Статья: Структурная реорганизация нейронов мозга реципиента при установлении синаптических контактов с нейротрансплантатом

При микроскопическом анализе аксо- и дендроплазмы вблизи адгезионных соединений в эктопических гигантских синапсах неокортекса были выявлены признаки повышенной функциональной активности по сравнению с идентичными локусами в гигантских синапсах in situ. Так, со стороны пресинаптического бутона около них скапливались митохондрии, что свидетельствует о большей энергозависимости процесса аберрантной коммуникации через адгезивные специализации. Со стороны ствола дендрита наблюдалась концентрация органелл, имеющих прямое отношение к синтезу метаболитов.

Среди них были идентифицированы свободные и прикрепленные к цистернам шероховатого эндоплазматического ретикулума рибосомы, митохондрии и другие микроструктуры. Некоторые группы канальцев эндоплазматического ретикулума находились в непосредственном контакте с конгломератами адгезивного материала (рисунок 3).

Проведенный количественный анализ подтвердил наблюдения об усилении адгезии вне активных зон эктопических синапсов (таблица). По сравнению с контролем в них обнаружено достоверное увеличение количества дискретных адгезионных соединений и их суммарной протяженности более чем в 2 раза. В среднем количество дискретных участков в синапсах, сформированных в неокортексе после трансплантации, было 3.7±0.4, а в контрольных синапсах только 1.7±0.3. Процент, который занимала суммарная длина отдельных участков зон адгезии от полной длины прилегания аксональной терминали к дендриту в эктопических синаптических окончаниях, в среднем также значительно превышал их значения в контрольных синапсах (29.0±7.0% против 8.0 ±3.0%).

Табл. 1. Количественный анализ адгезионных соединений (АС) в гигантских синапсах мшистых волокон в контроле и после трансплантации. Средние значения и стандартные ошибки (M ± m); Р - уровень различий показателей для каждого параметра

Существенное значение внесинаптических адгезионных соединений в формировании эктопических синапсов в условиях нейротрансплантации подтверждают известные литературные данные об их нейрохимическом составе. В основу молекулярной организации этих контактов входят кадгерин-катениновая и нектин-афадиновая адгезивные системы, а также синаптическая адгезионная молекула S-SCAM [5-7]. Классические кадгерины играют ключевые роли в развитии и физиологии нервной системы. Они участвуют в морфогенезе дендритных шипиков, прикрепляя AMPA рецепторы к активной зоне через белки катенины [6; 10]. Нектины, располагаясь на обеих сторонах puncta adherentia, взаимодействуя через афадин с актиновым цитоскелетом, также вовлекаются в моделирование синапсов [11].

Заключение

Электронно-микроскопическое сравнение гигантских синапсов мшистых волокон, сформированных в неокортексе реципиента после трансплантации зубчатой фасции крыс, с таковыми в гиппокампе in situ показало, что под влиянием аксонов, прорастающих из нейротрансплантатов, в постсинаптических компартментах эктопических синапсов происходила значительная структурная реорганизация. Она касалась основных детерминантных признаков гигантских синапсов. На дендритах неокортекса, контактирующих с аксонами трансплантированных нейронов, были обнаружены несвойственные им в норме разветвленные дендритные шипики, инвагинирующие аксональные терминали для формирования интратерминальных синаптических активных зон. В местах прилегания крупных дендритных ветвей к гигантским терминалям, в примембранных локусах дендритов неокортекса были идентифицированы скопления осмиофильного материала, наподобие того, который присутствует в гиппокампе in situ на местах адгезивных соединений типа puncta adherentia. Количественный морфометрический анализ показал увеличение протяженности таких адгезионных соединений в эктопических гигантских синапсах более чем в 2 раза. Важно, что эти морфологические изменения в эктопических синапсах сопровождались появлением в цитоплазме дендритов и дендритных шипиков дополнительных органелл (полисом, цистерн гранулярного эндоплазматического ретикулума, митохондрий), имеющих отношение к процессам клеточного синтеза. Полученные данные свидетельствуют о том, что в условиях трансплантации нейроны мозга реципиента не только перестраивают свою микроструктуру, но и адаптируют метаболический аппарат к установлению функциональных контактов с чужеродными аксонами, проникающими из нейротрансплантатов.

Список литературы

1. Журавлева З.Н., Журавлев Г.И., Муганцева Е.А. Транссинаптическая координация установления морфофункциональных связей между нейротрансплантатом и мозгом (ультраструктурное исследование) // Бюлл. экспер. биол. мед. 2015. Т. 160. № 7. С. 104-109.

2. Magavi S.S.P., Lois C. Transplanted neurons form both normal and ectopic projections in the adult brain. Development. Neurobiol. 2008. vol. 68. P. 1527-1537.

3. Журавлева З.Н., Журавлев Г.И., Муганцева Е.А. Синаптические взаимодействия трансплантатов нервной ткани с мозгом животного-реципиента // Фундаментальные исследования. 2011. № 10. С. 577-580.

4. Rollenhagen A., Lubke J.H. The mossy fiber bouton: the "common" or the "unique" synapse? Front. Synaptic. Neurosci. 2010. vol. 2. 2:2. DOI: 10.3389/fnsyn.2010.00002.

5. Hoy J.L., Constable J.R., Vicini S, Fu Z., Washbourne P. SynCAMl recruits NMDA receptors via protein 4.1B // Molec. Cell. Neurosci. 2009. vol. 42. no. 4. P. 466-483.

6. Aiga M., Levinson J.N., Bamji S.X. N-cadherin and neuroligins cooperate to regulate synapse formation in hippocampal cultures. J. Biol. Chem. 2011. vol. 286. no. 1. P. 851-858.

7. Toyoshima D., Mandai K., Maruo T., Supriyanto I., Togashi H., Inoue T., Mori M., Takai Y. Afadin regulates puncta adherentia junction formation and presynaptic differentiation in hippocampal neurons. PLoS ONE. 2014. vol. 9. no. 2. e89763. DOI:10.1371/journal.pone.0089763.

8. Ostroff L.E., Botsford B., Gindina S., Cowansage K.K., LeDoux J.E., Klann E., Hoeffer C. Accumulation of polyribosomes in dendritic spine heads, but not bases and necks, during memory consolidation depends on cap-dependent translation initiation. J. Neurosci. 2017. vol. 37. no. 7. P. 1862-1872.

9. Amaral D.G., Dent J.A. Development of the mossy fibers of the dentate gyrus. I. A light and electron microscopic study of the mossy fibers and their expansions. J. Comp. Neurol. 1981. vol. 195. P. 51-86.

10. Danielson E., Zhang N., Metallo J., Kaleka K., Shin S.M., Gerges N., Lee S.H. S- SCAM/MAGI-2 is an essential synaptic scaffolding molecule for the GluA2-containing maintenance pool of AMPA receptors. J. Neurosci. 2012. vol. 32. no. 20. P. 6967-6980.

11. Rikitake Y., Mandai K., Takai Y. The role of nectins in different types of cell-cell adhesion. J. Cell Sci. 2012. vol. 125. P. 3713-3722.