Применение низкочастотной фотостимуляции парвальбуминовых интернейронов для контроля эпилептиформной активности в гиппокампе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Низкочастотная электрическая стимуляция мозга используется для подавления судорожной активности у людей с резистентными формами эпилепсии [1]. Низкочастотная стимуляция определенных типов клеток, например, оптогенетическая активация тормозных парвальбуминовых (PV) интернейронов, может рассматриваться как перспективный метод лечения резистентных форм эпилепсии [2]. В данной работе мы исследовали влияние фотостимуляции PV-интернейронов на эпилептиформную активность в гиппокампе и энторинальной коре мозга мыши.

Работа была выполнена на 4-месячных мышах B6.129P2-Pvalbtm1(cre)Arbr/J (JacksonLab), экспрессирующих Cre-рекомбиназу в PV-интернейронах. Мышам по стереотаксическим координатам (AP: -4 мм, ML: 3,5 мм, DV: -3,5 мм) вводили аденоассоциированный вирусный конструкт (AAV9-EF1a-DIO-hChR2(H134R)-mCherry), несущий ген каналородопсина 2-го типа (ChR2), в поле СА1 гиппокампа на границе с энторинальной корой. Эксперименты проводили через 4–5 недель на переживающих срезах головного мозга. Активацию интернейронов, экспрессирующих ChR2, проводили светом с длинной волны 470 нм с использованием лазерного диод-волоконного источника света. Эпилептиформную активность вызывали в срезе аппликацией проэпилептического раствора с 4-аминопиридином (100 мкМ). Биофизические свойства нейронов регистрировали методом патч-кламп в конфигурации целая клетка. Эпилептиформную активность в срезе регистрировали методом отведения полевых потенциалов.

Мы определили оптимальную частоту и длительность фотостимуляции, воздействующую на эпилептоподобную активность в гиппокампе мышей. Мы проверили, как фотостимуляция PV интернейронов влияет на пирамидальные нейроны в гиппокампе, используя метод патч-клампа. Оценивались следующие параметры: интенсивность, продолжительность и частота фотостимуляции PV интернейронов в нормальных условиях. Так, при низкой частоте фотостимуляции мы наблюдали синхронизированные ответы пирамидальных клеток. А оптимальная длительность фотостимуляции не должна была превышать 25 мс. Затем мы решили проверить, как выбранные параметры фотостимуляции влияют на судорожную активность в срезе. Для этого мы использовали метод регистрации полевых потенциалов. В поле СА1 гиппокампа фотостимуляция с частотой 1 Гц и длительностью световой вспышки 10 мс вызывала регулярную интериктальную активность. Эта индуцированная интериктальная активность полностью подавляла возникновение иктальных разрядов в срезе мозга. После прекращения фотостимуляции частота собственных эпилептоподобных событий в поле СА1 гиппокампа сокращалась в сравнении с достимуляционным уровнем.

Нами было обнаружено, что фотостимуляция PV-интернейронов приводит к возникновению разрядов в ответ на выключение света, что свидетельствует о синхронной активации пирамидных нейронов. Низкие частоты фотостимуляции PV-интернейронов более эффективны для модулирования эпилептиформной активности в поле СА1 гиппокампа. Использование низкочастотной оптогенетической стимуляции PV-интернейронов представляется перспективным подходом в контроле и подавлении судорожной активности.

Полный текст

Низкочастотная электрическая стимуляция мозга используется для подавления судорожной активности у людей с резистентными формами эпилепсии [1]. Низкочастотная стимуляция определённых типов клеток, например оптогенетическая активация тормозных парвальбуминовых (PV) интернейронов, может рассматриваться как перспективный метод лечения резистентных форм эпилепсии [2]. В данной работе мы исследовали влияние фотостимуляции PV-интернейронов на эпилептиформную активность в гиппокампе и энторинальной коре мозга мыши.

Работа выполнена на 4-месячных мышах B6.129P2-Pvalbtm1(cre)Arbr/J (The Jackson Laboratory, США), экспрессирующих Cre-рекомбиназу в PV-интернейронах. Мышам по стереотаксическим координатам (AP: –4 мм, ML: 3,5 мм, DV: –3,5 мм) вводили аденоассоциированный вирусный конструкт (AAV9-EF1a-DIO-hChR2(H134R)-mCherry), несущий ген каналородопсина 2-го типа (ChR2), в поле СА1 гиппокампа на границе с энторинальной корой. Эксперименты проводили через 4–5 нед на переживающих срезах головного мозга. Активацию интернейронов, экспрессирующих ChR2, проводили светом с длиной волны 470 нм с использованием лазерного диод-волоконного источника света. Эпилептиформную активность вызывали в срезе аппликацией проэпилептического раствора с 4-аминопиридином (100 мкМ). Биофизические свойства нейронов регистрировали методом «пэтч-кламп» в конфигурации «целая клетка», эпилептиформную активность в срезе — методом отведения полевых потенциалов.

Мы определили оптимальную частоту и длительность фотостимуляции, воздействующую на эпилептоподобную активность в гиппокампе мышей. Мы проверили, как фотостимуляция PV-интернейронов влияет на пирамидальные нейроны в гиппокампе, используя метод патч-кламп. Оценивали следующие параметры: интенсивность, продолжительность и частота фотостимуляции PV-интернейронов в нормальных условиях. Так, при низкой частоте фотостимуляции мы наблюдали синхронизированные ответы пирамидальных клеток. А оптимальная длительность фотостимуляции не должна была превышать 25 мс. Затем мы решили проверить, как выбранные параметры фотостимуляции влияют на судорожную активность в срезе. Для этого мы использовали метод регистрации полевых потенциалов. В поле СА1 гиппокампа фотостимуляция с частотой 1 Гц и длительностью световой вспышки 10 мс вызывала регулярную интериктальную активность. Эта индуцированная интериктальная активность полностью подавляла возникновение иктальных разрядов в срезе мозга. После прекращения фотостимуляции частота собственных эпилептоподобных событий в поле СА1 гиппокампа сокращалась в сравнении с достимуляционным уровнем.

Нами обнаружено, что фотостимуляция PV-интернейронов приводит к возникновению разрядов в ответ на выключение света, что свидетельствует о синхронной активации пирамидных нейронов. Низкие частоты фотостимуляции PV-интернейронов более эффективны для модулирования эпилептиформной активности в поле СА1 гиппокампа. Использование низкочастотной оптогенетической стимуляции PV-интернейронов представляется перспективным подходом в контроле и подавлении судорожной активности.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Источник финансирования. Работа поддержана грантом Российского научного фонда № 23-25-00427.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

×

Об авторах

А. М. Трофимова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: alina.trofimova1132@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Т. Ю. Постникова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: alina.trofimova1132@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. Ю. Проскурина

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: alina.trofimova1132@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Зайцев

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: alina.trofimova1132@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Lim S.N., Lee C.Y., Lee S.T., et al. Low and high frequency hippocampal stimulation for drug-resistant mesial temporal lobe epilepsy // Neuromodulation. 2016. Vol. 19, N 4. P. 365–372. doi: 10.1111/ner.12435
  2. Proskurina E.Y., Chizhov A.V., Zaitsev A.V. Optogenetic low-frequency stimulation of principal neurons, but not parvalbumin-positive interneurons, prevents generation of ictal discharges in rodent entorhinal cortex in an in vitro 4-aminopyridine model // Int J Mol Sci. 2022. Vol. 24, N 1. P. 195. doi: 10.3390/ijms24010195

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

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».