Рис.1.  |  Intrinsic pacemaking in leaner and ducky mutant mice is highly irregular.


Рис.2.  |  Partial pharmacological blockade of P/Q-type voltage-gated calcium channels reduces the precision of intrinsic pacemaking in Purkinje cells.


Рис.3.  |  The activity of mutant ducky Purkinje cells less accurately encodes the strength and timing of its synaptic input.


Рис.4.  |  Activation of SK channels with EBIO recovers the precision of intrinsic pacemaking in Purkinje cells by increasing the AHP.


Рис.5.  |  P/Q channel mutations affect the precision of pacemaking in the presence of inhibitory synaptic transmission


Рис.6.  |  Chronic in vivo activation of cerebellar SK channels improves motor performance in ducky mice.


Рис.7.  |  Chronic perfusion of EBIO does not affect the motor performance of C57BL or CD1 mice.


Рис.8.  | EBIO reduces the severity and the frequency of dyskinesia and improves motor performance in tottering mice

Табл.1 Название

Эпизодическая атаксия 2 типа – редкое наследственное заболевание, характеризующееся нарушениями координации и головными болями (мигренями). Заболевание вызвано мутациями в кальциевом канале P/Q типа, экспрессия которого обнаруживается в пресинаптических терминалях многих нейронов. Особенно много этих каналов в клетках Пуркинье мозжечка - области мозга, контролирующей двигательную координацию. Авторы статьи (Walter et al.) попытались объяснить, каким образом недостаток P/Q каналов вызывает иррегулярное возбуждение нейронов Пуркинье и каким образом это ведет к атаксии.

При нормальных условиях клетки Пуркинье возбуждаются спонтанно регулярно (при скорости примерно в 40 Hz). Такая активность регулируется, главным образом, небольшими (SK) и крупными (BK) кондуктивными кальций-активированными каналами калия. P/Q каналы, активированные во время потенциала действия, рекрутируют SK каналы, остающиеся активными между пиками. Это, в свою очередь, генерирует проводимость, которая способствует гиперполяризации мембранного потенциала между потенциалами действия.

Авторы проводили свои исследования на мышах, моделирующих некоторые фенотипические признаки эпизодической атаксии-типа 2 (мутантные линии leaner, tottering и ducky). Каждая из этих линий мышей имеет атаксию, обусловленную мутациями в гене P/Q канала. Было обнаружено, что у ducky и leaner мышей точность intrinsic pacemaking клеток Пуркинье была снижена без поражения средней скорости возбуждения клеток Пуркинье. Авторы также обнаружили, что erratic pacemaking клеток Пуркинье у этих мутантных мышей снижало точность этих клеток в кодировании и трансмиссии синаптической информации, которую они получали из коры мозжечка и передавали нейронам глубоких ядер мозжечка.

Для проверки гипотезы о том, что иррегулярное возбуждение нейронов Пуркинье вызывает атаксию, авторы использовали 1-ethyl-2-benzimidazolinone (EBIO) – вещество, увеличивающее аффинность SK каналов для кальция. Это соединение не изменяло паттерн возбуждения нейронов дикого типа, но приводило к тому, что мутантные нейроны возбуждались более регулярно. Хроническая перфузия EBIO в мозжечок мышей ducky и tottering улучшала двигательную активность животных в специальных тестах (тесты на двигательную координацию) и снижало частоту и тяжесть приступов дискинезии, встречающиеся у этих животных. Очень важно то, что EBIO не вызывало никаких нарушений у мышей дикого типа.

Эти находки не только позволяют предположить механизм того, каким образом мутации в каналах P/Q могут вызывать атаксию, но и идентифицировать новую мишень для разработки будущих терапевтических подходов в лечении EA2. Однако имеется несколько различий между мышиными моделями EA2 и больными с данным наследственным заболеванием. Больные имеют и другие симптомы, не связанные с поражениями мозжечка – например, мышечную слабость, и пока неизвестно, страдают ли больные от иррегулярной возбудимости клеток Пуркинье. Остается выяснить, будет ли EBIO или другие модуляторы SK каналов воздействовать на человека так же эффективно, как у мышей. Тем не менее, Walter et al. положили начало будущим исследованиям в этой области.

Дополнительная информация Рисунки и Методы

Scoring Dyskinesia. The severity and frequency of episodes of paroxysmal dyskinesia in the tottering mice were quantified with the following scale4: 0=normal motor behaviour, 1=slightly slowed or abnormal movements, 2=mild impairments, limited ambulation unless disturbed, 3=moderate impairment, limited ambulation even when disturbed, frequent abnormal postures 4=severe impairment, almost no ambulation, sustained abnormal postures; 5=prolonged immobility in abnormal postures. Because rodents are nocturnal, all behavioural tests were carried out during their dark cycle. All data are reported as mean±S.E.M. Data were considered to be statistically significant only at P < 0.05, and if so are specifically noted when presented.

Reference List

1. Barclay,J. et al. Ducky mouse phenotype of epilepsy and ataxia is associated with mutations in the Cacna2d2 gene and decreased calcium channel current in cerebellar Purkinje cells. J. Neurosci. 21, 6095-6104 (2001).

2. Stone,T.W. Neuropharmacology of quinolinic and kynurenic acids. Pharmacol. Rev. 45, 309-379 (1993).

3. Yoon,K.W., Covey,D.F. & Rothman,S.M. Multiple mechanisms of picrotoxin block of GABA-induced currents in rat hippocampal neurons. J. Physiol 464, 423-439 (1993).

4. Weisz,C.J., Raike,R.S., Soria-Jasso,L.E. & Hess,E.J. Potassium channel blockers inhibit the triggers of attacks in the calcium channel mouse mutant tottering. J. Neurosci. 25, 4141-4145 (2005).

См. также:

Otis, T. S. & Jen, J. C. Blessed are the pacemakers. Nature Neurosci. 9, 297–29