CC BY
12УДК 612.84
ФЕНОМЕН АДАПТАЦИОННОЙ ПАМЯТИ И НЕИЗВЕСТНЫЕ МЕХАНИЗМЫ АДАПТАЦИИ ФОТОРЕЦЕПТОРОВ СЕТЧАТКИ
Некрасова М. А.1, Ротов А. Ю.1, Николаева Д. А.1, Астахова Л. А.1
1 Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН, Санкт-Петербург, Россия e-mail: thymesmell1@gmail.com
Аннотация: Механизмы световой адаптации фоторецепторов в настоящий момент изучены не полностью. Ранее у палочек был открыт феномен адаптационной памяти — постепенного восстановления чувствительности к свету после умеренной фоновой засветки. В данном исследовании мы выяснили, что такой феномен существует и в колбочках, но имеет более медленную кинетику.
Ключевые слова: сетчатка, колбочки, фототрансдукция, адаптационная память.
Основные процессы фототрансдукции, происходящие внутри наружных сегментов фоторецепторов сетчатки, в настоящее время хорошо изучены. Однако, интерес для изучения представляют также механизмы адаптации, обеспечивающие нормальную работу фоторецепторов в условиях больших световых потоков. Ранее для палочек сетчатки нами был обнаружен феномен адаптационной памяти, характеризующийся постепенным медленным восстановлением чувствительности палочки к свету после выключения ненасыщающего адаптирующего света [1]. Так, восстановление темнового тока палочки после выключения ненасыщающего адаптирующего света может занимать 20—30 секунд. Наличие ряда функциональных различий между палочками и другим типом фоторецепторов — колбочками, в частности способность колбочек к эффективной световой адаптации [2], ставит вопрос о возможном наличии в них подобного феномена.
Работа была проведена на одиночных колбочках и сетчатках карася (Carassius gibelio), поскольку у рыб, в частности данного вида, доля колбочек весьма велика. Токовые ответы одиночных клеток регистрировали методом всасывающей микропипетки, от-
веты колбочек цельного фрагмента сетчатки регистрировали методом ex vivo электроретинографии (ЭРГ). Протокол записи включал оценку кривой «ответ-интенсивность» и комбинации интенсивных фоновых засветок с периодично подаваемыми короткими вспышками для оценки амплитуды ответов клетки до и после продолжительной фоновой засветки, которая в экспериментах варьировалась от 10 до 90 с, длительность всей записи с целью оценки чувствительности составляла 400—900 с (рис. 1 б).
К настоящему времени в данной серии опытов метод ex vivo ЭРГ дал более согласованные и воспроизводимые результаты; причиной тому служит не только лучшее соотношение сигнал-шум, но также и возможность наблюдения за ответами клеток гораздо более продолжительное время, поскольку целостная сетчатка холоднокровных животных способна работать в эксперименте от 1 до 5 часов, а иногда и более. Выделение ответов только фото-рецепторных клеток производилось путем добавления к раствору Рингера 10 мМ аспартата натрия, блокирующего синаптическую передачу от фоторецепторов к другим нейронам сетчатки. Таким образом, в процессе регистрации наблюдалась только а-волна ре-тинограммы, представленная ответами фоторецепторов. Ответы палочек подавлялись постоянно включенной фоновой засветкой, а колбочки стимулировались красными (А. > 635 нм) вспышками, поэтому мы полагаем, что исследуемые нами ответы генерировались только красночувствительными колбочками
Результатом эксперимента для дальнейшей интерпретации служило изменение амплитуды приблизительно полунасыщенных ответов одиночной клетки или выделенной колбочковой компоненты фрагмента сетчатки до начала и после отключения фоновой засветки (рис. 1 а). Ориентиром для оценки восстановления чувствительности до уровня, предшествующего подаче фона, служила вспышка, подаваемая перед началом засветки. После приложения примерно полунасыщающей ступеньки света длительностью 20 с к препарату сетчатки карася с выделенной колбочковой компонентой наблюдалось восстановление амплитуды ответов до предадаптационного уровня с постоянной времени ~100 с (рис. 1 в). Также мы варьировали интенсивности и длительность фоновых засветок, в настоящее время анализ зависимости скорости восстановления чувствительности колбочек от указанных двух параметров еще не закончен.
Рис. 1. Результат измерения трансретинального потенциала изолированной сетчатки карася методом ex vivo ЭРГ, представленный в виде временной
развертки амплитуд её ответов (а) при протоколе, включающем периодические вспышки с наложенным 20-секундным полунасыщающим адаптирующим фоном (б). Зависимость амплитуды ответов на одинаковые полунасыщающие (по состоянию до адаптации) вспышки после выключения адаптирующей фоновой засветки от времени (в).
Исходя из полученных нами экспериментальных данных, поведение ненасыщенных ответов красночувствительных колбочек сетчатки карася после продолжительной фоновой засветки соответствует динамике ответов палочек при сходном протоколе стимуляции, т. е. после выключения фона наблюдается постепенное восстановление фототока до темнового уровня с восстановлением амплитуд ответов на одиночные световые стимулы (рис. 1 в). Это указывает на то, что феномен адаптационной памяти в колбочках сетчатки существует. Однако, в отличие от палочек, красночув-ствительные колбочки демонстрируют более медленную кинетику (~40 с у палочек и ~100 с у колбочек), несмотря на способность к более эффективной световой адаптации.
Отметим, что такое поведение фоторецепторов демонстрирует схожесть с феноменологией последовательных образов, причины возникновения которых до сих пор остаются неизвестными. Так, медленное возвращение фототока к темновому уровню аналогично затуханию положительного последовательного образа, а возникновение негативного образа может быть обеспечено постепенным снижением чувствительности клеток к добавочным стимулам.
Исследование поддержано грантом РНФ 22—25—00591
Список литературы:
1. Ротов, А. Ю., Астахова, Л. А., Фирсов, М. Л., Говардовский, В. И., Световая адаптация палочек сетчатки, адаптационная память и последовательные образы. Российский физиологический журнал им. ИМ Сеченова. 2020, 106 (4), 462—473.
2. Говардовский В. И., Астахова Л. А., Фирсов М. Л. Специфика физиологических и биохимических механизмов возбуждения и адаптации колбочек сетчатки. Сенсорные системы. 2015, 29 (4), 296—308.
ADAPTATION MEMORY PHENOMENON AND UNKNOWN MECHANISMS OF ADAPTATION OF RETINAL PHOTORECEPTORS
Nekrasova M. A.1, Rotov A.Yu.1, Nikolaeva D. A.1, Astakhova L. A.1
1 Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, Russia e-mail: thymesmell1@gmail.com
Abstract: The mechanisms of light adaptation in photoreceptors are currently not fully understood. Earlier, the phenomenon of adaptive memory was discovered for retinal rods — a gradual restoration of sensitivity to of the light after moderate background illumination. In this study, we found that this phenomenon also exists in cones, but has a slower kinetics.
Key words: retina, cones, phototransduction, adaptation memory
