Анотація до роботи:

Степанюк А.Р. Механізми, що визначають кінетику спаду гальмівних синаптичних струмів в культурі нейронів гіпокампу.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.02 – біофізика.- Інститут фізіології ім.. О.О.Богомольця НАН України.- Київ. - 2005.

Потенціал дії викликає синхронне вивільнення кількох квантів медіатора в декількох ГАМКергічних синапсах. Згідно з класичними уявленнями час спаду викликаного ним ГПСС і мГПСС має бути однаковим. У наведеному дослідженні було показано, що в значній кількості нейронів у культурі гіпокампу викликані ГПСС спадали повільніше, ніж мГПСС. Ці розходження в кінетиці струму бувають дуже істотними і означають, що кінетика квантів струму, що формують вГПСС відрізняється від кинетики мГПСС і\чи значна частина струму зумовлена квантами медіатора, що виділяються з істотною затримкою відносно пресинаптичного потенціалу дії (асинхронно). Аналіз флуктуацій синаптичних струмів показав, що кванти медіатора під час вГПСС виділяються синхронно. Отже, необхідно припустити, що форма квантових струмів істотно відрізняється від форми мГПСС і асинхронних ГПСС у хвостах викликаних струмів.

1. Було показано, що методи оцінки частоти виділення квантів медіатора і середньої амплітуди квантів струму, разробленні нещодавно для вивчення збуджуючої синаптичної передачі в гігантському синапсі calyx of Held, можуть також використовуватися для аналізу гальмівної синаптичної передачі в маленьких синапсах центральної нервової системи за умов взаємодії синаптичних струмів в наслідок десенситізації/насичення постсинаптичних рецепторів та недостатньої просторової фіксації потенціалу на цитоплазматичній мембрані постсинаптичних нейронів (в останньому випадку лише за умови розташування синапсів на приблизно однакових електротонічних відстанях від соми).

2. Було показано, що механізм відновлення набору везикул, готових до вивільнення медіатора у ГАМКергічних синапсах може підготувати всі синапси до нових актів секреції за час 20-40 мсек.

3. Було показано, що у ході довготривалих ГПСС у більшості ГАМКергічних синаптичних з'єднань середня амплітуда квантів струму була практично незмінною в ході асинхронного виділення медіатора, що свідчить про те, що лише цілком заповнені медіатором везикули можуть брати участь у екзоцитозі. В інших синаптичних з'єднаннях амплітуди квантових струмів, що формують довготривалий ГПСС, змінювалися істотно в ході дГПСС, що свідчить про можливе насичення/десенситізацію постсинаптичних ГАМК рецепторів або зменшення розміру квантів ГАМК за умов високої частоти їх вивільнення.

4. Було доведено, що кванти медіатора у ході поодиноких викликаних ГПСС виділяються синхронно, але середня тривалість викликаних ними квантів струму суттєво подовшується внаслідок процесів їх взаємодії (наприклад, нелінійної інтеграції квантових струмів на дендритах чи збільшення дії синаптичної ГАМК на позасинаптичні ГАМКа рецептори у ході массового виділення квантів медіатору) у значній частині синаптичних з’єднань.

5. Було доведено, що повільна кінетика спаду викликаних серією потенціалів дії довготривалих ГПСС виникає внаслідок асінхронного виділення квантів медіатору, але процеси взаємодії квантових струмів призводять до подовшення їх тривалості чи до зміни форми розподілу їх амплітуд у значній частині синаптичних зєднань.

6. Було розроблено новий метод аналізу властивостей квантових струмів за маргінальним розподілом флуктуацій макроскопічного синаптичного струму. У обчислювальних експериментах було показано, що частота виділення квантів медіатора і середня амплітуда квантів струму можуть бути точно оцінені новим методом у різних експериментальних ситуаціях, таких як :

а. Значна взаємодія синаптичних струмів при спільній активації синапсів на дендритному дереві;

б. Десенситизація/насичення постсинаптичних рецепторів чи участь іншого типу рецепторів при моделюванні тривалого асинхронного виділення медіатора чи його витікання за межі синапсів;

в. Зміни у відносній ефективності синаптичної передачі, що можуть мати місце при індукуванні різних форм синаптичної пластичності.

Публікації автора:

Статті:

1. A. Stepanyuk, M. Chvanov, A. Ivanov, Y. Boychuk, T. Pivneva and P. Belan.

“Prolonged Decay of Evoked Inhibitory Postsynaptic Currents in

Hippocampal Neurons Is Not Shaped by Asynchronous Release”//

Neurophysiology - 2002 - v34,№2/3 – P.239 – 242.

2. A R Stepanyuk, Y A Boychuk, T N Tsugorka, Y I Drebot, I V Lushnikova,

T A Pivneva, P V Belan. “Estimating transmitter release rates and quantal

amplitudes in central synapses from postsynaptic current fluctuations”//

Фізіол.Журн. – 2004 – т.50, №4 – C. 22-32.

3. O A Markova, A R Stepanyuk, T N Tsugorka, Y I Drebot, P V Belan.

“Applicability of peak scaled non stationary fluctuation analysis to studies of

inhibitory synaptic transmission in hipocampal cultures”// Neurophysiology -

2005 – v.37,№4 – P.379-388.

Тези доповідей:

1. Belan,P., Stepanyuk,A., Boychuk Y. & Pivneva,T. Mechanisms underlying decay of prolonged GABAergic IPSC in hippocampal cultured neurons. American Society for Neuroscience 31st Annual Meeting . 2002.

2. Belan,P., Chvanov,M., Stepanyuk,A. & Pivneva,T. Sources of quantal variability in GABAergic synapses of hippocampal neurons. American Society for Neuroscience 32st Annual Meeting . 2003.

3. Belan,P., Stepanyuk,A. & Tsugorka,T. Estimation of transmitter release rates and

quantal sizes from current fluctuations. American Society for Neuroscience 34th

Annual Meeting . 2004.

Анотації

Степанюк А.Р. Механізми, що визначають кінетику спаду гальмівних синаптичних струмів в культурі нейронів гіпокампу.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.02 – біофізика.- Інститут фізіології ім.. О.О.Богомольця НАН України.- Київ. - 2005.

Потенціал дії викликає синхронне вивільнення кількох квантів медіатора в декількох ГАМКергічних синапсах. Згідно з класичними уявленнями час спаду викликаного ним ГПСС і мГПСС має бути однаковим. У наведеному дослідженні було показано, що в значній кількості нейронів у культурі гіпокампу викликані ГПСС спадали повільніше, ніж мГПСС. Ці розходження в кінетиці струму бувають дуже істотними і означають, що кінетика квантів струму, що формують вГПСС відрізняється від кинетики мГПСС і\чи значна частина струму зумовлена квантами медіатора, що виділяються з істотною затримкою відносно пресинаптичного потенціалу дії (асинхронно). Аналіз флуктуацій синаптичних струмів показав, що кванти медіатора під час вГПСС виділяються синхронно. Отже, необхідно припустити, що форма квантових струмів істотно відрізняється від форми мГПСС і асинхронних ГПСС у хвостах викликаних струмів.

Степанюк А.Р. Механизмы, определяющие кинетику спада тормозных синаптичних токов в культуре нейронов гиппокампа.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.02- биофизика.- Институт физиологии им. А.А.Богомольца НАН Украины.- Киев. - 2005.

Потенциал действия вызывает синхронное высвобождение нескольких квантов медиатора в нескольких ГАМКэргических синапсах. В предположении, что не больше одной везикулы выделяется в каждой зоне выделения медиатора, (Sіlver et al., 2003) времена спада мТПСТ и вызванного ТПСТ разных амплитуд должны быть одинаковы. В представленной работе было показано, что в существенной части нейронов в культуре гиппокампа вызванные ТПСТ спадали медленнее, чем мТПСТ. Эти расхождения в кинетике спада тока бывают велики (более чем в два раза) и подразумевают, что кинетика квантов тока, формирующих вТПСТ отличается от кинетики мТПСТ и\ли значительная часть тока вызывается квантами медиатора, которые выделяются с задержкой относительно пресинаптического потенциала действия (асинхронно). Анализ флуктуаций синаптического тока показал, что кванты медиатора, формирующие вТПСТ, выделяются синхронно. Таким образом, необходимо предположить, что форма квантовых токов существенным образом отличается от формы мТПСТ и асинхронных ТПСТ, регистрируемых на хвостах вызванных, и что необходимые медленные кванты тока должны возникать вследствие процесса взаимодействия квантов медиатора, выделяющихся одновременно. Нами было также показано, что в ходе длительного тормозного тока, вызванного короткой серией потенциалов действия (3-10, 50Гц) кинетика спада и/или форма распределения амплитуд квантовых токов существенно отличаются от соответствующих параметров мТПСТ, что также повидимому связано с процессом взаимодействия квантов тока либо в ходе их дендритной интеграции, либо в результате активации внесинаптических ГАМКа рецепторов в результате насыщения систем обратного захвата ГАМК в ходе массового выделения квантов медиатора. Нами был разработан новый метод анализа свойств квантов тока по маргинальному распределению флуктуаций порожденного ими макроскопического синаптического тока. В вычислительных экспериментах было показано, что частота выделения квантов медиатора и средняя амплитуда квантов тока могут быть точно оценены новым методом в различных экспериментальных ситуациях, таких как:

Значительное взаимодействие синаптических токов при совместной активации синапсов на дендритном дереве;

Десенситизация/насыщение постсинаптических рецепторов или участие другого типа рецепторов при моделировании длительного асинхронного выделения медиатора или его вытекание за пределы синапсов;

Изменения в относительной эффективности синаптической передачи, которые могут иметь место при индуцировании различных форм синаптической пластичности.

Stepanyuk A.R. Mechanisms underlying decay of prolonged GABAergic IPSC in hippocampal cultured neurons.-Manuscript.

Thesis for PhD degree by speciality 03.00.02 – biophysics.- Bogomoletz institute of Physiology NASc of Ukraine.- Kiev.-2005.