Динамика ацетилхолиновых рецепторов при развитии депрессии холиночувствительности командных нейронов виноградной улитки Мурзина Г.Б. Лаборатория математической нейробиологии обучения

Общая схема динамики рецепторов

Исследования депрессии холиночувствительности нейронов

Задача исследования: 1. Создание математической модели, описывающей динамические процессы с участием внесинаптических ацетилхолиновых рецепторов при аппликации медиатора. 2. Оценка параметров модели, обеспечивающих наилучшее соответствие расчетных и экспериментальных кривых. 3. Определение процессов, на которые влияют исследованные протеинкиназы и протеинфосфатазы. 4. Выяснить влияние латеральной диффузии мембранных рецепторов на депрессию холиночувствительности нейронов.

Общая схема модели сомы нейрона, в центр которой апплицировали медиатор

Экспериментальная и расчетная кривые

Общая схема влияния исследуемых протеинкиназ на внутриклеточные процессы, лежащие в основе депрессии

Общая схема влияния исследуемых протеинфосфатаз на внутриклеточные процессы, лежащие в основе депрессии

Изменение плотности мембранных рецепторов U(r,t) в зависимости от расстояния r от точки аппликации медиатора с течением времени t

Зависимость уровня депрессии от коэффициента латеральной диффузии

Выводы 1. Показано в какой степени исследованные протеинкиназы и протеинфосфатазы влияют на различные стадии транспортного процесса ацетилхолиновых рецепторов: на транспорт по мембране к месту формирования везикул, на эндоцитоз и экзоцитоз рецепторов. 2. Воздействие протеинкиназ и протеинфосфатаз влияет преимущественно на скорость выработки депрессии холиночувствительности нейронов, а скорость латеральной диффузии рецепторов на мембране - на уровень депрессии. 3. Время восстановления чувствительности нейрона к медиатору определяется латеральной диффузией рецепторов. Благодарю за внимание

Расчетные кривые числа мембранных рецепторов при воздействии ингибиторов серин/треониновых и тирозиновых протеинкиназ. Число мембранных рецепторов, определяющих депрессию АХ-тока вингибиторов ПКА (2), СаМКII (3) и ПКG (4). контроле (1) и после воздействий Число мембранных рецепторов, определяющих депрессию АХ-тока в контроле (1) и после воздействий ингибиторов МАПК (2), тирозиновой Src-киназы (3) и ТирПК (4). А

Расчетные кривые числа мембранных рецепторов при действии токсинов, нарушающих функцию актиновых микрофиламентов цитоскелета. А - контроль (без фармакологических воздействий и после внеклеточной аппликации 0.1% ДМСО, кривые совпадают); Б, В - после воздействий цитохалазина В (Б) и фаллоидина (В). Расчетные кривые числа мембранных рецепторов при воздействии ингибиторов серин/треониновых протеинфосфатаз. А – в контроле; Б - после воздействий ингибитора РР2А - эндотала; В - после воздействий ингибитора РР1 и PP2A - окадаевой кислоты; Г - после воздействий ингибитора РР2В – циперметрина; Д - после воздействий ингибитора РР2С -ССТ007093; Е - после воздействий ингибитора ТирРР - дефостатина.

Расчетные кривые числа мембранных рецепторов, определяющих депрессию АХ-тока: 1 – без фармакологических воздействий; 2 – при действии ДМСО (новый контрольный уровень депрессии АХ-тока); 3 и 4 – при воздействии Ехо 1 только на транспорт рецепторов из эндоплазматического ретикулума к аппарату Гольджи (3) и при предполагаемом воздействии Ехо 1 также на транспорт рецепторов к мембране (4). Расчетные кривые количества мембранных рецепторов при воздействии блокаторов динамин-зависимого эндоцитоза и тубулина. в контроле (А) и после воздействий ингибиторов динамина (динасора – Б, ДИП – В) и тубулина (винбластина – Г, колхицина – Д).

Расчетные кривые суммарного ответа нейрона при наличие латеральной диффузии мембранных рецепторов

Блок - схема электрофизиологической установки для регистрации трансмембранных токов нейронов виноградной улитки методом двухэлектродной фиксации потенциала на мембране [ Москвитин, Пивоваров, 2004]

Значения параметров модели 1) Порядок времени эндоцитоза, экзоцитоза рецепторов. 2) 3) Выбирались таким образом, чтобы совпадали расчетные и экспериментальные кривые выработки депрессии и восстановления ответа нейрона. 4) 5) Брались усредненные значения скорости активации и инактивации ферментов, к которым относятся протеинкиназы. 6) Выбирался таким образом, чтобы коэффициент диффузии рецепторов можно было уменьшать в 10 раз. Название параметров моделиСимволЗначение константы Единицы измерен. Источник коэффициент диффузии медиатораDMDM 7, см 2 с -1 Kleine J.et all (1996) коэффициент латеральной диффузии рецепторов D0D0 0,01÷0,1мкм 2 с -1 Earnshaw B.A., Bressloff B.A. (2006) константа скорости эндоцитоза рецепторов k10k10 0,1мин -1 Earnshaw B.A., Bressloff B.A. (2006) константа скорости экзоцитоза рецепторов k20k20 0,03мин -1 Earnshaw B.A., Bressloff B.A. (2006) константа скорости транспорта рецепторов из эндосом в лизосомы k3k3 0,05мин -1 Earnshaw B.A., Bressloff B.A. (2006) скорость поступления вновь синтезированных рецепторов V0V0 0,5мин -1 В данной работе 1) радиус сомы нейронаL100мкмМахновский Д.А. и др. (2011) константа скорости увеличения активности вещества В i β i i=1 i= мин -1 В данной работе 2) константа скорости спада активности вещества В i i=1 i=2 0,4 1 мин -1 В данной работе 3) константа скорости активации вещества Z k5k5 1мин -1 В данной работе 4) константа скорости уменьшения активности вещества Z k4k4 0,5мин -1 В данной работе 5) коэффициент влияния актиновой решетки на мобильность рецепторов m9В данной работе 6) суммарное количество аппликаций медиатора в серии N10штукМахновский Д.А. и др. (2011)

The ratio of receptors displacement constants control quantities k 1, k 3 and k 4 to their relative quantities under inhibitors effect.