1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова
  4. T. 109, № 9, 2023

Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2023, T. 109, № 9, стр. 1247-1260

Ингибитор Na+/K+-АТФазы уабаин по-разному влияет на электрофизиологические характеристики возбуждающих и тормозных нейронов энторинальной коры

Е. Ю. Проскурина 1, 2, *, Д. С. Синяк 2, А. В. Зайцев 2

1 Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова Минздрава России
Санкт-Петербург, Россия

2 Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: elena.yu.proskurina@gmail.com

Поступила в редакцию 19.11.2022
После доработки 02.08.2023
Принята к публикации 08.08.2023

Аннотация

Na+/K+-АТФаза обеспечивает поддержание потенциала покоя в нейроне и трансмембранного градиента катионов K+ и Na+, воздействуя таким образом на ионный транспорт и регулируя клеточный объем. Мутации генов Na+/K+-АТФазы, ослабляющие ее функционирование, если не являются летальными, могут приводить к существенным нарушениям функционирования нервной системы, в том числе к развитию эпилепсии. В разных классах нейронов экспрессируются различные формы Na+/K+-АТФазы, различающиеся по своим характеристикам. Поэтому ослабление функций Na+/K+-АТФазы может по-разному сказываться на функционировании тормозных и возбуждающих нейронов. В данной работе мы исследовали, какие электрофизиологические характеристики пирамидных клеток и быстроразряжающихся интернейронов изменяются под действием антагониста Na+/K+-АТФазы уабаина и как он влияет на синаптическую передачу. Мы выявили, что 5 мкМ уабаина деполяризует мембранный потенциал покоя обоих типов нейронов, уменьшает амплитуду и увеличивает длительность потенциала действия пирамидных нейронов. У быстроразряжающихся интернейронов уабаин уменьшал амплитуду следовой гиперполяризации. У обоих типов нейронов понижался порог генерации потенциала действия и ток, при котором возникает деполяризационный блок. Прочие электрофизиологические характеристики нейронов не менялись при добавлении уабаина. Кроме того, уабаин приводил к быстрому ослаблению ГАМКергической передачи, при этом на возбуждающую синаптическую передачу он не оказывал влияния. Эти новые данные об эффектах действия уабаина на возбуждающие пирамидные нейроны и тормозные интернейроны помогают лучше понять механизм изменения баланса возбуждения и торможения в нервных сетях при ослаблении функций Na+/K+-АТФазы.

Ключевые слова: уабаин, Na+/K+-АТФаза, энторинальная кора, пирамидные клетки, быстроразряжающиеся интернейроны, потенциал действия

Список литературы

  1. Pietrini G, Matteoli M, Banker G, Caplan MJ (1992) Isoforms of the Na,K-ATPase are present in both axons and dendrites of hippocampal neurons in culture. Proc Natl Acad Sci U S A 89: 8414–8418. https://doi.org/10.1073/pnas.89.18.8414

  2. Boldyrev AA (1993) Functional activity of Na+, K+-pump in normal and pathological tissues. Mol Chem Neuropathol 19: 83–93. https://doi.org/10.1007/BF03160170

  3. Kaplan JH (2002) Biochemistry of Na,K-ATPase. Annu Rev Biochem 71: 511–535. https://doi.org/10.1146/annurev.biochem.71.102201.141218

  4. Clausen MV, Hilbers F, Poulsen H (2017) The structure and function of the Na,K-ATPase isoforms in health and disease. Front Physiol 8. https://doi.org/10.3389/fphys.2017.00371

  5. Juhaszova M, Blaustein MP (1997) Na+ pump low and high ouabain affinity α subunit isoforms are differently distributed in cells. Proc Natl Acad Sci U S A 94: 1800–1805. https://doi.org/10.1073/pnas.94.5.1800

  6. Berrebi-Bertrand I, Maixent JM, Christe G, Lelièvre LG (1990) Two active Na+/K+-ATPases of high affinity for ouabain in adult rat brain membranes. Biochim Biophys Acta 1021: 148–156. https://doi.org/10.1016/0005-2736(90)90027-l

  7. Zahler R, Zhang Z-T, Manor M, Boron WF (1997) Sodium Kinetics of Na,K-ATPase α Isoforms in Intact Transfected HeLa Cells. J Gen Physiol 110: 201–213. https://doi.org/10.1085/jgp.110.2.201

  8. Crambert G, Hasler U, Beggah AT, Yu C, Modyanov NN, Horisberger JD, Lelièvre L, Geering K (2000) Transport and pharmacological properties of nine different human Na,K-ATPase isozymes. J Biol Chem 275: 1976–1986. https://doi.org/10.1074/jbc.275.3.1976

  9. Dobretsov M, Hayar A, Kockara NT, Kozhemyakin M, Light KE, Patyal P, Pierce DR, Wight PA (2019) A Transgenic Mouse Model to Selectively Identify α3 Na,K-ATPase Expressing Cells in the Nervous System. Neuroscience 398: 274–294. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2018.07.018

  10. Dobretsov M, Stimers JR (2005) Neuronal function and alpha3 isoform of the Na/K-ATPase. Front Biosci 10: 2373–2396. https://doi.org/10.2741/1704

  11. Vanmolkot KRJ, Kors EE, Hottenga J-J, Terwindt GM, Haan J, Hoefnagels WAJ, Black DF, Sandkuijl LA, Frants RR, Ferrari MD, Ferrari MD, Van den Maagdenberg AMJM (2003) Novel mutations in the Na+,K+-ATPase pump gene ATP1A2 associated with familial hemiplegic migraine and benign familial infantile convulsions. Ann Neurol 54: 360–366. https://doi.org/10.1002/ana.10674

  12. Ishihara N, Inagaki H, Miyake M, Kawamura Y, Yoshikawa T, Kurahashi H (2019) A case of early onset life-threatening epilepsy associated with a novel ATP1A3 gene variant. Brain Dev 41: 285–291. https://doi.org/10.1016/j.braindev.2018.10.008

  13. de Lores Arnaiz GR, Ordieres MGL (2014) Brain Na+,K+-ATPase Activity In Aging and Disease. Int J Biomed Sci 10: 85–102.

  14. Clapcote SJ, Duffy S, Xie G, Kirshenbaum G, Bechard AR, Schack VR, Petersen J, Sinai L, Saab BJ, Lerch JP, Vilsen B, Roder JC (2009) Mutation I810N in the α3 isoform of Na+,K +-ATPase causes impairments in the sodium pump and hyperexcitability in the CNS. Proc Natl Acad Sci U S A 106: 14085–14090. https://doi.org/10.1073/pnas.0904817106

  15. Anderson TR, Huguenard JR, Prince DA (2010) Differential effects of Na+-K+-ATPase blockade on cortical layer V neurons. J Physiol 588: 4401–4414. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2010.191858

  16. Zhang D, Hou Q, Wang M, Lin A, Jarzylo L, Navis A, Raissi A, Liu F, Man H-Y (2009) Na,K-ATPase activity regulates AMPA receptor turnover through proteasome-mediated proteolysis. J Neurosci 29: 4498–4511. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.6094-08.2009

  17. Proskurina EY, Zaitsev AV (2021) Photostimulation activates fast-spiking interneurons and pyramidal cells in the entorhinal cortex of Thy1-ChR2-YFP line 18 mice. Biochem Biophys Res Commun 580: 87–92. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2021.10.002

  18. Smirnova EY, Amakhin DV, Malkin SL, Chizhov AV, Zaitsev AV (2018) Acute Changes in Electrophysiological Properties of Cortical Regular-Spiking Cells Following Seizures in a Rat Lithium–Pilocarpine Model. Neuroscience 379: 202–215. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2018.03.020

  19. Therien AG, Blostein R (2000) Mechanisms of sodium pump regulation. Am J Physiol Cell Physiol 279. https://doi.org/10.1152/ajpcell.2000.279.3.c541

  20. Silva E, Soares-da-Silva P (2012) New insights into the regulation of Na+,K+-ATPase by ouabain. Int Rev Cell Mol Biol 294: 99–132. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-394305-7.00002-1

  21. Jiao S, Johnson K, Moreno C, Yano S, Holmgren M (2022) Comparative description of the mRNA expression profile of Na+/K+-ATPase isoforms in adult mouse nervous system. J Compar Neurol 530: 627–647. https://doi.org/10.1002/cne.25234

  22. Richards KS, Bommert K, Szabo G, Miles R (2007) Differential expression of Na+/K+-ATPase alpha-subunits in mouse hippocampal interneurones and pyramidal cells. J Physiol 585: 491–505. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2007.144733

  23. Murata K, Kinoshita T, Ishikawa T, Kuroda K, Hoshi M, Fukazawa Y (2020) Region- and neuronal-subtype-specific expression of Na,K-ATPase alpha and beta subunit isoforms in the mouse brain. J Comp Neurol 528: 2654–2678. https://doi.org/10.1002/cne.24924

  24. Hu H, Gan J, Jonas P (2014) Interneurons. Fast-spiking, parvalbumin+ GABAergic interneurons: from cellular design to microcircuit function. Science 345: 1255263. https://doi.org/10.1126/science.1255263

  25. Zaitsev AV, Povysheva NV, Gonzalez-Burgos G, Rotaru D, Fish KN, Krimer LS, Lewis DA (2009) Interneuron Diversity in Layers 2–3 of Monkey Prefrontal Cortex. Cerebr Cortex 19: 1597–1615. https://doi.org/10.1093/cercor/bhn198

  26. Proskurina EY, Chizhov AV, Zaitsev AV (2022) 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 24: 195. https://doi.org/10.3390/ijms24010195

  27. McCarren M, Alger BE (1987) Sodium-potassium pump inhibitors increase neuronal excitability in the rat hippocampal slice: Role of a Ca2+-dependent conductance. J Neurophysiol 57: 496–509. https://doi.org/10.1152/jn.1987.57.2.496

  28. Pivovarov AS, Calahorro F, Walker RJ (2018) Na+/K+-pump and neurotransmitter membrane receptors. Invert Neurosci 19: 1. https://doi.org/10.1007/s10158-018-0221-7

  29. Blaustein MP, Juhaszova M, Golovina VA, Church PJ, Stanley EF (2002) Na/Ca exchanger and PMCA localization in neurons and astrocytes: functional implications. Ann N Y Acad Sci 976: 356–366. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2002.tb04762.x

  30. Sudhof TC (2004) The synaptic vesicle cycle. Annu Rev Neurosci 27: 509–547. https://doi.org/10.1146/annurev.neuro.26.041002.131412

  31. Chizhov AV, Zefirov AV, Amakhin DV, Smirnova EYu, Zaitsev AV (2018) Minimal model of interictal and ictal discharges “Epileptor-2.” PLoS Comput Biol 14: e1006186. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006186

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал