Нейронная и синаптическая пластичность при трансплантации

З.Н.Журавлева, Т.А.Кудина

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино-на-Оке, Россия

Возможность нейротрансплантатов включаться в интегративную деятельность мозга определяется способностью клеточных элементов нервной ткани к морфофункциональным пластическим преобразованиям. В условиях трансплантации реализуются как бы две формы пластичности: (1) онтогенетическая, связанная с дифференцировкой донорской эмбриональной ткани в необычном для неё тканевом микроокружении, и (2) регенеративная, которая происходит в зрелой ткани мозга животного-реципиента, принимающего трансплантат. Наиболее важным представляется исследование соотношения пластичности и детерминированности развития, а также оценка степени специфичности устанавливаемых функциональных взаимодействий между тканями донора и реципиента.

Целью настоящей работы является изучение возможности формирования функциональных контактов трансплантированными нейронами с несвойственными им в норме клеточными элементами и выявление ультраструктурных особенностей таких синаптических комплексов. Для этого использовали гетеротопическую трансплантацию эмбриональной закладки зубчатой фасции в соматосенсорную область неокортекса взрослых крыс. В норме эти две области мозга ни анатомически, ни функционально непосредственно не связаны. Кроме того, синаптические окончания гранулярных нейронов зубчатой фасции имеют яркие морфологические характеристики, что позволяет их идентифицировать на ультраструктурном уровне, как в самом трансплантате, так и в неокортексе реципиента.

Результаты исследования показывают, что внутри трансплантатов гранулярные нейроны зубчатой фасции в отсутствие естественных клеточных мишеней (пирамидных нейронов поля СА3 гиппокампа) формируют атипичные синаптические связи с собственными перикарионами и дендритами разного диаметра, а также с имеющимися в донорской ткани интернейронами. В качестве постсинаптических клеточных мишеней в мозге реципиента прорастающие из трансплантатов аксоны используют пирамидные нейроны соматосенсорной области неокортекса. При этом они занимают не только вакантные локусы, образованные в результате операции, но и индуцируют формирование новых мест для контактирования (глубокие соматические инвагинации, дополнительные дендритные ветви, микровыросты и разветвленные шипы). В условиях трансплантации синаптические окончания аксонов гранулярных нейронов зубчатой фасции воспроизводят свои основные морфологические особенности. Они, как и in situ, имеют гигантские размеры терминали (до 5 – 6 мкм), характерные состав и упаковку синаптических везикул, множественные пресинаптические митохондрии, два типа функциональных комплексов: интратерминальные асимметричные синаптические контакты с дендритными шипиками и симметричные адгезивные соединения с поверхностью дендритов. Вместе с тем синаптические окончания на неадекватных мишенях отличает от таковых в норме наличие ростовых везикул, увеличенное число пептидергических гранул и частое расположение последних около активных зон. В дендритных шипиках присутствуют рибосомы, полисомы, единичные цистерны гладкого эндоплазматического ретикулума и другие органеллы, участвующие в локальном синтезе белков. Типичный для гигантских синапсов in situ шипиковый аппарат в трансплантатах наблюдается очень редко. Адгезивные десмосомоподобные контакты имеют увеличенную по сравнению с нормой протяженность, а иногда с поверхности дендрита распространяются и на ножку дендритного шипика. Около таких контактов со стороны пресинапса никогда не наблюдаются синаптические везикулы, но присутствуют многочисленные профили митохондрий, а со стороны постсинаптического дендрита концентрируются цистерны гладкого и шероховатого эндоплазматического ретикулума. Это свидетельствует о возрастании роли метаболических коммуникаций в синапсах с атипичными нейронными структурами.

Таким образом, результаты показывают, что даже при гетеротопической трансплантации ткани донора и реципиента функционально объединяются, сочетая высокую степень детерминированности и значительные способности к пластическим адаптационно-компенсаторным перестройкам. Однако возможность установления синаптических связей с неспецифическими клеточными мишенями может приводить к формированию патологических нейронных сетей в мозге.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты № № 00-04-48228 и  03-04-48782).