УДК

57.012.4

DOI

10.37482/2687-1491-Z034

Сведения об авторах

С.Ю. Филиппова* ORCID: 0000-0002-4558-5896
А.К. Логвинов* ORCID: 0000-0002-8873-3625
Е.Ю. Кириченко* ORCID: 0000-0003-4703-1616
*Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону)

Аннотация

Астроциты являются основными клетками нейроглии, поддерживающими водно-электролитный и энергетический баланс в мозге. По современным представлениям, астроглия также принимает непосредственное участие в регуляции синаптической передачи и обеспечении синхронной работы нейронов на больших расстояниях. Свои функции астроциты реализуют через многочисленные отростки, пронизывающие весь нейропиль. По мнению авторов статьи, изменение площади астроцитарных мембран в единице объема нейропиля прямо отражает изменение интенсивности взаимодействия астроцитов и нейронов. Усиление или ослабление регуляторного влияния астроцитов, несомненно, оказывает воздействие на функционирование нейронных цепей. Тем не менее, несмотря на растущую популярность исследований в области нейроглиальных отношений, данный аспект остается недостаточно изученным для коры головного мозга. Цель настоящего исследования – определить удельную площадь астроцитарных мембран в нейропиле первичной соматосенсорной коры мозга крыс послойно. Материалом для исследования послужили образцы первичной соматосенсорной коры, полученные от 5 самцов белых беспородных крыс в возрасте 60–80 дней. После иммунного мечения образцов на астроцитарный маркер S100B методом pre-embedding была проведена подготовка образцов для трансмиссионной электронной микроскопии по стандартной методике. Всего для каждого слоя первичной соматосенсорной коры было получено по 250 электронограмм, по которым далее методом случайных секущих определялась удельная площадь астроцитарных мембран. Исследование установило, что этот показатель является минимальным в первом и максимальным – в пятом слое кортикальной колонки. В статье также обсуждаются возможные функциональные последствия неравномерного распределения астроцитарных мембран в данной анатомической структуре.

Ключевые слова

первичная соматосенсорная кора, астроцит, кортикальная колонка, трансмиссионная электронная микроскопия

Список литературы

1. Гомазков О.А. Астроциты как посредники интеграционных процессов в мозге // Успехи соврем. биологии. 2018. Т. 138, № 4. С. 373–382. DOI: 10.7868/S004213241804004X
2. Araque A., Parpura V., Sanzgiri R.P., Haydon P.G. Tripartite Synapses: Glia, the Unacknowledged Partner //Trends Neurosci. 1999. Vol. 22, № 5. P. 208–215.
3. Кушнирева Л.А., Коркотян Э.А., Семьянов А.В. Незаслуженно забытые: место глиальных клеток в гипотезах возникновения болезни Альцгеймера // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2019. Т. 105, № 9. С. 1067–1095. DOI: 10.1134/S0869813919090085
4. Коломеец Н.С., Уранова Н.А. Современные представления о реактивности астроцитов при шизофрении //Журн. неврологии и психиатрии им. C.С. Корсакова. 2014. № 5. С. 92–99.
5. Blanco-Suárez E., Caldwell A.L.М., Allen N.J. Role of Astrocyte-Synapse Interactions in CNS Disorders //J. Physiol. 2017. Vol. 595, № 6. P. 1903–1916.
6. Steinhäuser C., Seifert G., Bedner P. Astrocyte Dysfunction in Temporal Lobe Epilepsy: K+ Channels and Gap Junction Coupling // Glia. 2012. Vol. 60, № 8. Р. 1192–1202.
7. Tong X., Ao Y., Faas G.C., Nwaobi S.E., Xu J., Haustein M.D., Anderson M.A., Mody I., Olsen M.L., Sofroniew M.V., Khakh B.S. Astrocyte Kir4.1 Ion Channel Deficits Contribute to Neuronal Dysfunction in Huntington’s Disease Model Mice // Nat. Neurosci. 2014. Vol. 17, № 5. P. 694–703.
8. Coulter D.A., Eid T. Astrocytic Regulation of Glutamate Homeostasis in Epilepsy // Glia. 2012. Vol. 60, № 8. P. 1215–1226.
9. Scofield M.D., Kalivas P.W. Astrocytic Dysfunction and Addiction: Consequences of Impaired Glutamate Homeostasis // Neuroscientist. 2014. Vol. 20, № 6. Р. 610–622.
10. Harada K., Kamiya T., Tsuboi T. Gliotransmitter Release from Astrocytes: Functional, Developmental, and Pathological Implications in the Brain // Front. Neurosci. 2016. Vol. 9. Art. № 499.
11. Allen N.J. Astrocyte Regulation of Synaptic Behavior // Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2014. Vol. 30. P. 439–463.
12. Bélanger S., de Souza B.O., Casanova C., Lesage F. Correlation of Hemodynamic and Fluorescence Signals Under Resting State Conditions in Mice’s Barrel Field Cortex // Neurosci. Lett. 2016. Vol. 616. P. 177–181.
13. Stobart J.L., Ferrari K.D., Barrett M.J.P., Glück C., Stobart M.J., Zuend M., Weber B. Cortical Circuit Activity Evokes Rapid Astrocyte Calcium Signals on a Similar Timescale to Neurons // Neuron. 2018. Vol. 98, № 4. P. 726–735.
14. Моргун А.В., Малиновская Н.А., Комлева Ю.К., Лопатина О.Л., Кувачева Н.В., Панина Ю.А., Таранушенко Т.Е., Солончук Ю.Р., Салмина А.Б. Структурная и функциональная гетерогенность астроцитов головного мозга: роль в нейродегенерации и нейровоспалении // Бюл. сиб. медицины. 2014. Т. 13, № 5. С. 138–148.
15. John Lin C.C., Yu K., Hatcher A., Huang T.W., Lee H.K., Carlson J., Weston M.C., Chen F., Zhang Y., Zhu W., Mohila C.A., Ahmed N., Patel A.J., Arenkiel B.R., Noebels J.L., Creighton C.J., Deneen B. Identification of Diverse Astrocyte Populations and Their Malignant Analogs // Nat. Neurosci. 2017. Vol. 20, № 3. P. 396–405.
16. Pestana F., Edwards-Faret G., Belgard T.G., Martirosyan A., Holt M.G. No Longer Underappreciated: The Emerging Concept of Astrocyte Heterogeneity in Neuroscience // Brain Sci. 2020. Vol. 10, № 3. Art. № 168.
17. Lanjakornsiripan D., Pior B.J., Kawaguchi D., Furutachi S., Tahara T., Katsuyama Y., Suzuki Y., Fukazawa Y., Gotoh Y. Layer-Specific Morphological and Molecular Differences in Neocortical Astrocytes and Their Dependence on Neuronal Layers // Nat. Commun. 2018. Vol. 9. art. № 1623.
18. Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия: рук. М.: Медицина, 1990. 384 с.
19. López-Hidalgo M., Schummers J. Cortical Maps: A Role for Astrocytes? // Curr. Opin. Neurobiol. 2014. Vol. 24, № 1. Р. 176–189.
20. Eilam R., Aharoni R., Arnon R., Malach R. Astrocyte Morphology Is Confined by Cortical Functional Boundaries in Mammals Ranging from Mice to Human // eLife. 2016. № 5. Art. № e15915.
21. Fellin T., Halassa M.M., Terunuma M., Succol F., Takano H., Frank M., Moss S.J., Haydon P.G. Endogenous Nonneuronal Modulators of Synaptic Transmission Control Cortical Slow Oscillations in vivo // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009. Vol. 106, № 35. P. 15037–15042.
22. Foley J., Blutstein T., Lee S., Erneux C., Halassa M.M., Haydon P. Astrocytic IP3/Ca2+ Signaling Modulates Theta Rhythm and REM Sleep // Front. Neural. Circuits. 2017. Vol. 11. Art. № 3.
23. Lee H.S., Ghetti A., Pinto-Duarte A., Wang X., Dziewczapolski G., Galimi F., Huitron-Resendiz S., Piña-Crespo J.C., Roberts A.J., Verma I.M., Sejnowski T.J., Heinemann S.F. Astrocytes Contribute to Gamma Oscillations and Recognition Memory // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014. Vol. 111, № 32. Р. E3343–Е3352.
24. Miyamoto D., Hirai D., Murayama M. The Roles of Cortical Slow Waves in Synaptic Plasticity and Memory Consolidation // Front. Neural Circuits. 2017. Vol. 11. Art. № 92.
25. Bosman C.A., Lansink C.S., Pennartz C.M.A. Functions of Gamma-Band Synchronization in Cognition: From Single Circuits to Functional Diversity Across Cortical and Subcortical Systems // Eur. J. Neurosci. 2014. Vol. 39, № 11. Р. 1982–1999.
26. Beltramo R., D’Urso G., Dal Maschio M., Farisello P., Bovetti S., Clovis Y., Lassi G., Tucci V., De Pietri Tonelli D., Fellin T. Layer-Specific Excitatory Circuits Differentially Control Recurrent Network Dynamics in the Neocortex // Nat. Neurosci. 2013. Vol. 16, № 2. Р. 227–234.
27. Witcher M.R., Park Y.D., Lee M.R., Sharma S., Harris K.M., Kirov S.A. Three-Dimensional Relationships Between Perisynaptic Astroglia and Human Hippocampal Synapses // Glia. 2010. Vol. 58, № 5. Р. 572–587.
28. Xu-Friedman M.A., Harris K.M., Regehr W.G. Three‐Dimensional Comparison of Ultrastructural Characteristics at Depressing and Facilitating Synapses onto Cerebellar Purkinje Cells // J. Neurosci. 2001. Vol. 21, № 17. Р. 6666–6672.
29. Chounlamountry K., Kessler J.P. The Ultrastructure of Perisynaptic Glia in the Nucleus Tractus Solitarii of the Adult Rat: Comparison Between Single Synapses and Multisynaptic Arrangements // Glia. 2011. Vol. 59, № 4. Р. 655–663.
30. Benedetti B., Matyash V., Kettenmann H. Astrocytes Control GABAergic Inhibition of Neurons in the Mouse Barrel Cortex // J. Physiol. 2011. Vol. 589, Pt. 5. Р. 1159–1172.