Диссертация

В работе впервые проведено комплексное исследование изменения активности соматосенсорной коры мыши при локомоции, включающее анализ ответов на локомоцию астроцитов, нейронов и кровеносных сосудов, формирующих единую морфофункциональную систему. Впервые в данной работе в условиях in vivo нам удалось выявить принципиальные отличия Ca2+ и метаболических ответов астроцитов и нейронов на локомоцию. Для детального анализа Ca2+ активности мы предложили использовать дополнительные к интегральной характеристике ∆F/F параметры: активную площадь, среднюю площадь Ca2+ сегмента и плотность Ca2+ сегментов. Мы обнаружили, что данные параметры обладают различной временной динамикой при ответе астроцитов на локомоцию. Пространственный паттерн Ca2+ ответа популяции астроцитов был сходным для различных локомоторных эпизодов. В дополнительной серии экспериментов по регистрации Са2+ динамики в астроцитах гиппокампа мы показали, что Са2+ активность может иметь не связанный с локомоцией компонент. Мы проследили развитие Са2+ ответа на уровне отдельного астроцита и выявили, что аналогично интеграции нейронами синаптических входов в последовательность потенциалов действия астроциты также обладают интегративной функцией, проявляющейся в распространении Са2+ активности от дистальных отростков в сому, где происходит усиление Са2+ сигнала и генерация осцилляций [Ca2+]i. Мы впервые продемонстрировали наличие осцилляций в соме астроцитов in vivo. Разработанный нами подход на основе рамановской микроспектроскопии позволил получить сведения об изменениях локальной оксигенации крови в артериолах и венулах соматосенсорной коры при локомоции. Выявленное повышение sO2 в венулах и расширение артериол соматосенсорной коры при локомоции могут свидетельствовать о том, что в мозг поступает большее количество кислорода с кровью, чем ему требуется. Мы впервые получили данные о противоположно направленных изменениях редокс-состояния ЭТЦ митохондрий астроцитов и нейронов in vivo. В целом можно заключить, что обнаруженные в результате данного исследования закономерности вносят вклад в понимание принципиально разных типов Са2+ сигнализации в астроцитах и нейронах коры головного мозга. В совокупности с полученными о состоянии дыхательной цепи данными это способствует пониманию вклада каждого типа клеток в обеспечение работы мозга. Будущие исследования должны быть направлены на применение генетически кодируемых флуоресцентных биосенсоров и опто-/хемогенетических инструментов для управления Ca2+ активностью в астроцитах и оценке функциональных эффектов астроцитарной Ca2+ активности в различных пространственно-временных масштабах. Предметом дальнейших исследований в отношении метаболизма астроцитов и нейронов может служить детальное рассмотрение молекулярных механизмов, в частности, проведение ингибиторного анализа для оценки вклада окислительного фосфорилирования в метаболические процессы в этих клетках при различных функциональных состояниях мозга.