный аспект этой проблемы - всестороннее исследование последствий модуляций активности нХР на метаболизм нервных клеток соответствующих отделов нервной системы. Цель настоящей работы - с помощью экспериментальной модели дозированной фармакологической депривации оценить влияние активности нХР на белок - синтезирующую систему симпатических нейронов и сателлитных глиоцитов. Материалы и методы Исследовали краниальные шейные симпатические ганглии (КШСГ) половозрелых самцов кроликов породы шиншилла одной возрастной группы (8 мес.). Эксперимент выполнен на 77 животных, в число (n) которых входили контрольная (n=5) и опытная (n=72) группы. При работе с экспериментальными животными руководствовались приказами Минздрава СССР № 577 от 12.08.1977 г. и Минздравсоцразвития РФ от 23 августа 2010 г. № 708н. «Об утверждении Правил лабораторной практики». Для оценки степени влияния хо-линергической импульсации на нейрон-глиальную клеточную систему использовали экспериментальную модель частичной и полной депривации нХР холиноли-тиком димеколином. При этом число блокированных нХР находится в прямой зависимости от величины вводимой дозы данного препарата [6]. В соответствии с установленной для кроликов фармакодинамикой препарата [7] 35 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №4, 2013 г. животным подкожно вводили ганглиобло-катор в дозах 10 и 30 мг/кг массы, которые позволяют блокировать часть нХР в ганглии и в дозе 50 мг/кг, которая вызывает блокаду практически всех нХР. В каждой из трех серий опыта использовали по 24 животных. Животных, после введения каждой из перечисленных доз, последовательно выводили из эксперимента в сроки постепенного освобождения нХР от действия ган-глиоблокатора (через 1, 3, 5, 7, 9 и 11 часов) в соответствии с приказом Мин-здравсоцразвития РФ от 23 августа 2010 г. № 708н «Об утверждении Правил лабораторной практики» Минздравсоцразвития РФ от 23 августа 2010 г. (по 4-5 животных на каждый из перечисленных сроков). Экспериментальная модель дозированной синаптической блокады позволяла создавать разный численный баланс между нХР, которые вследствие блокирования находятся в инактивированном состоянии, и нХР, которые, напротив, остаются незанятыми ганглиоблокатором и, следовательно, сохраняют способность активно функционировать, и сопоставить эти изменения с цитохимическими сдвигами, происходящими в это время в исследуемых клетках. В качестве цитохимического показателя использовали рРНК - ключевой параметр белок-синтезирующей системы клеток [8, 14]. При исследовании рРНК использовали специально подобранную схему парафиновой гистологической проводки, не приводящую к потерям нуклеиновых кислот в исследуемых симпатических ганглиях [4, 5]. Для количественной гистохимической оценки срезы, толщину которых предварительно измеряли предложенным нами методом [3], окрашивали по методу Эйнарсона. Содержание нуклеиновых кислот в цитоплазме нейронов и в сателлитных глиоцитах определяли методом сканирующей фотографической цитофотометрии. Содержание нуклеиновых кислот оценивали в относительных единицах оптической плотности измеряемых участков клеток и пересчитывали на 1 мкм толщины срезов. Полученные в нейронах и сателлит-ных глиоцитах цитохимические сдвиги относили за счет изменений рРНК, так как в цитоплазме нейронов нуклеиновые кислоты в основном представлены рРНК [1], а в глиоцитах, в которых по существу определяется суммарное количество РНК+ ДНК, изменениями глиальной ДНК можно пренебречь, поскольку в зрелой нервной ткани она характеризуется относительной стабильностью [19]. Объем выборки в контроле и во всех сериях опыта составлял в среднем 100-200 клеток каждого типа взятых от отдельного животного. Статистическую обработку результатов проводили с использованием метода Стью-дента с помощью компьютерных программ “STATISTICA”. При оценке статистической значимости коэффициентов корреляции Пирсона (r) применяли преобразование Фишера. Статистические различия средних оценивали при уровне значимости р< 0,05. Результаты и их обсуждение Синаптическая блокада нХР вызывает выраженные колебания содержания рРНК, динамика которых имеет индивидуальные особенности в нейронах и соседних с ними сателлитных глиоцитах (рис. 1 а, б, в). В нейронах блокада, независимо от уровня блокирования холинорецепторов, вызывает стереотипный цитохимический ответ - выраженные колебания содержания рРНК, которые вместе с ослаблением и окончанием блокирующего воздействия постепенно затухают. Важной особенностью наблюдаемых колебаний является то, что они происходят на уровне, заметно превышающем контрольные показатели. В сателлитных глиоцитах блокада так же, как и в нейронах вызывает стереотипный для этих клеток цитохимический ответ - существенные колебания содержания рРНК. Вместе с тем динамика регистрируемых сдвигов имеет четко выраженный фазный характер. Фаза подъема, во время которой в глиоцитах происходит увеличение содержания рРНК. Указанный сдвиг отмечается в первые часы после введения ганг- 36 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №4, 2013 г. ГЛИОЦИТЫ бло када ослаб ление окон чание бло када ослаб ление Увеличение активных нХР окон чание Увеличение активных нХР Рис. 1. Динамика содержания рРНК в симпатических нейронах и сателлитных глиоцитах при разных уровнях блокады никотиновых холинорецепторов Обозначения: нХР - никотиновые холинорецепторы; а - незначительное (10 мг/кг), б - значительное количество (30 мг/кг) первоначально блокированных нХР; в - практически полная блокада (50 мг/кг) нХР. В скобках указаны дозы ганглиоблокатора. По вертикали - отклонение в % к контролю. По горизонтали - время после введения ганглиоблокатора (в час) Примечание: * анализировали нейроны ядра, которые в плоскости данного среза имели, как минимум, одно ядрышко и глиоциты, удаленные от перикариона нейронов не более чем на больший диаметр ядра глиальной клетки; ** статистическую достоверность различий в полученных результатах и стандартную ошибку средних значений оценивали по t - критерию с р < 0,05. 37 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №4, 2013 г. лиоблокатора при всех уровнях блокирования нХР, и его величина прямо не связана с количеством блокированных нХР. Так амплитуда изменений содержания рРНК в глиоцитах при блокаде большого количества нХР (рис. 1б) и при полной блокаде нХР (рис.1в) оказывается практически одинаковой (р > 0,05). Фаза нормализации, во время которой содержание рРНК в глиоцитах временно нормализуется. Фаза снижения, во время которой содержание рРНК в глиоцитах снижается. Сдвиги в содержании рРНК представляют собой, по крайней мере, на уровне трансляционных процессов синтеза белка, достаточно адекватную характеристику функционального потенциала белок-синтезирующей системы клеток [8, 14]. В связи с этим полученные в ответ на блокаду холинорецепторов колебания содержания рРНК в цитоплазме нейронов и в сателлитных глиоцитах являются показателем заметной активизации белок-синтезирующей системы нервных клеток в симпатическом ганглии. В нейронах активизация белок-син-тезирующего аппарата прежде всего связана с изменением режима функционирования синаптической передачи [13, 15], и продиктована она необходимостью обеспечить материальными ресурсами функциональные и структурные перестройки синаптических образований [21]. С позиций современных представлений о трехстороннем синапсе [16, 20] трансформация синаптических образований невозможна без участия расположенных рядом с нейронами глиальных клеток. Фазный характер количественных сдвигов рРНК в сателлитных глиоцитах скорее всего является частным проявлением общих закономерностей в динамике синтетической активности глиоцитов, которые при различных воздействиях отвечают, как правило, разнонаправленными относительно контрольного уровня модуляциями содержания рРНК [2]. Таким образом, полученные сдвиги в содержании рРНК в нервных клетках симпатического ганглия сами по себе являются совместным компенсаторным от ветом нейронов и сателлитных глиоцитов на нарушение нормального хода синаптических процессов в результате блокады синаптической передачи. Однако в этих достаточно прогнозируемых цитохимических изменениях выявляется важная закономерность -модуляции содержания рРНК в нейронах и окружающих нейроны сателлитных глиоцитах оказываются непосредственно связанными с активностью нХР. В самом деле расчет нейрон-глиа-льной метаболической корреляции при блокировании никотиновых холиноре-цепторов, позволяет заключить, что в модуляциях содержания рРНК в нейронах и окружающих нейроны сателлитных глиоцитах в условиях частичной блокады нХР, сохраняющей в синапсах некоторое количество незаблокированных и, следовательно, функционально активных нХР, обнаруживается высокая, статистически достоверная положительная корреляционная зависимость (рис. 1а,б). Напротив, при полном блокировании нХР корреляционная зависимость между указанными клеточными системами отсутствует (рис. 1в). Высокая согласованность в динамике количественных изменений рРНК между симпатическими нейронами и соседними с ними сателлитными глиоци-тами при наличии активных нХР и отсутствие таковой при полном блокировании нХР позволяет полагать, что в симпатическом ганглии существует механизм, координирующий метаболические изменения рРНК в нейронах и глиоцитах. Необходимым компонентом этого механизма координации является медиаторное взаимодействие с нХР, расположенными в синапсах симпатических нейронов. Заключение Таким образом, результаты работы указывают на то, что синаптический сигнал через холинорецепторы никотинового типа оказывает модулирующее воздействие на активность белок-синтези-рующей системы в симпатических нейронах и сателлитных глиоцитах в краниальном шейном симпатическом ганглии. 38 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №4, 2013 г. При этом через медиаторное взаимодействие с холинорецепторами никотинового типа симпатические нейроны сопрягают свою метаболическую активность с метаболической активностью соседних с ними сателлитных глиоцитов, по крайней мере, на уровне количественных изменений рРНК в этих клетках.

About the authors

P L Gorelikov

Email: petr_gorelikov@mail.ru

References

  1. Гайцхоки В.С. Информационные РНК клеток животных / В.С. Гайцхоки. -М.: Медицина, 1980. - 200 c.
  2. Гейнисман Ю.Я. Структурные и метаболические проявления функции нейрона / Ю.Я. Гейнисман. - М.: Наука, 1974. - 207 с.
  3. Гореликов П.Л. Применение микроскопа ОРИМ-1 для определения толщины парафиновых срезов / П.Л. Гореликов // Цитология. - 1975. - Т. 17, № 11. - С. 1341-1344.
  4. Гореликов П.Л. Влияние фиксации в жидкости Карнуа на содержание нуклеиновых кислот и белка в верхнем шейном симпатическом ганглии кролика / П.Л. Гореликов // Цитология. -1977. - Т. 19, № 1. - С. 90-94.
  5. Гореликов П.Л. Влияние гистологической обработки на содержание нуклеиновых кислот, свободных нуклеотидов и белка в краниальном шейном симпатическом ганглии / П.Л. Гореликов // Цитология. - 1979. - Т. 21, № 2. - С. 222-224.
  6. Особенности строения ионного канала нейронального никотинового холинорецептора, установленные на основании изучения связи структуры и активности в ряду ганглиоблокаторов / Н.Б. Бровцына [и др.] // Биол. мембраны. - 1996. - Т. 13, № 1. - С. 57-70.
  7. Першин Г.И. Димеколин / Г.И. Першин // Новые лекарственные средства / под ред. Г.И. Першина. - М. : Медицина, 1966. - Вып. 10. - С. 72-100.
  8. An mRNA-rRNA base-pairing mechanism for translation initiation in eukaryotes / J. Dresios [et al.] // Nat. Struct. Mol. Biol. - 2006. - Vol. 13, № 1. - P. 30-34.
  9. Dani J. Overview of nicotinic receptors and their roles in the central nervous system / J. Dani, D. Bertrand // Anu Rev Pharmacol Toxicol. - 2007. - Vol. 47. -P. 699-729.
  10. De Biasi M. Nicotinic acetylcholine receptors in the auto-nomic control of bladder / M. De Biasi, F. Nigro, W. Xu // Eur. J. Pharmacol. - 2000. - Vol. 393, № 1-3. - P. 137-140.
  11. De Biasi M. Nicotinic mechanisms in the autonomic control of organ systems / M. De Biasi // J. Neurobiol. - 2002. - Vol. 53, № 4. - P. 568-579.
  12. Deficiency of nicotinic acetylcholine receptor ß4 subunit causes autonomic cardiac and intestinal dysfunction / N. Wang [et al.] // Mol. Pharmacol. - 2003. - Vol. 63, № 3. - P. 574-580.
  13. Dunckley T. Nicotine modulates the expression of a diverse set of genes in the neuronal SH-SY5Y cell line / T. Dunckley, R. Lukas // J. Biol. Chem. - 2003. -Vol. 278, № 18. - P. 15633-15640.
  14. Granneman S. Ribosome biogenesis: of knobs and RNA processing / S. Granneman, S.J. Baserga // Exp. Cell. Res. - 2004. - Vol. 296, № 1. - P. 43-50.
  15. Involvement of alpha7 nico-tinic acetylcholine receptors in activation tyrosine hydroxylase and dopamine beta- hydroxylase gene expression in PC12 cells / V. Gueorguiev [et al.] // J. Neurochem. -2000. - Vol. 75, № 5. - P. 1997-2005.
  16. Miwa J.M. Neural systems governed by nicotinic acetylcholine receptors: emerging hypotheses / J.M. Miwa, R. Freedman, H.A. Lester // Neuron. - 2011. - Vol. 70, №1. - P. 20-33.
  17. Neuronal nicotinic acetyl-choline receptors: structural revelation, target identifications, and therapeutic inspiration / A. Jensen [et al.] // J. Med. Chem. - 2005. -Vol. 48, № 15. - P. 4705-4745.
  18. Peters A. Oligodendrocytes, their progenitors and other neuroglial cells in the aging primate cerebral cortex / A. Peters, C. Sethares // Cerebral Cortex. - 2004. -Vol. 14. - P. 995-1007.
  19. Verkhratsky A. Neuronisimo y reticulisimo: neuronal-glial circuits unify the irticular and neuronal theories of brain organization / A. Verkhratsky // Acta Phisiol. - 2009. - Vol. 195. - P. 111-122.
  20. Wang H. Translation control at the synapse / H. Wang, H. Tiedge // Neuroscientist. - 2004. - Vol. 10, № 5. - P. 456-466

Statistics

Views

Abstract - 266

PDF (Russian) - 181

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2013 Gorelikov P.L.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies