Лаборатория внесинаптической передачи

2IBCh_lab_sm.jpg

Лаборатория занимается исследованием клеточных и молекулярных механизмов кодирования информации в сетях нейронов и глии, лежащих в основе обучения и памяти.

Сотрудники Лаборатории решают следующие задачи:

  • Изучение влияния внутренних факторов (гормоны, беременность, старение) и факторов окружающей среды (антропогенное загрязнение, питание, микробиота) на функции мозга.
  • Изучение нейродегенеративных заболеваний, таких как эпилепсия, болезнь Альцгеймера, латеральный амиотрофический склероз, болезнь Паркинсона.
  • Математическое моделирование процессов в головном мозге.
  1. Клеточные технологии. Исследования с помощью электрофизиологических и оптических методов процессов, происходящих в нейрон-астроцитарных культурах, полученных из животных или из человеческих iPS клеток.
  2. Работа со срезами мозга. Использование электрофизиологических (патч-кламп) и оптических методов – двухфотонной лазерной сканирующей микроскопии, FLIM, superresolution.
  3. Исследования in vivo. Оптический имиджинг и электрофизиология in vivo, поведение.

Все публикации (показать избранные)

Загружаются...

Семьянов Алексей Васильевич

Тоническая ГАМКА проводимость селективно ингибирует долговременную пластичность, вызванную тетанической стимуляцией в гиппокампе

Некоторые нейротрансмиттеры, вовлеченные в синаптическую передачу, способны покидать синаптическую щель или высвобождаться астроцитами, и могут активировать внесинаптические рецепторы. Так, например, внесинаптические ГАМКА рецепторы опосредуют тоническую ГАМК проводимость, которая снижает возбудимость нейронов путем шунтирования. Мы показали, что тоническая ГАМК проводимость оказывает минимальное влияние на синаптическую пластичность, зависящую от времени возникновения потенциалов действия, при этом сильно ослабляя пластичность, вызываемую возбуждающими постсинаптическими потенциалами. Полученные результаты проливают свет на то, как изменения тонической проводимости могут выборочно влиять на различные формы обучения и памяти. В частности, эти результаты могут объяснить, как на различные формы памяти влияет увеличение тонической проводимости ГАМКА в физиологических или патологических условиях, а также под влиянием веществ, воздействующих на внесинаптические ГАМКА рецепторы (например, нейростероиды, седативные средства, противоэпилептические препараты и алкоголь).

Сокращение потребления калорий стимулирует рост астроцитов и улучшает синаптическую пластичность в мозге

Совместно с: Отдел биоинженерии,  Лаборатория биоинженерии нейромодуляторов и нейрорецепторов

Известно, что сокращение потребления пищи оказывает нейропротекторное действие, замедляет возрастное снижение когнитивных способностей и снижает вероятность наступления нейродегенеративных заболеваний, однако роль астроцитов в этом процессе недостаточно изучена. Были исследованы две группы животных, возрастом 3 месяца. Первая группа получала пищу ad libitum, вторая 70 % от среднесуточного потребления первой группы. У второй группы в результате одного месяца диеты произошли морфологические и функциональные изменения в астроцитах гиппокампа по сравнению с первой группой: увеличилась объемная доля дистальных перисинаптических астроцитарных листочков. Увеличение размеров астроцита должно было привести к увеличению проводимости, а, следовательно, уменьшению сопротивления мембраны астроцитов. Однако этого не произошло потому, что в астроцитах снизилась экспрессия коннексинов, образующих гап-контакты. Это не только сбалансировало сопротивления мембраны, но и снизило связанность астроцитов в сети. Наблюдаемые морфологические изменения в астроцитах также привели к функциональным. Более плотное покрытие синапса увеличило эффективность захвата глутамата и удаления калия во время синаптической передачи. При этом изменений в экспрессии транспортеров глутамата не было выявлено. Более эффективный захват глутамата астроцитами привел к снижению спиловера (вытекания за пределы синаптической щели) этого нейропередатчика и снижению активации внесинаптических NMDA рецепторов. Эти рецепторы отвечают за синаптическую депрессию. В результате увеличилась эффективность синаптической потенциации, которая является клеточным механизмом обучения и памяти. Таким образом, было показано, что диета со сниженным потреблением калорий обеспечивает основу для улучшения обучения и памяти посредством морфофункционального ремоделирования астроцитов.

Исследование паттернов кальциевой динамики в сетях астроцитов головного мозга

Астроциты кодируют информацию о состоянии окружающей нервной ткани в виде пространственно-временных паттернов Ca2+ активности. В свою очередь, Ca2+ события в астроцитах через ряд механизмов влияют на синаптическую пластичность, высвобождение глиопередатчиков и локальный кровоток. Использование генетически кодируемых Ca2+ индикаторов позволило визуализировать астроцитарную Ca2+ активность на уровнях от тонких периферических отростков до целых клеточных доменов и сетей клеток. Интерпретация экспериментальных результатов требует использования адекватных методов обработки данных, включая стабилизацию изображений, подавление шума, разделение сигнала на быстрые и медленные компоненты, сегментацию отдельных событий сигнализации и установление возможных закономерностей в появлении этих событий. Мы показали, что спонтанная Ca2+ активность в отдельных астроцитах имеет вид локализованных событий. Эти события (оттенки жёлтого на обработанном рисунке) возникали преимущественно на периферии пространственных доменов астроцита и характеризовались распределениями с тяжелым хвостом по размерам и длительностям. Локальные кинетические параметры нарастания и затухания флуоресценции были привязаны к морфологии клетки; в зависимости от степени вовлеченности крупных отростков в наблюдаемые события, присутствовали градации средней амплитуды и пиковой скорости изменения флуоресценции. На уровне астроцитарной сети наблюдались флуктуации суммарной Ca2+ активности, наибольший вклад в пики активности вносили одиночные события, охватывающие целиком пространственный домен астроцита. Разработанные методические подходы и полученные данные могут пролить свет на принципы формирования пространственно-временных паттернов астроцитарной Ca2+ активности и их вовлеченность в когнитивные процессы.

Публикации

  1. Браже АР, Доронин МС, Попов АВ, Денисов Александро, Семьянов АВ (2019). Patterns of Calcium Dynamics in Brain Astrocytic Networks. Ross Fiziol Zh Im I M Sechenova 105 (11), 1436–1451

Трёхмерная реконструкция астроцитарных отростков

Используя электронную микроскопию серийных срезов, мы получили трёхмерную реконструкцию астроцитарных отростков. Астроцитарные отростки состояли из веточек, стержнеобразных структур, содержащих органеллы, а также листочков, тонких перисинаптических отростков без органелл, прикреплённых к веточкам. Мы идентифицировали листочки разных размеров и форм и показали, что более крупные листочки частично теряют свою плоскую структуру, что может быть необходимо для приёма цистерн эндоплазматического ретикулума и дальнейшего преобразования листочков в расширения веточек. Дополнительно было показано, что количество глутаматергических синапсов, контактирующих с листочками, определялось только размерами самих листочков.

Публикации

  1. Gavrilov N, Golyagina I, Brazhe A, Scimemi A, Turlapov V, Semyanov A (2018). Astrocytic coverage of dendritic spines, dendritic shafts, and axonal boutons in hippocampal neuropil. Front Cell Neurosci 12, 248