EFFECT OF GLYCOLYSIS SUPRESSION ON ULTRASTRUCTURE OF THE HIPPOCAMPAL GIANT SYNAPSES

Z. N. Zhuravleva; Журавлева З. Н.; A. E. Malkov; Мальков А. Е.; I. Yu. Popova; Попова И. Ю.

doi:10.31857/S0044467723010124

Влияние подавления гликолиза на ультраструктуру гигантских синапсов гиппокампа

Авторы: Журавлева З.Н.¹, Мальков А.Е.¹, Попова И.Ю.¹
Учреждения:
1. Лаб. системной организации нейронов, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН
Выпуск: Том 73, № 1 (2023)
Страницы: 94-101
Раздел: КЛЕТОЧНАЯ НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ
URL: https://bakhtiniada.ru/0044-4677/article/view/136083
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044467723010124
EDN: https://elibrary.ru/GJVGFJ
ID: 136083

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Подавление гликолиза в гиппокамповой формации крыс вызывали ежедневным введением 2-деокси-D-глюкозы в боковые желудочки мозга в течение 10 сут. С помощью электронной микроскопии обнаружено нарушение морфологических взаимоотношений аксональных терминалей гранулярных нейронов с перисинаптическими астроцитарными отростками. Однако детерминантные ультраструктурные характеристики гигантских синапсов и два типа функциональных контактов (асимметричные химические активные зоны с дендритными шипиками и симметричные адгезивные соединения с дендритами) были сохранены. В то же время в них было выявлено ослабление синаптических процессов, что выражалось в снижении числа внутритерминальных активных зон, кластеризации синаптических везикул и их отстранении от мест высвобождения нейротрансмиттера. По сравнению с нормой в гигантских терминалях обнаружено увеличение количества мелких митохондрий с электронно-плотным матриксом и морфологические признаки инициации синтеза гликогена в форме гликосом. Полученные данные свидетельствуют о том, что гигантские синапсы мшистых волокон гиппокампа являются пластичной, самокорректирующейся системой, которая способна функционировать при подавлении в мозге гликолиза, адаптируя свой биоэнергетический метаболизм.

Ключевые слова

гиппокамповая формация, ультраструктура, гигантские синаптические окончания, гликолиз, 2-деокси-D-глюкоза, синаптические везикулы, пресинаптические митохондрии, гликосомы

Список литературы

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.
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.
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.
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.
Brewer M.K., Gentry M.S. Brain glycogen structure and its associated proteins: past, present and future Adv. Neurobiol. 2019. 23: 17–81.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
Prats C., Graham T.E., Shearer J. The dynamic life of the glycogen granule. J. Biol. Chem. 2018. 293 (19): 7089–7098.
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.
Rybicka K.K. Glycosomes: the organelles of glycogen metabolism. Tissue Cell. 1996. 28: 253–265.
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.
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.
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.
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.
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.
Wu L., Wong C.P., Swanson R.A. Methodological considerations for studies of brain glycogen. J. Neurosci. Res. 2019. 97 (8): 914–922.
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.
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.