CC BY
66
УДК 611.813.14.018: 599.323.4
ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПИК-ВОЛНОВЫХ РАЗРЯДОВ ПЕРВОГО ТИПА, РЕГИСТРИРУЕМЫХ
В СОМАТОСЕНСОРНОЙ КОРЕ (ОСНОВНОМ ЭПИЛЕПТОГЕННОМ ОЧАГЕ), У КРЫС С АБСАНСНОЙ ЭПИЛЕПСИЕЙ
© А. М. Мусина
Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
Тел.: +7 (347) 273 67 76.
E-mail: [email protected]
В настоящей работе изложены результаты исследования пик-волновых разрядов (SWD) первого типа, зарегистрированных у двух групп крыс с первичной соматосенсорной коры крыс линии WAG/Rij с полиморфизмом в локусе Taq 1A гена рецептора дофамина второго типа DRD2. Условное обозначение групп крыс - А1А1 и А2А2. В результате проведенного анализа было установлено, что крысы группы А1А1 имеют достоверно большую продолжительность SWD первого типа в ЭЭГ соматосенсорной коры по сравнению с крысами группы А2А2; p < 0.001. Количество SWD первого типа в ЭЭГ крыс группы А1А1 значимо больше по сравнению с группой А2А2 (р < 0.001).
Ключевые слова: пик-волновые разряды первого типа, абсансная эпилепсия, полиморфизм DRD2.
Введение
Для абсансной эпилепсии характерны малые припадки (абсансы, «petit mal»), которые имеют высокоспецифичные поведенческие проявления и сопровождаются определенными электрофизиоло-гическими паттернами (билатеральными синхронизированными пик-волновыми разрядами). Крысы линии WAG/Rij широко используются в качестве адекватной модели для изучения механизмов генерализованной абсансной эпилепсии человека, причины возникновения которой, остаются до настоящего времени неизвестными. Согласно новой гипотезе абсансная эпилепсия является кортикоталамическим типом эпилепсии. В ее формировании принимают участие такие структуры, как кора больших полушарий с эпилептогенной зоной, вентробазаль-ное и ретикулярное ядра таламуса. При этом кортикальный фокус в первичной соматосенсорной коре является ведущим в распространении пик-волновой активности по кортикоталамическим нервным сетям в течение спонтанных абсансных судорог [1].
Известно, что дофаминергическая система вовлечена в патогенетические механизмы абсансной эпилепсии у крыс линии WAG/Rij [2]. Предполагается, что ведущую роль при этом играет изменение функционирования DRD2 [3].
Целью исследования явилась оценка влияния полиморфизма локуса Taq 1A гена рецептора дофамина второго типа (DRD2) на генерацию пик-волновых разрядов первого типа в соматосенсорной области неокортекса у крыс с абсансной эпилепсией.
Материал и методы исследования
Исследования проведены на двух группах крыс линии WAG/Rij, имеющих различия аллельной структуры локуса Taq 1A DRD2. Первая группа крыс содержала в указанном локусе DRD2 два ал-
леля А1, вторая - два аллеля А2, т.е. обе группы крыс были гомозиготными по представительству одноименных аллелей по указанному локусу. Далее эти группы крыс в данной работе обозначены как А1А1 (имеющие два аллеля А1, т.е. генотип А1А1 по локусу TAQ 1А БК02) и А2А2 (имеющие два аллеля А2, т.е. генотип А2А2 по локусу Taq 1А БЯБ2). Эти линии крыс получены на кафедре морфологии и физиологии человека и животных Башкирского государственного университета путем скрещивания гомозиготных крыс, выявленных в исходной популяции генетическим анализом локуса Taq 1А БК02 [4]. К настоящему времени крысы прошли 20 поколений, при этом их селекция проводится с учетом аудиогенной чувствительности, которая регистрируется в возрасте шести месяцев. Среди крыс группы А1А1 (аудиогенную чувствительность проявляют единичные особи) для получения потомства используются неаудиогенные особи, среди крыс А2А2 - аудиогенные, в этой группе процент аудиогенных особей от поколения к поколению возрастает и достиг к настоящему времени 95%. Это указывает на то, что выявленная повышенная аудиогенная чувствительность крыс А2А2 наследуется. В нашем эксперименте все крысы А1 А1 были неаудиогенными, А2А2 - аудиогенны-ми. Аудиогенность крыс устанавливали предъявлением звукового сигнала «звон ключей» [5], позволяющего выявить предрасположенность к аудио-генному судорожному припадку. По мнению ряда ученых аудиогенные крысы линии WAG/Rij рассматриваются как модель смешанной (мультифокальной) эпилепсии [3, 6].
Операции вживления электродов на крысах проводили в стерильных условиях. В качестве наркоза использовали хлоралгидрат в дозе 400 мг/кг. После наркотизации и местной анестезии мягких
тканей головы проводили скальпирование и вживление нихромовых электродов. Электроды устанавливали в первичную соматосенсорную кору (подобласть фронтальной коры) - поле 6 (АР-+3; ЬМ-3); в теменную кору - поле 2 (АР-0; ЬМ-5); в затылочную кору - поле 17 (АР- -6; ЬМ-3). Индифферентный электрод располагался в кости над мозжечком. После восстановительного периода (7-8 дней) производили регистрацию фоновой ЭЭГ. Запись осуществляли в программе EEGView (А. М. Спиридонов). Использовали электроэнцефалограф Bioskript 2000 (Германия), постоянная времени -
0.3 с, фильтр высокой частоты - 70 Гц, параллельно сигнал поступал в компьютер для дальнейшей обработки.
Количественные характеристики пик-волно-вых разрядов изучены с помощью визуального анализа, в процессе которого определяли следующие параметры: продолжительность пик-волнового разряда (с), пик-волновой индекс (процент времени, занятый разрядами за определенный промежуток времени, %), количество разрядов за определенный период регистрации ЭЭГ (шт.).
Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Statistica 5.5. Достоверность различий определяли с помощью параметрического критерия Стьюдента.
Результаты собственных исследований
У крыс группы А1А1 спонтанно возникающие
пик-волновые разряды имеют максимальную амплитуду комплексов пик-волна во фронтальной области коры (рис. 1).
Пик-волновые разряды крыс А1А1 характеризуются тем, что они широко генерализованы по коре (присутствуют во всех отведениях), имеют высокую амплитуду, которая в полтора-два раза превышает основной ритм ЭЭГ, длительность большинства разрядов составляет более 4 с. Такие разряды носят название разрядов первого типа [7]. У крыс группы А1А1 было зарегистрировано и проанализировано 466 разрядов 1-го типа.
Для крыс А2А2свойственны короткие разряды 1-го типа, продолжительность, которых менее 4 секунд. У данной группы крыс зарегистрировано 156 таких типичных разрядов 1-го типа (рис. 2).
Численные характеристики пик-волновых разрядов у крыс А1А1 и А2А2 представлены в таблице №1.
Приведенные в табл. 1 данные показывают,
что:
1. крысы А1 А1 имеют достоверно большую продолжительность пик-волновых разрядов по сравнению с крысами группы А2А2 ( р < 0.001);
2. Среднее количество пик-волновых разрядов на ЭЭГ, определенных за 10 минут у крыс группы А2А2 вдвое меньше (4.21 ± 0.41 против 8.6 ± 0.66), чем у крыс А1 А1, что достоверно при высоком уровне значимости (р < 0.001);
Рис. 1. Пик-волновые разряды на ЭЭГ крыс А1А1: приведена 3-канальная запись ЭЭГ (фронтальная кора, теменная кора,
затылочная кора). Калибровка - 1 с, 500 мкВ.
Рис. 2. Разряды 1-го типа на трехканальной записи электроэнцефалограммы (фронтальная кора, теменная кора, затылочная
кора) крыс группы А2А2. Калибровка - 1 с, 500 мкВ.
Таблица 1
Характеристики пик-волновых разрядов в соматосенсорной коре у крыс группы А1А1 и А2А2
Пара- метры Средняя продолжительность SWD, с Среднее количество SWD (шт.) за 10 мин Пик-волновой индекс (процент времени, занятый разрядами в одном файле регистрации ЭЭГ - 10 мин)
Крысы А1А1 А2А2 А1А1 А2А2 А1А1 А2А2
М ± m 5.6 ± 0.34 3.72 ± 0.14 8.6 ± 0.66 4.21 ± 0.41 9.5 ± 0.82 2.71 ± 0.25
T, р 4.29, р < 0.001 5.08, р < 0.001 6.71, р < 0.01
3. большая продолжительность пик-волновых разрядов и увеличение их количества у крыс А1А1 предопределяют выявленные различия в показателях пик-волнового индекса, который показывает какой процент времени занимают в сумме пик-волновые разряды на ЭЭГ за один файл регистрации - 10 мин (р < 0.01).
Обсуждение результатов
Результаты исследования показывают наличие количественных различий в характеристиках пик-волновых разрядов у двух исследованных групп крыс, имеющих различия генотипа по локусу Taq 1A DRD2. Количественные различия, проявляющиеся в выраженности пик-волновых разрядов первого типа у крыс А1 А1 и А2А2, есть следствие изменения модулирующего влияния дофаминерги-ческой трансмиссии на активность глутаматергиче-ской и Г АМКергической систем мозга.
Известно, что в формировании пик-волновых разрядов первого типа участвуют структуры кортикоталамического круга, и они являются характерным признаком абсансной эпилепсии [7-8]. Важным механизмом модуляции дофаминергической трансмиссии является различное включение в этот процесс короткой (DRD2S) и длинной (DRD2L) изоформ рецептора. Короткая изоформа локализуется преимущественно пресинаптически, длинная -постсинаптически [9-10]. Изучение двух интрон-ных локусов DRD2 rs 2283265 и rs 1076560 методом регистрации экспрессии аллелей этих локусов показало, что минорные аллели, формирующие сайты связывания SC35 (rs 2283265) and SRP40 (rs 1076560), снижают формирование короткой изоформы рецептора в пользу длинной. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии установлено, что у людей - носителей минорных аллелей этих локусов в вентральном стриату-ме, дорсолатеральной префронтальной коре и пре-моторной коре, имеет место снижение экспрессии короткой изоформы DRD2, что проявляется в успешном решении задач, позволяющих оценить рабочую память [11]. Эти результаты показывают, минорные аллели указанных локусов DRD2 связаны с низкой экспрессией короткой изоформы, а также с большей активностью человеческого стриатума человека и других регионов мозга в процессе рабочей памяти [12].
Большая выраженность пик-волновых разрядов первого типа у крыс А1А1, очевидно, связана со снижением экспрессии у этих животных короткой изоформы DRD2, и изменением в силу этого соотношения длинной и короткой изоформ, приводящей к повышению содержания внеклеточного дофамина [9, 13, 14]. Это заключение вытекает из результатов работы Zhang и соавторов [11]. Авторы по результатам изучения 23-х полиморфных локу-сов DRD2 у человека, показали, что минорные аллели (Т) двух фланкирующих 6 экзон интронных локусов (rs 2283265 и rs 1076560) этого гена, снижающие экспрессию короткой изоформы (DRD2S), находятся в неравновесию по сцеплению с минорным аллелем (Т=А1, D’=0.855) локуса Taq 1A. Эти данные подтвердили и Jocham с соавторами [15], показав наличие неравновесия по сцеплению между локусами rs1800497 and rs2283265 (D' = 0.78). Так как DRD2 у крысы на 95% гомологичен с этими генами человека [16], можно полагать, что выявленная закономерность имеет место и у крыс линии WAG/Rij.
На основе проделанной работы были сделаны следующие выводы:
1. Крысы группы А1А1 имеют достоверно большую длительность SWD в ЭЭГ соматосенсорной коры по сравнению с крысами группы А2А2; p < 0.001. Пик-волновой индекс (время, занятое разрядами) у крыс группы А2А2 достоверно ниже по сравнению с тождественным показателем у группы А1А1; p < 0.01.
2. Полиморфизм локуса Taq 1A гена рецептора дофамина второго типа DRD2, выраженный представительством аллелей А1 и А2, проявляется в особенностях электроэнцефалограммы, что позволяет говорить о большей ассоциации генотипа А1/А1 в локусе Taq 1А DRD2 с проявлением эпилептической активности на ЭЭГ соматосенсорной коры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Меерен Х. К. М., Е. Л. Дж. М. Ван Луителлаар, Ф. Х. Лопес да Сильва, Р. К. Бердиев, Н. Е. Чепурнова, С. А. Че-пурнов, А. М. Л. Кунен. // Успехи физиологических наук, 2004. 35:1: 3-19.
2. Deransart C., Riban V., Marescaux C., Depaulis A. Dopamine in the striatum modulates seizures in a genetic model of absence epilepsy in the rat // Neuroscience. 2000. V.100. P. 335-344.
3. Midzyanovskaya I. Absence and mixed forms of epilepsy in
WAG. Rij rats: characteristics and brain aminergic
modulations. I. Midzyanovskaya. Nijmegen: Nijmegen
University Press, 2006. P. 230.
4. Ахмадеев А. В. Экспериментальные подходы к исследованию роли генотипа по локусу TAQ 1A дофаминового Д2 рецептора в наркотической зависимости // Росс. Физиол. журнал им. И. М. Сеченова, 2010; Т.96:5. 513-520.
5. Kuznetsova G., Midzianovskaia, Coenen A., van Luijtelaar L. L. Mixed forms of epilepsy in a sub-population of WAG/Rij rats. In: The WAG/Rij rat model of absence epilepsy: ten years of research. Ed.G.van Luijtelaar, A. Coenen. Nijmegen: Nijmegen Univ. Press, 2000; P. 31-37.
6. Vinogradova L., Kuztetsova G., Coenen A. Audiogenic seizures accompanied by a cortico-striatal spreading depression ware are associated with a long-term suppression of spike-ware discharges/ In: The Wag/Rij model of absence epilepsy”, 2004, Nitherlands, Nijmegen Institute for Cognition and Information. P. 239-247.
7. Van Luijtelaar E. L, Coenen A.M. wo types of electrocortical paroxysms in an inbred strain of rats. // Neurosci. Lett. 1986; 70: 393-397.
8. Inoue M., Ates N., Vossen J., Coenen A. Thalamic multi-unit activity underlying spike-wave discharges in anesthetized rats. // Brain Res., 1993; 612:35-40.
9. Usiello A., Baik J.H., RougTO-Pont F., Picetti R., Dierich A., LeMeur M., Piazza P.V., Borrelli E. Distinct functions of the
two isoforms of dopamine D2 receptors. // Narure, 2000; Nov 9;408(6809):199-203.
10. Centonze D, Gubellini P, Usiello A, Rossi S, Tscherter A, Bracci E, Erbs E, Tognazzi N, Bernardi G, Pisani A. // Neuroscience. 2004; 129:157-166.
11. Zhang Y., Bertolino A., Fazio L., Blasi G., Rampino A., Romano R., Mei-Ling T. Lee, Tao Xiao, Papp A., Wang D., Sadee W. Polymorphisms in human dopamine D2 receptor gene affect gene expression, splicing, and neuronal activity during working memory. // Journal List Proc Natl Acad Sci USA v.104(51); Dec 18, 2007.
12. Blasi G., Mattay V.S., Bertolino A., Elvevag B., Callicott J.H., Das S., Kolachana B.S., Egan M.F., Goldberg T.E., Weinberger D.R. J Neurosci. // 2005; 25:5038-5045.
13. Khan Z.U., Mrzljak L, Gutierrez A, de la Calle A, Goldman-Rakic PS. Proc Natl Acad Sci USA. 1998; 95:7731-7736.
14. Bertolino A., Fazio L., Caforio G., Blasi G., Rampino A., Romano R., Di Giorgio A., Taurisano P., Papp A., Pinsonneault J., Wang D., Nardini M., Popolizio T., Sadee W. Functional variants of the dopamine receptor D2 gene modulate prefronto-striatal phenotypes in schizophrenia. Brain. 2009a; 132:417-425.
15. Jocham G., Klein T. A., Neumann J., von Cramon D.Y., Reuter M., Ullsperger M. Dopamine DRD2 polymorphism alters reversal learning and associated neural activity. J Neurosci. 2009 Mar 25;29(12):3695-704.
16. Jonathan M., Sagvolden T. Sequence analysis of DRD2, DRD4, and DAT in SHR and WKY rat strains // Behav and Brain Function. 2005. V.24. P. 112-117.
Поступила в редакцию 16.04.2011 г. После доработки - 21.11.2011 г.
