Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1042410.32607/20758251-2016-8-4-91-99Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleDownregulation of Purkinje Cell Activity by Modulators of Small Conductance Calcium-Activated Potassium Channels In Rat CerebellumВлияние модуляторов кальций-активируемых калиевых каналов на активность клеток Пуркинье мозжечка крысKarelinaT. V.КарелинаT. В.
Russian Federation
karelina_tanja@mail.ruStepanenkoYu. D.СтепаненкоЮ. Д.
Russian Federation
karelina_tanja@mail.ruAbushikP. A.АбушикП. A.
Russian Federation
karelina_tanja@mail.ruSibarovD. A.СибаровД. A.
Russian Federation
karelina_tanja@mail.ruAntonovS. M.АнтоновС. M.
Russian Federation
karelina_tanja@mail.ruI.M. Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of SciencesИнститут эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН1512201684VOL 8, NO4 (2016)ТОМ 8, №4 (2016)919917012020Copyright ©; 2016, Karelina T.V., Stepanenko Y.D., Abushik P.A., Sibarov D.A., Antonov S.M.Copyright ©; 2016, Карелина T.В., Степаненко Ю.Д., Абушик П.A., Сибаров Д.A., Антонов С.M.2016Karelina T.V., Stepanenko Y.D., Abushik P.A., Sibarov D.A., Antonov S.M.Карелина T.В., Степаненко Ю.Д., Абушик П.A., Сибаров Д.A., Антонов С.M.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10424

Small-conductance calcium-activated potassium channels (SK channels) are widely expressed in CNS tissues. Their functions, however, have not been well studied. Participation of SK channels in Purkinje cell (PC) pacemaker activity has been studied predominantly in vitro. Here we studied for the first time the effects of SK channel activation by NS309 or CyPPA on the PC simple spike frequency in vivo in adult (3 - 6 months) and aged (22 - 28 months) rats using extracellular microelectrode recordings. Both pharmacological agents caused a statistically significant decrease in the PC simple spike frequency. The maximum value of the decrease in the simple spike frequency did not depend on age, whereas a statistically significant inhibition of the spike frequency was achieved faster in aged animals than in adult ones. In experiments on cultured neurons PCs were identified by the expression of calbindin as the PC-specific marker. Registration of transmembrane currents in cerebellar neurons revealed the direct action of NS309 and CyPPA on the SK channels of PC consisted in the enhancement of outward potassium currents and action potential after-hyperpolarization. Thus, SK channel activators can compensate for age-related changes of the autorhythmic functions of the cerebellum.

Кальций-активируемые калиевые каналы малой проводимости (SK) широко распространены в тканях ЦНС, однако мало исследованы. Их участие в регулировании пейсмейкерной активности клеток Пуркинье (КП) мозжечка выявлено преимущественно в экспериментах in vitro. В опытах in vivo на крысах линии Вистар с помощью метода внеклеточной микроэлектродной регистрации нейронной активности мы впервые оценили возрастные особенности изменения частоты простых спайков КП мозжечка при активации SK-каналов веществами NS309 и CyPPA у взрослых (3-6 мес.) и старых (22-28 мес.) животных. Оба вещества вызывали статистически значимое уменьшение частоты простых спайков КП. Максимальная величина снижения частоты простых спайков не зависела от возраста, однако ее значимое отличие от контроля при действии положительных модуляторов SK-каналов достигалось быстрее у старых животных. Регистрация трансмембранных токов в нейронах мозжечка in vitro показала, что NS309 и CyPPA действуют непосредственно на SK-каналы клеток Пуркинье, идентифицированных по экспрессии маркера КП - белка кальбиндина, вызывают дополнительный выход калия из КП и усиливают следовую гиперполяризацию потенциала действия. Применение активаторов SK-каналов, возможно, позволит компенсировать возрастные изменения авторитмических функций мозжечка.

cerebellumPurkinje cellsSK channelsageingклетки ПуркиньемозжечокSK-каналыстарениеThis work was supported by the Russian Foundation for Basic Research grants № 15-04-08283 and 16-04-00653 (in vivo experiments) and the Russian Science Foundation № 16-15-10192 (additional experiments using patch-clamp and immunocytochemistry methods). Immunocytochemistry was performed at the Center for Collective Use at the Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry RAS.Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 15-04-08283 и 16-04-00653 (эксперименты in vivo) и Российского научного фонда № 16-15-10192 (дополнительные эксперименты с использованием методов patch-clamp и иммуноцитохимии). Иммуноцитохимические исследования выполнены на базе ЦКП ИЭФБ РАН.[1] Ito M. // Brain Res. 2000, V.886, №1-2, P.237-245[2] Hansen S.T., Meera P., Otis T.S., Pulst S.M. // Human Molecular Genetics 2013, V.22, №2, P.271-283[3] Kasumu A.W., Hougaard C., Rode F., Jacobsen T.A., Sabatier J.M., Eriksen B.L., Strøbæk D., Liang X., Egorova P., Vorontsova D. // Chem. Biol. 2012, V.19, №10, P.1340-1353[4] Shakkottai V.G., do Carmo Costa M., Dell’Orco J.M., Sankaranarayanan A., Wulff H., Paulson H.L. // J. Neurosci. 2011, V.31, №36, P.13002-13014[5] Walter J.T., Alvina K., Womack M.D., Chevez C., Khodakhah K. // Nat. Neurosci. 2006, V.9, №3, P.389-397[6] Faber E.S., Sah P. // Neuroscientist. 2003, V.9, №3, P.181-194[7] Adelman J.P., Maylie J., Sah P. // Ann. Rev. Physiol. 2012, №74, P.245-269[8] Gymnopoulos M., Cingolani L.A., Pedarzani P., Stocker M. // J. Comp. Neurol. 2014, V.522, №5, P.1072-1101[9] Womack M.D., Khodakhah K. // J. Neurosci. 2003, V.23, №7, P.2600-2607[10] Karelina T.V., Grigorian R.A. // J. Evol. Biochem. Physiol. 2010, V.46, №3, P.218-224[11] Karelina T.V. // Age related changes of cerebellar Purkinje cells synaptic activation with climbing and mossy fibers systems [in Russian]. PhD thesis. SPb.: UEPhB RAS, 2010[12] Kasumu A.W., Liang X., Egorova P., Vorontsova D., Bezprozvanny I. // J. Neurosci. 2012, V.32, №37, P.12786-12796[13] Egorova P.A., Karelina T.V., Vlasova O.L., Antovov S.M., Bezprozvanny I.B. // J. Evol. Biochem. Physiol. 2014, V.50, №2, P.102-108[14] Gao Z., Todorov B., Barrett C.F., van Dorp S., Ferrari M.D., van den Maagdenberg A.M., De Zeeuw C.I., Hoebeek F.E. // J. Neurosci. 2012, V.32, №44, P.15533-15546[15] Abushik P.A., Sibarov D.A., Eaton M.J., Skatchkov S.N., Antonov S.M. // Cell Calcium. 2013, V.54, №2, P.95-104[16] Weber A., Schachner M. // Brain Res. 1984, V.311, P.119-130[17] Hirano T., Ohmori H. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1986, V.83, P.1945-1949[18] Hockberger P.E., Tseng H.Y., Connor J.A. // J. Neurosci. 1989, V.9, №7, P.2258-2271[19] Bartschat S., Fieguth A., Könemann J., Schmidt A., Bode-Jänisch S. // Forensic Sci. Int. 2012, V.223, №1-3, P.165-170[20] Nie L., Song H., Chen M.F., Chiamvimonvat N., Beisel K.W., Yamoah E.N., Vázquez A.E. // J. Neurophysiol. 2004, V.91, P.1536-1544[21] Herrik K.F., Christophersen P., Shepard P.D. // J. Neurophysiol. 2010, V.104, №3, P.1726-1735[22] Herrik K.F., Redrobe J.P., Holst D., Hougaard C., Sandager-Nielsen K., Nielsen A.N., Ji H., Holst N.M., Rasmussen H.B., Nielsen E.Ø. // Front. Pharmacol. 2012, №3, P.11[23] Hougaard C., Eriksen B.L., Jorgensen S., Johansen T.H., Dyhring T., Madsen L.S., Strobaek D., Christophersen P. // Br. J. Pharmacol. 2007, V.151, P.655-665[24] Chung Y.H., Shin C.M., Kim M.J., Shin D.H., Yoo Y.B., Cha C.I. // Brain Res. 2001, V.903, №1-2, P.247-252[25] Tuckwell H.C. // Progr. Neurobiol. 2012, V.96, №1, P.1-31[26] Ophoff R.A., Terwindt G.M., Vergouwe M.N., van Eijk R., Oefner P.J., Hoffman S.M., Lamerdin J.E., Mohrenweiser H.W., Bulman D.E., Ferrari M. // Cell. 1996, V.87, P.543-552[27] Rose S.J., Kriener L.H., Heinzer A.K., Fan X., Raike R.S., van den Maagdenberg A.M.J. M., Hess E.J. // Exp. Neurol. 2014, V.261, P.553-562[28] Salvi J., Bertaso F., Mausset-Bonnefont A.L., Metz A., Lemmers C., Ango F., Fagni L., Lory P., Mezghrani A. // Neurobiol. Dis. 2014, V.68, P.47-56[29] Ovsepian S.V., Friel D.D. // Eur. J. Neurosci. 2008, V.27, №1, P.93-103[30] Sibarov D.A., Abushik P.A., Poguzhelskaya E.E., Bolshakov K.V., Antonov S.M. // J. Pharmacol. Exp. Ther. 2015, V.355, P.484-495[31] Strobaek D., Teuber L., Jorgensen T.D., Ahring P.K., Kjaer K., Hansen R.S., Olesen S.P., Christophersen P., Skaaning-Jensen B. // Biochim. Biophys. Acta. 2004, V.1665, P.1-5[32] Engbers J.D., Anderson D., Asmara H., Rehak R., Mehaffey W.H., Hameed S., McKay B.E., Kruskic M., Zamponi G.W., Turner R.W. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012, V.109, P.2601-2606