Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 р.)

Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 р.)

Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру (ГЕБ) є важливим фактором виникнення епілепсії та супутніх психоневрологічних розладів. Пошкодження ГЕБ супроводжується потраплянням компонентів крові, в тому числі тромбіну, до спинномозкової рідини. Вплив тромбіну опосередковується передусім через специфічн...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2021
1. Verfasser: Савотченко, А.В.
Format: Artikel
Sprache:Ukrainian
Veröffentlicht: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2021
Schriftenreihe:Вісник НАН України
Schlagworte:
Молоді вчені
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/178929
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 р.) / А.В. Савотченко // Вісник Національної академії наук України. — 2021. — № 1. — С. 53-61. — Бібліогр.: 37 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-178929
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1789292025-02-09T13:28:31Z Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 р.) Blood-brain barrier disfunction and development of epileptic seizures (According to the materials of scientific report at the meeting of the Presidium of the NAS of Ukraine, December 23, 2020) Савотченко, А.В. Молоді вчені Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру (ГЕБ) є важливим фактором виникнення епілепсії та супутніх психоневрологічних розладів. Пошкодження ГЕБ супроводжується потраплянням компонентів крові, в тому числі тромбіну, до спинномозкової рідини. Вплив тромбіну опосередковується передусім через специфічні протеазаактивовані рецептори (ПАР1). З використанням літій-пілокарпінової моделі нападів показано, що блокування активності ПАР1 приводить до зменшення проявів тривожної та агресивної форм поведінки у тварин з епілепсією, а також відновлює чіткі форми синаптичної пластичності гіпокампа. Загалом отримані дані свідчать про те, що ПАР1-залежна сигналізація сприяє розвитку набутої епілепсії. ПАР1 може бути новою потенційною мішенню для лікування цього розладу та супутніх патологій поведінки. Blood-brain barrier dysfunction (BBB) is an important factor to the development of epilepsy and its behavioral comorbidities. Disruption of its integrity is accompanied by the ingress of blood components, including thrombin, into the cerebrospinal fluid. The effect of thrombin is mediated mainly through its major receptor, protease-activated receptors 1 (PAR1). Using lithium-pilocarpine model of seizures, we show that downregulation of PAR1 activity reduces anxiety and aggressive behavior in epileptic rats and restores distinct forms of hippocampal synaptic plasticity in experimental model of temporal-lobe epilepsy. Taken together, our data suggest that PAR1-signaling promotes the development of acquired epilepsy. PAR1 may be a new potential target for the treatment of this disorder and associated behavioral pathologies. Автор висловлює щиру подяку за підтримку і допомогу в роботі науковому керівнику, провідному науковому співробітнику Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця О.В. Ісаєвій, керівнику відділу фізіології нейронних мереж академіку М.С. Веселовському, директору Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця академіку О.О. Кришталю, молодшому науковому співробітнику відділу фізико-хімічної біології клітинних мембран М.О. Семеніхіній. 2021 Article Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 р.) / А.В. Савотченко // Вісник Національної академії наук України. — 2021. — № 1. — С. 53-61. — Бібліогр.: 37 назв. — укр. 0372-6436 DOI: doi.org/10.15407/visn2021.01.053 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/178929 uk Вісник НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
topic Молоді вчені
Молоді вчені
spellingShingle Молоді вчені
Молоді вчені
Савотченко, А.В.
Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 р.)
Вісник НАН України
description Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру (ГЕБ) є важливим фактором виникнення епілепсії та супутніх психоневрологічних розладів. Пошкодження ГЕБ супроводжується потраплянням компонентів крові, в тому числі тромбіну, до спинномозкової рідини. Вплив тромбіну опосередковується передусім через специфічні протеазаактивовані рецептори (ПАР1). З використанням літій-пілокарпінової моделі нападів показано, що блокування активності ПАР1 приводить до зменшення проявів тривожної та агресивної форм поведінки у тварин з епілепсією, а також відновлює чіткі форми синаптичної пластичності гіпокампа. Загалом отримані дані свідчать про те, що ПАР1-залежна сигналізація сприяє розвитку набутої епілепсії. ПАР1 може бути новою потенційною мішенню для лікування цього розладу та супутніх патологій поведінки.
format Article
author Савотченко, А.В.
author_facet Савотченко, А.В.
author_sort Савотченко, А.В.
title Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 р.)
title_short Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 р.)
title_full Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 р.)
title_fullStr Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 р.)
title_full_unstemmed Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 р.)
title_sort дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні президії нан україни 23 грудня 2020 р.)
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate 2021
topic_facet Молоді вчені
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/178929
citation_txt Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру та розвиток епілептичних нападів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 р.) / А.В. Савотченко // Вісник Національної академії наук України. — 2021. — № 1. — С. 53-61. — Бібліогр.: 37 назв. — укр.
series Вісник НАН України
work_keys_str_mv AT savotčenkoav disfunkcíâgematoencefalíčnogobarêrutarozvitokepíleptičnihnapadívzamateríalaminaukovogopovídomlennânazasídanníprezidíínanukraíni23grudnâ2020r
AT savotčenkoav bloodbrainbarrierdisfunctionanddevelopmentofepilepticseizuresaccordingtothematerialsofscientificreportatthemeetingofthepresidiumofthenasofukrainedecember232020
first_indexed 2025-11-26T05:21:54Z
last_indexed 2025-11-26T05:21:54Z
_version_ 1849829117805985792
fulltext ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2021, № 1 53 ДИСФУНКЦІЯ ГЕМАТОЕНЦЕФАЛІЧНОГО БАР’ЄРУ ТА РОЗВИТОК ЕПІЛЕПТИЧНИХ НАПАДІВ За матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 23 грудня 2020 року Дисфункція гематоенцефалічного бар’єру (ГЕБ) є важливим фактором ви- никнення епілепсії та супутніх психоневрологічних розладів. Пошкоджен- ня ГЕБ супроводжується потраплянням компонентів крові, в тому числі тромбіну, до спинномозкової рідини. Вплив тромбіну опосередковується передусім через специфічні протеазаактивовані рецептори (ПАР1). З ви- користанням літій-пілокарпінової моделі нападів показано, що блокування активності ПАР1 приводить до зменшення проявів тривожної та агресив- ної форм поведінки у тварин з епілепсією, а також відновлює чіткі фор- ми синаптичної пластичності гіпокампа. Загалом отримані дані свідчать про те, що ПАР1-залежна сигналізація сприяє розвитку набутої епілепсії. ПАР1 може бути новою потенційною мішенню для лікування цього розладу та супутніх патологій поведінки. Ключові слова: гематоенцефалічний бар’єр, скронева епілепсія, гіпокамп, тромбін, синаптична пластичність. Гематоенцефалічний бар’єр (ГЕБ) є найважливішим судинним бар’єром у центральній нервовій системі. Він захищає мозок від шкідливих речовин, які циркулюють у кровоносному рус- лі, і водночас забезпечує його необхідними компонентами для функціонування мозкових структур. У сучасній нейрофізіоло- гії ГЕБ розглядається переважно не як анатомічна структура, а як функційне поняття, що характеризує певний фізіологічний механізм, який перебуває під регулюючим впливом нервової та гуморальної систем. ГЕБ є саморегульованою структурою, функціонування якої залежить головним чином від потреб нервових клітин і рівня метаболічних процесів не тільки в са- мому мозку, а й в інших органах і тканинах організму. Дослі- дження останніх років вказують на те, що дисфункція ГЕБ є невід’ємною ознакою багатьох неврологічних захворювань, САВОТЧЕНКО Аліна Володимирівна — кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник відділу фізико-хімічної біології клітинних мембран Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України doi: https://doi.org/10.15407/visn2021.01.053 54 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2021. (1) МОЛОДІ ВЧЕНІ зокрема епілепсії. Порушення цілісності ГЕБ саме по собі може сприяти розвитку епілептич- них нападів. Водночас клінічні дослідження пацієнтів демонструють судинні пошкоджен- ня, особливо відкриття ГЕБ в епілептогенних ділянках мозку. Зв’язок між ураженням ГЕБ та виникненням судом сьогодні вважається «ди- лемою курки і яйця» [1–5]. Епілепсія — це одне з найпоширеніших хро- нічних неврологічних захворювань, яке про- являється у схильності організму до раптового виникнення судомних нападів. Епілепсія може розвинутися в будь-якої людини в будь-якому віці. Понад 1 % населення планети, тобто 60 млн людей, страждають на епілепсію про- тягом життя. Однією з найчастіших причин, що виклика- ють епілепсію, є черепно-мозкова травма. Як правило, внаслідок травми відбувається по- рушення цілісності ГЕБ, яке супроводжуєть- ся внутрішньомозковим крововиливом — від- бувається потрапляння компонентів крові до спинномозкової рідини. Однак механізм, що пов’язує дисфункцію ГЕБ та розвиток хроніч- ної епілепсії, залишається нез’ясованим. Було показано, що серед різних компонентів крові, які могли б впливати на збудливість нейронів, тромбін викликає судоми одразу після потра- пляння до тканин мозку. Тромбін є ключовим «гравцем» каскаду зсідання крові. Однак тром- бін також є важливим фактором запальних, об- мінних та інших біологічних процесів. Тромбін має специфічні протеазаактивовані рецептори першого типу (ПАР1), які широко експресу- ються в нейронах та гліальних клітинах мозку. Наразі є переконливі докази того, що тромбі- нозалежна сигналізація бере участь у багатьох механізмах, важливих для нормальної роботи мозку, таких як проліферація та міграція глії, синаптична пластичність, метаболічні реакції та зміни експресії генів [6, 7]. Відомо, що епілепсія супроводжується су- путніми психоневрологічними розладами по- ведінки та когнітивних функцій внаслідок нападів та застосування протиепілептичної те- рапії. Більшість пацієнтів з хронічною епілеп- сією мають різні поведінкові розлади, зокрема біполярний розлад, депресію, тривожність. Близько 25 % дітей з діагнозом «епілепсія» ма- ють порушення інтелектуальної функції, які характеризують як «розумову відсталість». У людей, хворих на епілепсію, в 5 разів збіль- шується ризик суїциду. Дефіцит уваги та гі- перактивність спостерігаються у 4 з 10 дітей та в 1 з 5 дорослих, які страждають на епілеп- сію. Такі тяжкі супутні захворювання можуть впливати на якість життя пацієнтів та їхніх сі- мей навіть більше, ніж власне напади. З огляду на це вивчення патофізіологічних механізмів, шо лежать в основі поведінкових та когнітив- них порушень при епілепсії, є дуже важливим для розроблення відповідної терапії [1]. У наших дослідженнях ми використовували літій-пілокарпінову модель нападів, що най- більш чітко відображує порушення гематоен- цефалічного бар’єру. Усі експериментальні процедури було про- ведено згідно з Європейською конвенцією щодо захисту хребетних тварин, що викорис- товуються для дослідних та інших наукових цілей, та статтею 26 Закону України «Про за- хист тварин від жорстокого поводження» (від 21.02.2006). Для моделювання епілептичного статусу (ЕС) використовували літій-пілокарпінову модель скроневої епілепсії. Досліди проводили на щурах лінії Вістар віком 27 діб. За 20–22 год до ін’єкцій пілокарпіну внутрішньочеревно вводили хлорид літію (127 мг/кг), розведе- ний у 0,9 % розчині хлориду натрію з розра- хунку 1 мл на 1 кг маси. Ін’єкції пілокарпіну здійснювали з інтервалом 30 хв з початковою дозою 40 мг/кг та наступними дозами 10 мг/ кг. Введення пілокарпіну експериментальним тваринам припиняли після розвитку епілеп- тичних нападів 4–5 стадії (ЕС) за шкалою Ра- сіна [8]. Якщо ЕС не спостерігався після вве- дення 60 мг/кг пілокарпіну, тварину вилучали з експерименту. Епілептичні напади зупиняли через 60 хв після початку ЕС двома ін’єкціями діазепаму (20 мг/кг кожна). Через 15 хв після припинення ЕС щурам вводили селективний антагоніст ПАР1 (SCH79797, 25 мкг/кг, вну- трішньочеревно) або відповідний об’єм 0,9 % ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2021, № 1 55 МОЛОДІ ВЧЕНІ розчину NaCl. Протягом наступних 10 діб ін’єк ції антагоніста ПАР1 здійснювали один раз на день. Контрольним тваринам замість пілокарпіну вводили 0,9 % розчин хлориду на- трію в еквівалентному об’ємі. Поведінкові тести проводили через 2–3 тижні після індукції ЕС. У наших досліджен- нях було використано різні поведінкові тести для оцінки впливу блокування ПАР1 на агре- сивну та тривожну поведінку. Для щурів з епілепсією характерним є прояв агресивної поведінки. Для визначення впливу блокування ПАР1 на таку форму поведінки тварин після ЕС ми використовували тести на наближення, на доторк та на піднімання. Усіх тварин тестували у власних клітках, щоб уник- нути реакції на незнайоме середовище. Між експериментальними процедурами тварини відпочивали щонайменше 5 хв. Тести проводи- ли в порядку підвищення інтенсивності ймо- вірної емоційної реакції, щоб уникнути впливу на результати менш чутливих тестів. Шкала тестів охоплювала реакції від нейтральних до тривожних та агресивних [9]. Тест на наближення визначав характер ре- акції тварини на неживий предмет, що набли- жувався у полі її зору. Результати тесту оціню- вали за балами: тварина не реагує на предмет (нейтральна реакція, 1 бал); тварина поверта- ється у напрямку до предмета і обнюхує його (дослідницька реакція, 2 бали); тварина відхо- дить від предмета (реакція уникання, 3 бали); тварина завмирає (реакція страху, 4 бали); тва- рина стрибає геть від предмета (5 балів); тва- рина стрибає у напрямку до предмета чи напа- дає на нього (агресивна реакція, 6 балів). Тест на доторк визначав реакцію тварини на неочікуваний доторк ззаду. Результати тесту оцінювали балами: тварина не реагує на до- тик (нейтральна реакція, 1 бал); тварина обер- тається до предмета (дослідницька реакція, 2 бали); тварина відходить від предмета (3 бали); при доторканні тварина завмирає (реакція страху, 4 бали); тварина здригається від торкання і розвертається у напрямку до предмета (5 балів); тварина розвертається і відплигує геть від предмета (реакція уникан- ня, 6 балів); тварина відплигує від предмета з вокалізацією (7 балів). Тест на піднімання визначав характер реак- ції на підняття тварини експериментатором. Результати тесту оцінювали балами: тварина не реагує, піднімається дуже легко (нейтраль- на реакція, 1 бал); тварина дає себе підняти легко, але з вокалізацією (2 бали); виникають складнощі, тварина розвертається у напрямку до руки (3 бали); при підніманні тварина за- вмирає з або без вокалізації (реакція страху, 4 бали); тварину підняти важко, вона втікає від руки (реакція уникання, 5 балів); тварина за- ймає оборонну позицію, може атакувати руку (агресивна реакція, 6 балів). Отримані результати (рис. 1) демонструють позитивний ефект блокування ПАР1 на емо- ційний стан щурів через 14 днів після ЕС, але водночас попередні дані свідчать, що для хро- нічного стану (8 тижнів після ЕС) такий ефект не зберігається [10]. Тобто блокування ПАР1 істотно поліпшує стан тварин на початкових етапах розвитку хвороби. Для травматичної епілепсії висуваються ідеї щодо терапевтич- ного втручання в першу годину після травми [11], а результати щодо блокування ПАР1 гі- потетично можуть бути використані для пост- травматичної терапії пацієнтів. Зміна рівня тривожності є однією з перших ознак зміни поведінки внаслідок прогресуван- ня епілепсії, хоча рівень порушення цієї по- ведінкової характеристики може значно різ- нитися залежно від умов експерименту. Для дослідження впливу антагоністів ПАР1 на тривожну поведінку дослідних щурів ми за- стосовували тести «відкрите поле» та «припід- нятий хрестоподібний лабіринт» [12]. «Відкрите поле» являє собою камеру роз- міром 100×100 см, розкреслену на 25 квадра- тів (5×5). Квадрати поділяються на дві групи: зовнішні (16 шт. на периферії) та внутрішні (9 шт.) у центрі. На початку тесту щура поміща- ють у центр камери. За природною схильністю здорова тварина прагне, по-перше, триматися поблизу стінок камери та уникати відкритого простору, а по-друге, все ж таки дослідити нову територію. Отже, здорова тварина проводить 56 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2021. (1) МОЛОДІ ВЧЕНІ більше часу у зовнішній частині камери, зрідка виходячи у внутрішню частину [13]. «Припіднятий хрестоподібний лабіринт» являє собою два перехрещені рукави, причому один з них закритий стінками. Закритий рукав дає можливість щуру уникати яскравого світ- ла і відкритого простору, тобто проявляти за- хисну поведінку. Вихід до відкритого рукава є проявом дослідницької поведінки. Тривалість перебування щурів у різних ді- лянках лабіринту під час проведення тестів «відкрите поле» і «припіднятий хрестоподіб- ний лабіринт» ми виражали у відсотках, як співвідношення часу, проведеного твариною в конкретній ділянці лабіринту, до загальної тривалості експерименту (рис. 2). «Відкрите поле» — класичний тест на ви- значення рівня тривожності, дослідницької поведінки та локомоторної активності щурів. Відносний час перебування щурів з епілепсією у внутрішніх квадратах лабіринту був тривалі- шим, ніж в інших групах, і, хоча статистичний аналіз не показав значущої відмінності за цим показником між експериментальними група- ми, ми спостерігали тенденцію до збільшення часу, проведеного в центральній частині тесту, в групи ЕС. Відмінностей між експерименталь- ними групами в загальній відстані пройденого шляху порівняно з контрольною групою не було. Отже, отримані результати свідчать про зменшення рівня тривожності в епілептичних щурів, яким не вводили блокатор ПАР1. По- казники загальної відстані пройденого шля- ху тварин залишалися незмінними, що може свідчити про збереження загальної рухової активності, яка є проявом дослідницької по- ведінки, під час латентної стадії формування епілепсії. Одержані нами дані узгоджуються з низкою досліджень, у яких використовували пілокарпінову і каїнатну моделі нападів. Як показали експерименти, епілептичний статус у щурів викликає зниження рівня тривожності [14]. Подібна анксіолітична поведінка також спостерігалася у щурів з вентральним уражен- ням гіпокампа. Ця зона більш вразлива під час скроневої епілепсії, ніж інші відділи лімбічної системи. У тесті «припіднятий хрестоподібний лабі- ринт» група щурів з ЕС без блокатора ПАР1 продемонструвала значне збільшення часу, проведеного у відкритих рукавах лабірин- ту, порівняно з контрольною групою тварин Рис. 1. Вплив блокування протеазаактивованого рецептора першого типу (ПАР1) на емоційну збудливість до- слідних тварин: а — тест на наближення; б — тест на доторк; в — тест на піднімання; * P < 0,05, ** P < 0,005 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2021, № 1 57 МОЛОДІ ВЧЕНІ (рис. 2б). В експерименті не було виявлено значущої зміни часу, проведеного у відкритих рукавах, у дослідній групі з блокатором ПАР1 порівняно з контрольною групою, що свідчить про нормалізацію тривожної поведінки. Ціка- во, що в нашому попередньому дослідженні, проведеному на хронічній стадії епілептоге- незу, інгібування ПАР1 відновило рівень три- вожної поведінки в епілептичних щурів, що дає змогу припустити постійний характер змін поведінки, пов’язаних зі зниженням регуляції ПАР1-сигналізації [15]. Наші результати узго- джуються з попередніми даними на моделях церебральної ішемії та моделі травматичного ураження мозку і дозволяють запропонувати ПАР1 як мішень при лікуванні поведінкових та когнітивних порушень унаслідок травми мозку різного характеру [16, 17]. Залучення певних ділянок мозку тварин під час проходження тестів у «відкритому полі» та «припіднятому хрестоподібному лабіринті» не повністю зрозуміле. Показано, що такі струк- тури лімбічної системи, як мигдалеподібний комплекс, гіпокамп та енторинальна кора, пов’язані між собою та з вищими неокорти- кальними ділянками, відіграють важливу роль у тривожній, неприязній та дослідницькій ді- яльності як певних проявах поведінки тварин під час таких випробувань. Лімбічна система важлива в патофізіології скроневої епілепсії зі змінами, які відбуваються в структурах, що складають цю ділянку мозку на молекуляр- ному, клітинному та мережевому рівнях [18]. Порушення внутрішньомозкового мікросере- довища, ураження нейронів та запальні проце- си у скроневих ділянках через первинну моз- кову травму призводять до нейропластичних змін, які лежать в основі епілептогенезу. Ми дослідили вплив інгібування ПАР1 на про- цеси синаптичної пластичності. Пластичність нейронних зв’язків є невід’ємною ознакою нервової системи. Завдяки пластичності може змінюватися структура та активність ней рон- них мереж у відповідь на дію численних фак- торів зовнішнього та внутрішнього сере до- вища. Механізми синаптичної пластичності, тобто здатність нейронів до змінення функції внаслідок адаптації, є одним з актуальних пи- тань сучасної нейрофізіології. В основі явища пластичності нервової системи лежать проце- си модуляції передачі сигналів через синапси. Синаптична пластичність модифікує зв’язок між конкретними нейронами, активність ло- кальних нейронних мереж та взаємозв’язки між окремими системами мозку [19]. З використанням електрофізіологічних ме- тодів відведення польових позаклітинних по- тенціалів ми досліджували вплив пригнічення активності ПАР1 на викликані постсинаптич- ні потенціали (ВПСП) у радіальному шарі ді- лянки СА1 гіпокампа [12]. Ми вивчали зміни довготривалої потенці- ації у контрольних та епілептичних тварин у Рис. 2. Вплив індукції ЕС та блокування ПАР1 на три- вожну поведінку дослідних щурів: а — час, проведений щурами у центральній частині установки тесту «від- крите поле»; б — час, проведений у закритих рукавах тесту «припіднятий хрестоподібний лабіринт» 58 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2021. (1) МОЛОДІ ВЧЕНІ відповідь на блокування ПАР1. Довготривала потенціація — це довгострокове підвищення ефективності синаптичної передачі нейронів, що є результатом їх синхронної стимуляції. Припускається, що підвищення ефективнос- ті зв’язку здійснюється за рахунок зростання чутливості постсинаптичної клітини до сигна- лів, отриманих від пресинаптичної (рис. 3). Довготривала потенціація у відповідь на високочастотне стимулювання колатералей Шаффера була значно знижена в групі щурів з ЕС. Тимчасові та постійні зміни в довгостроко- вій синаптичній пластичності в лімбічній сис- темі було показано за допомогою різних моде- лей нападів [20–22]. Повторні електроконвуль- сивні судоми знижують здатність індукувати N-метил-D-аспартат-рецептор (NMDA)-за леж- ної довготривалої потенціації і погіршують просторове навчання [23]. Судоми, викликані на початку розвитку, призводять до хронічно- го дефіциту здатності до просторового навчан- ня та модуляції експресії NMDA-рецепторів у мозку щурів [24]. Зниження рівня довготрива- лої потенціації було також продемонстровано за допомогою кіндлінгової моделі нападів у щурів [25]. Ці дані відповідають дослідженням на зразках пацієнтів, що показують зниження NMDA-залежної довготривалої потенціації у пацієнтів з епілепсією, фокус якої розташова- ний у гіпокампі [26]. Результати свідчать, що підвищення збудливості нейронної мережі в епілептичному мозку приводить до зміни си- наптичної ефективності та зниження здатності до пластичності, зокрема довготривалої по- тенціації, що може відігравати помітну роль у патофізіології епілепсії та поведінкових і пси- хічних супутніх захворювань. У нашому дослідженні інгібування ПАР1 іс- тотно впливало на синаптичну пластичність у групі щурів з ЕС. Ці дані свідчать про те, що ПАР1-залежна сигналізація може відігравати допоміжну, але не обов’язкову роль у регуля- ції синаптичної пластичності за нормальних умов і набуває вирішального значення після ЕС. Роль тромбіну та його рецепторів у ЦНС стає все більш очевидною. Було показано, що тромбін, його попередник протромбін та його рецептори експресуються нейронами та глі- альними клітинами в різних ділянках мозку і регулюють численні функції в ЦНС [27–29]. У малих концентраціях тромбін може вплива- ти на мітоз гліальних клітин, зростання кіль- кості мотонейронів, підсилювати ріст і розга- луження нейритів, життєздатність нейронів кори і захищати від ексайтотоксичного ура- ження [30–32]. Порушення цілісності ГЕБ, яке виникає невдовзі після індукованого пілокар- піном ЕС, приводить до значного підвищення рівня тромбіну в СА1-ділянці гіпокампа, яку пропонується вважати джерелом виникнення епілептогенної нейронної мережі. Показано, що навіть невелике підвищення концентрації тромбіну може бути достатнім для значної потенціації NMDA-рецепторів [33]. Більше того, застосування тромбіну несуттєво збільшувало реакції NMDA-рецепторів у ней- ронах мишей лінії C57Bl/6, у яких рецептор ПАР1 був генетично видалений, що вказує на участь ПАР1 в індукованій тромбіном потенці- ації функції NMDA-рецепторів [34]. Запропо- новано різні механізми впливу ПАР1-залежної сигналізації на NMDA-рецептори. Було пока- зано, що астроцитарне ПАР1-опосередковане вивільнення глутамату активує NMDA-ре цеп- тори на сусідніх нейронах у культурі та індукує APV-чутливий внутрішній струм у ней ро нах CA1 у зрізах гіпокампа [35]. ПАР1 також може Рис. 3. Зміни у процесах довготривалої пластичності у радіальному шарі СА1-ділянки гіпокампа контроль- них та епілептичних щурів унаслідок блокування ПАР1 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2021, № 1 59 МОЛОДІ ВЧЕНІ безпосередньо активувати NMDA-рецеп то- ри посиленням Src-опосередкованого фос- форилювання тирозину [36]. Потенціювання NMDA-ре цеп торів може своєю чергою поси- лювати опосередковану глутаматом ек сай то- ток сичність та нейродегенерацію. Оскільки довготривала потенціація синаптичного шля- ху колатералей Шаффера до СА1-ділянки гі- покампа залежить від NMDA [37], ми припус- каємо, що вплив інгібування ПАР1 на синап- тичну пластичність гіпокампа можна принай- мні частково пояснити ослабленням впливу ЕС-індукованого збільшення рівня тромбіну на функціонування NMDA-рецепторів, що тим самим зменшує їх ексайтотоксичну дію. Це припущення підкріплюється нашим попе- реднім дослідженням про нейропротекторний ефект пригнічення ПАР1 після ЕС [5]. Ви- значення впливу епілептогенезу на показни- ки довготривалої синаптичної потенціації та впливу фармакологічної блокади ПАР1 на цей процес свідчить про зниження рівня довготри- валої потенціації у щурів з епілептичним ста- тусом, що узгоджується з даними досліджень, проведених на дорослих тваринах та у випадку хронічної епілепсії в постстатусних моделях цього захворювання. Водночас фармакологіч- на блокада ПАР1 не впливала на контрольних тварин, але статистично достовірно відновлю- вала рівень довготривалої потенціації у щурів з епілептичним статусом. Інгібування ПАР1 відновлює чіткі форми синаптичної пластич- ності гіпокампа в експериментальній моделі генералізованих судом. Загалом наші дані свідчать про важливу роль ПАР1 у синаптичних та поведінкових змінах, спричинених епілептогенезом, і дають нове розуміння клітинних механізмів, що лежать в основі пов’язаних з епілепсією порушень по- ведінки. Також ми провели експерименталь- не дослідження впливу селективного анта- гоніста ПАР1 на збудливу поведінку щурів з ЕС. Показано, що інгібування ПАР1 виявляє ней ро протекторні властивості в ділянці СА1 гіпокампа, зменшує кількість та тривалість ре- курентних неспровокованих нападів, знижує смертність щурів. Отримані експериментальні дані дозволяють розглядати ПАР1 як нову по- тенційну мішень у терапії епілепсії та супутніх психоневрологічних розладів. Автор висловлює щиру подяку за підтримку і допомогу в роботі науковому керівнику, про- відному науковому співробітнику Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця О.В. Ісаєвій, ке- рівнику відділу фізіології нейронних мереж ака- деміку М.С. Веселовському, директору Інсти- туту фізіології ім. О.О. Богомольця академіку О.О. Кришталю, молодшому науковому співро- бітнику відділу фізико-хімічної біології клітин- них мембран М.О. Семеніхіній. REFERENCES [СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ] 1. Semenikhina M., Bogovyk R., Fedoriuk M., Stasyshyn O., Savotchenko A., Isaeva E. Protease-activated receptor 1 inhibition does not affect the social behavior after status epilepticus in rat. Fiziol Zh. 2018. 64(6): 17–22. DOI: https:// doi.org/10.15407/fz64.06.017 2. Fabene P.F., Navarro Mora G., Martinello M., Rossi B., Merigo F., Ottoboni L., Bach S., Angiari S., Benati D., Cha- kir A., Zanetti L., Schio F., Osculati A., Marzola P., Nicolato E., Homeister J.W., Xia L., Lowe J.B., McEver R.P., Os- culati F., Sbarbati A., Butcher E.C., Constantin G. A role for leukocyte-endothelial adhesion mechanisms in epilepsy. Nat. Med. 2008. 14(11): 1377–1383. DOI: https://doi.org/10.1038/nm.1878 3. Marchi N., Granata T., Freri E., Ciusani E., Ragona F., Puvenna V., Teng Q., Alexopolous A., Janigro D. Efficacy of anti-inflammatory therapy in a model of acute seizures and in a population of pediatric drug resistant epileptics. PLoS One. 2011. 6: e18200. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0018200 4. Van Vliet E.A., Otte W.M., Wadman W.J., Aronica E., Kooij G., De Vries H.E., Dijkhuizen R.M., Gorter J.A. Blood- brain barrier leakage after status epilepticus in rapamycin-treated rats II: Potential mechanisms. Epilepsia. 2016. 57(1): 70–78. DOI: https://doi.org/10.1111/epi.13245 60 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2021. (1) МОЛОДІ ВЧЕНІ 5. Isaev D., Lushnikova I., Lunko O., Zapukhliak O., Maximyuk O., Romanov A., Skibo G.G., Tian C., Holmes G.L., Isaeva E. Contribution of protease-activated receptor 1 in status epilepticus-induced epileptogenesis. Neurobiol. Dis. 2015. 78: 68–76. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nbd.2015.03.026 6. Macfarlane S.R., Seatter M.J., Kanke T., Hunter G.D., Plevin R. Proteinase-activated receptors. Pharmacol. Rev. 2001. 53(2): 245–282. 7. Isaeva E., Hernan A., Isaev D., Holmes G.L. Thrombin facilitates seizures through activation of persistent sodium current. Ann. Neurol. 2012. 72: 192–198. DOI: https://doi.org/10.1002/ana.23587 8. Racine R.J. Modification of seizure activity by electrical modification of after-discharge. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1972. 32(3): 281–294. DOI: https://doi.org/10.1016/0013-4694(72)90176-9 9. Semenikhina M., Bogovik R., Fedoryuk M., Lunko О., Savotchenko A., Isaeva E. Pharmacological blockade of pro- tease-activated receptors 1 normalizes emotional excitability of rats in the latent stage of the formation of temporal lobe epilepsy. Fiziol. Zh. 2019. 65(3): 7–11. DOI: https://doi.org/10.15407/fz65.03.007 10. Lunko O.O., Bogovyk R.I., Fedoriuk M.P., Semenets G.S., Isaeva E.V. The protease-activated receptor 1 inhibition during epileptogenesis does not alter behavioral excitability in rats. Fiziol. Zh. 2018. 64(2): 12–18. DOI: https://doi. org/10.15407/fz64.02.012 11. Temkin N.R., Dikmen S.S., Anderson G.D., Wilensky A.J., Holmes M.D., Cohen W., Newell D.W., Nelson P., Awan A. Valproate therapy for prevention of posttraumatic seizures: a randomized trial. J. Neurosurg. 1999. 91(4): 593–600. DOI: https://doi.org/10.3171/jns.1999.91.4.0593 12. Semenikhina M., Bogovyk R., Fedoriuk M., Nikolaienko O., Alkury L.T., Savotchenko A., Krishtal O., Isaeva E. Inhi- bition of protease-activated receptor 1 ameliorates behavioral deficits and restores hippocampal synaptic plasticity in a rat model of status epilepticus. Neurosci. Lett. 2019. 692: 64–68. DOI: https://doi.org/10.1016/j.neulet.2018.10.058 13. Savotchenko A., Semenikhina M., Krasnianchuk I., Bogovyk R., Honcharova A., Isaeva E. Behavioral consequences of enterobiasis in rats. Fiziol. Zh. 2019. 65(1): 20-25. DOI: https://doi.org/10.15407/fz65.01.020 14. Inostroza M., Cid E., Menendez de la Prida L., Sandi C. Different emotional disturbances in two experimental models of temporal Lobe Epilepsy in rats. PLoS One. 2012. 7. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0038959 15. Bogovyk R., Lunko O., Fedoriuk M., Isaev D., Krishtal O., Holmes G.L., Isaeva E. Effects of protease-activated recep- tor 1 inhibition on anxiety and fear following status epilepticus. Epilepsy Behav. 2017. 67(2): 66–69. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.yebeh.2016.11.003 16. Wang J., Jin H., Hua Y., Keep R.F., Xi G. Role of protease-activated receptor-1 in brain injury after experimental global cerebral ischemia. Stroke. 2012. 43(9): 2476–2482. DOI: https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.112.661819 17. Itzekson Z., Maggio N., Milman A., Shavit E., Pick C.G., Chapman J. Reversal of trauma-induced amnesia in mice by a thrombin receptor antagonist. J. Mol. Neurosci. 2014. 53: 87–95. DOI: https://doi.org/10.1007/s12031-013-0200-8 18. Curia G., Lucchi C., Vinet J., Gualtieri F., Marinelli C., Torsello A., Costantino L., Biagini G. Pathophysiogenesis of mesial temporal lobe epilepsy: is prevention of damage antiepileptogenic. Curr. Med. Chem. 2014. 21(6): 663–688. DOI: https://doi.org/10.2174/0929867320666131119152201 19. Savotchenko A., Romanov A., Isaev D., Maximyuk O., Holmes G., Isaeva E. Neuraminidase inhibition primes short- term depression and suppresses long-term potentiation of synaptic transmission in the rat hippocampus. Neural Plast. 2015. Article ID 908190. DOI: https://doi.org/10.1155/2015/908190 20. Pena F., Bargas J., Tapia R. Paired pulse facilitation is turned into paired pulse depression in hippocampal slices after epilepsy induced by 4-aminopyridine in vivo. Neuropharmacology. 2002. 42(6): 807–812. DOI: https://doi. org/10.1016/S0028-3908(02)00024-2 21. El-Hassar L., Esclapez M., Bernard C. Hyperexcitability of the CA1 hippocampal region during epileptogenesis. Epilepsia. 2007. 48(5): 131–139. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1528- 1167.2007.01301.x 22. Schubert M., Siegmund H., Pape H.-C., Albrecht D. Kindling-induced changes in plasticity of the rat amygdala and hippocampus. Learn. Mem. 2005. 12(5): 520–526. DOI: https://doi.org/10.1101/lm.4205 23. Reid I.C., Stewart C.A. Seizures, memory and synaptic plasticity. Seizure. 1997. 6(5): 351–359. DOI: https://doi. org/10.1016/S1059-1311(97)80034-9 24. Bo T., Jiang Y., Cao H., Wang J., Wu X. Long-term effects of seizures in neonatal rats on spatial learning ability and N- methyl-D-aspartate receptor expression in the brain. Brain Res. Dev. Brain Res. 2004. 152(2): 137–142. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.devbrainres.2004.06.011 25. Leung L.S., Wu C.P. Kindling suppresses primed-burst-induced long-term potentiation in hippocampal CAI. Neuro- report. 2003. 14(2): 211–214. DOI: https://doi.org/10.1097/01.wnr.0000054957.21656.44 26. Beck H., Goussakov I.V., Lie A., Helmstaedter C., Elger C.E. Synaptic plasticity in the human dentate gyrus. J. Neu- rosci. 2000. 20(18): 7080–7086. DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.20-18-07080.2000 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2021, № 1 61 МОЛОДІ ВЧЕНІ 27. Arai T., Miklossy J., Klegeris A., Quo J.P., McGeer P.L. Thrombin and prothrombin are expressed by neurons and glial cells and accumulate in neurofibrillary tangles in Alzheimer disease brain. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2006. 65(1): 19–25. DOI: https://doi.org/10.1097/01.jnen.0000196133.74087.cb 28. Striggow F., Riek-Burchardt M., Kiesel A., Schmidt W., Henrich-Noack P., Breder J., Krug M., Reymann K.G., Rei- ser G. Four different types of protease-activated receptors are widely expressed in the brain and are up-regulated in hippocampus by severe ischemia. Eur. J. Neurosci. 2001. 14(4): 595–608. DOI: https://doi.org/10.1046/j.0953- 816x.2001.01676.x 29. Wang H., Ubl J.J., Reiser G. Four subtypes of protease-activated receptors, co-expressed in rat astrocytes, evoke dif- ferent physiological signaling. Glia. 2002. 37(1): 53–63. DOI: https://doi.org/10.1002/glia.10012 30. Garcia P.S., Ciavatta V.T., Fidler J.A., Woodbury A., Levy J.H., Tyor W.R. Concentration-Dependent Dual Role of Thrombin in Protection of Cultured Rat Cortical Neurons. Neurochem. Res. 2015. 40(9): 2220–2229. DOI: https:// doi.org/10.1007/s11064-015-1711-1 31. Turgeon V.L., Milligan C.E., Houenou L.J. Activation of the protease-activated thrombin receptor (PAR)-1 induc- es motoneuron degeneration in the developing avian embryo. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 1999. 58(5): 499–504. DOI: https://doi.org/10.1097/00005072-199905000-00009 32. Wang H., Ubl J.J., Stricker R., Reiser G. Thrombin (PAR-1)-induced proliferation in astrocytes via MAPK involves multiple signaling pathways. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2002. 283(11): 1351–1364. DOI: https://doi.org/10.1152/ ajpcell.00001.2002 33. Gingrich M.B., Junge C.E., Lyuboslavsky P., Traynelis S.F. Potentiation of NMDA receptor function by the serine prote- ase thrombin. J. Neurosci. 2000. 20(12): 4582–4595. DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.20-12-04582.2000 34. Almonte A.G., Qadri L.H., Sultan F.A., Watson J.A., Mount D.J., Rumbaugh G., Sweatt J.D. Protease-activated re- ceptor-1 modulates hippocampal memory formation and synaptic plasticity. J. Neurochem. 2013. 124(1): 109–122. DOI: https://doi.org/10.1111/jnc.12075 35. Lee C.J., Mannaioni G., Yuan H., Woo D.H., Gingrich M.B., Traynelis S.F. Astrocytic control of synaptic NMDA receptors. J. Physiol. 2007. 581(3): 1057–1081. DOI: https://doi.org/10.1113/jphysiol.2007.130377 36. Duan Z.-Z., Zhang F., Li F.-Y., Luan Y.-F., Guo P., Li Y.-H., Liu Y., Qi S.-H. Protease activated receptor 1 (PAR1) enhances Src-mediated tyrosine phosphorylation of NMDA receptor in intracerebral hemorrhage (ICH). Sci. Rep. 2016. 6: 29246. DOI: https://doi.org/10.1038/srep29246 37. Nicoll R.A., Malenka R.C. Expression mechanisms underlying NMDA receptor-dependent long-term potentiation. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1999. 868(1): 515–525. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1999.tb11320.x Alina V. Savotchenko Bogomoletz Institute of Physiology of the National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5276-430X BLOOD-BRAIN BARRIER DISFUNCTION AND DEVELOPMENT OF EPILEPTIC SEIZURES According to the scientific report at the meeting of the Presidium of the NAS of Ukraine, December 23, 2020 Blood-brain barrier dysfunction (BBB) is an important factor to the development of epilepsy and its behavioral comorbidities. Disruption of its integrity is accompanied by the ingress of blood components, including thrombin, into the cerebrospinal fluid. The effect of thrombin is mediated mainly through its major receptor, protease-activated receptors 1 (PAR1). Using lithium-pilocarpine model of seizures, we show that downregulation of PAR1 activity reduces anxiety and aggressive behavior in epileptic rats and restores distinct forms of hippocampal synaptic plasticity in experimental model of temporal-lobe epilepsy. Taken together, our data suggest that PAR1-signaling promotes the development of acquired epilepsy. PAR1 may be a new potential target for the treatment of this disorder and associated behavioral pathologies. Keywords: blood-brain barrier, temporal-lobe epilepsy, hippocampus, thrombin, synaptic plasticity.

Ähnliche Einträge