EFFECT OF GLYCOLYSIS SUPRESSION ON ULTRASTRUCTURE OF THE HIPPOCAMPAL GIANT SYNAPSES

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Suppression of glycolysis in the rat hippocampal formations was induced by daily intracerebroventricular injection of 2-deoxy-D-glucose for 10 days. Using electron microscopy, a disturbance of morphological interactions of axonal terminals of granular neurons with perisynaptic astrocytic processes was found. At the same time, both the determinant ultrastructural characteristics of giant synapses and two types of functional contacts (asymmetric chemical active zones with dendritic spines and symmetric adhesive junctions with dendrites) were retained. However, they showed morphological signs of a weakening of synaptic processes, which were expressed in a decrease in the number of intraterminal active zones, clustering of synaptic vesicles, and their removal from neurotransmitter release sites. Compared to the norm, an increase in the number of small mitochondria with an electron-dense matrix and the evidence of initiation of glycogen synthesis in the form of glycosomes were found in the giant terminals. The data obtained indicate that the giant synapses of the hippocampal mossy fibers are a plastic, self-correcting system that is able to function by adapting its own bioenergetic metabolism, when brain glycolysis is suppressed.

Авторлар туралы

Z. Zhuravleva

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: zina_zhur@mail.ru
Russia, Moscow Region, Pushchino

A. Malkov

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Email: zina_zhur@mail.ru
Russia, Moscow Region, Pushchino

I. Popova

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Email: zina_zhur@mail.ru
Russia, Moscow Region, Pushchino

Әдебиет тізімі

  1. Журавлева З.Н. Сравнение трехчастной организации синаптических окончаний в интраокулярных септальных трансплантатах и в септальной области мозга. Журн. высш. нерв. деят. им. И.П. Павлова. 2020. 70 (3): 376–383.
  2. Журавлева З.Н., Журавлев Г.И., Ермаков А.А. Участие адгезивных соединений типа Puncta Adherentia в образовании синаптических связей между трансплантатом зубчатой фасции и мозгом реципиента. Журн. высш. нерв. деят. им. И.П. Павлова. 2011. 61 (2): 236–241.
  3. Akakin D., Sirvanci S., Gurbanova A., Rezzan Aker R., Onat F., San T. Ultrastructural GABA immunocytochemistry in the mossy fiber terminals of Wistar and genetic absence epileptic rats receiving amygdaloid kindling stimulations. Brain Res. 2011. 1377: 101–108.
  4. Blackstad T.W., Kjaerheim A. Special axo-dendritic synapses in the hippocampal cortex: electron and light microscopic studies on the layer of mossy fibers. J. Comp. Neurol. 1961. 117 (2): 133–159.
  5. Brewer M.K., Gentry M.S. Brain glycogen structure and its associated proteins: past, present and future Adv. Neurobiol. 2019. 23: 17–81.
  6. Dalsgaard M.K., Madsen F.F., Secher N.H., Laursen H., Quistorff B. High glycogen levels in the hippocampus of patients with epilepsy. J. Cereb. Blood Flow Metab. 2007. 27: 1137–1141.
  7. Dienel G.A., Carlson G.M. Major advances in brain glycogen research: understanding of the roles of glycogen have evolved from emergency fuel reserve to dynamic, regulated participant in diverse brain functions. Adv. Neurobiol. 2019. 23: 1–16.
  8. Duran J., Gruart A., Varea O., Lopez-Soldado I., Delgado-Garcia J.M. Guinovart J.J. Lack of neuronal glycogen impairs memory formation and learning-dependent synaptic plasticity in mice. Front. Cell. Neurosci. 2019. 13: 374.
  9. Hertz L., Chen Y. Glycogenolysis, an astrocyte-specific reaction, is essential for both astrocytic and neuronal activities involved in learning. Neurosci. 2018. 370: 27–36.
  10. Freiman T.M., Häussler U., Zentner J., Doostkam S., Beck J., Scheiwe C., Brandt A, Haas C.A., Puhahn-Schmeiser B. Mossy fiber sprouting into the hippocampal region CA2 in patients with temporal lobe epilepsy. Hippocampus. 2021. 31 (6): 580–592.
  11. Lee C.-Y., Dallerac G., Ezan P., Anderova M., Rouach N. Glucose tightly controls morphological and functional properties of astrocytes. Front. Aging Neurosci. 2016. 8: 82. https://doi.org/10.3389/fnagi.2016.00082
  12. Mironova G.D., Pavlik L.L., Kirova Y.I., Belosludtseva N.V., Mosentsov A.A., Khmil N.V., Germanova E.L., Lukyanova L.D. Effect of hypoxia on mitochondrial enzymes and ultrastructure in the brain cortex of rats with different tolerance to oxygen shortage. J. Bioenerg. Biomembr. 2019. 51: 329–340.
  13. Pathak D., Shields L.Y., Mendelsohn B.A., Haddad D., Lin W., Gerencser A. A., Kim H., Brand M.D., Edwards R.H., Nakamura K. The role of mitochondrially derived ATP in synaptic vesicle recycling. J. Biol. Chem. 2015. 290: 22325–22336.
  14. Prats C., Graham T.E., Shearer J. The dynamic life of the glycogen granule. J. Biol. Chem. 2018. 293 (19): 7089–7098.
  15. Reddy P.H., Oliver D.M.A. Amyloid beta and phosphorylated tau-induced defective autophagy and mitophagy in Alzheimer’s disease. Cells. 2019. 8: 488–509.
  16. Rybicka K.K. Glycosomes: the organelles of glycogen metabolism. Tissue Cell. 1996. 28: 253–265.
  17. Saez I., Duran J., Sinadinos C., Beltran A., Yanes O., Tevy M.F., Martinez-Pons C., Milan M., Guinovart J. Neurons have an active glycogen metabolism that contributes to tolerance to hypoxia. J. Cereb. Blood Flow Metab. 2014. 34: 945–955.
  18. Samokhina E., Malkov A., Samokhin A., Popova I. Selective hippocampal cell damage and mossy fiber sprouting induced by chronic intracerebral injections of 2-deoxy-D-glucose. Gen. Physiol. Biophys. 2020. 39: 99–106.
  19. Samokhina E., Popova I., Malkov A., Ivanov A.I., Papadia D., Osypov A., Molchanov M., Paskevich S., Fisahn A., Zilberter M., Zilberter Y. Chronic inhibition of brain glycolysis initiates epileptogenesis. J. Neurosci. Res. 2017. 95: 2195–2206.
  20. Shields L.Y., Li H., Nguyen K., Kim H., Doric Z., Garcia J.H., Gill T.M., Haddad D., Vossel K., Calvert M., Nakamura K. Mitochondrial fission is a critical modulator of mutant APP-induced neural toxicity. J. Biol. Chem. 2021. 296: 100469.
  21. Vaughn J.E., Grieshaber J.A. An electron microscopic investigation of glycogen and mitochondria in developing and adult rat spinal motor neuropil. J. Neurocytol. 1972. 1 (4): 397–412.
  22. Wu L., Wong C.P., Swanson R.A. Methodological considerations for studies of brain glycogen. J. Neurosci. Res. 2019. 97 (8): 914–922.
  23. Yamada A., Irie K., Deguchi-Tawarada M., Ohtsuka T., Takai Y. Nectin-dependent localization of synaptic scaffolding molecule (S-SCAM) at the puncta adherentia junctions formed between the mossy fibre terminals and the dendrites of pyramidal cells in the CA3 area of the mouse hippocampus. Genes Cells. 2003. 8 (12): 985–994.
  24. Zilberter Y., Zilberter M. The vicious circle of hypometabolism in neurodegenerative diseases: ways and mechanisms of metabolic correction. J. Neurosci. Res. 2017. 95: 2217–2223.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
2.

Жүктеу (936KB)
3.

Жүктеу (862KB)
4.

Жүктеу (997KB)

© З.Н. Журавлева, А.Е. Мальков, И.Ю. Попова, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».