Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1057710.32607/20758251-2013-5-4-77-82Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleDepolarization-Induced Calcium-Independent Synaptic Vesicle Exo- and Endocytosis at Frog Motor Nerve TerminalsУправляемый деполяризацией кальций-независимый экзо- и эндоцитоз синаптических везикул в двигательном нервном окончании лягушкиAbdrakhmanovM. M.АбдрахмановМ. М.
Russian Federation
fysio@rambler.ruPetrovA. M.ПетровА. М.
Russian Federation
fysio@rambler.ruGrigoryevP. N.ГригорьевП. Н.
Russian Federation
fysio@rambler.ruZefirovA. L.ЗефировА. Л.
Russian Federation
fysio@rambler.ruKazan State Medical UniversityКазанский государственный медицинский университет1512201354VOL 5, NO4 (2013)ТОМ 5, №4 (2013)778217012020Copyright ©; 2013, Abdrakhmanov M.M., Petrov A.M., Grigoryev P.N., Zefirov A.L.Copyright ©; 2013, Абдрахманов М.М., Петров А.М., Григорьев П.Н., Зефиров А.Л.2013Abdrakhmanov M.M., Petrov A.M., Grigoryev P.N., Zefirov A.L.Абдрахманов М.М., Петров А.М., Григорьев П.Н., Зефиров А.Л.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10577

The transmitter release and synaptic vesicle exo- and endocytosis induced by constant current depolarization of nerve terminals were studied by microelectode extracellular recording of miniature endplate currents and fluorescent microscopy (FM 1-43 styryl dye). Depolarization of the plasma membrane of nerve terminals in the control specimen was shown to significantly increase the MEPC frequency (quantal transmitter release) and exocytotic rate (FM 1-43 unloading from the synaptic vesicles preliminarily stained with the dye), which was caused by a rise in the intracellular Ca 2+ concentration due to opening of voltage-gated Ca channels. A slight increase in the MEPC frequency and in the rate of synaptic vesicle exocytosis was observed under depolarization in case of blockade of Ca channels and chelating of intracellular Ca 2+ ions (cooperative action of Cd 2+ and EGTA-AM). The processes of synaptic vesicle endocytosis (FM 1-43 loading) were proportional to the number of synaptic vesicles that had undergone exocytosis both in the control and in case of cooperative action of Cd 2+ and EGTA-AM. A hypothesis has been put forward that Ca-independent synaptic vesicle exo- and endocytosis that can be induced directly by depolarization of the membrane exists in the frog motor terminal in addition to the conventional Ca-dependent process.

В экспериментах на кожно-грудинной мышце лягушки с использованием внеклеточного микроэлектродного отведения миниатюрных токов концевой пластинки (МТКП) и флуоресцентной микроскопии (краситель FM1-43) исследовали влияние деполяризации постоянным током мембраны нервных окончаний на секрецию медиатора и процессы экзо- и эндоцитоза синаптических везикул. Показано, что в контроле деполяризация мембраны нервного окончания вызывает выраженное повышение частоты МТКП (секреции квантов медиатора) и экзоцитоза (выгрузка FM1-43 из предварительно загруженных красителем синаптических везикул), которое связано с увеличением внутриклеточной концентрации Са2+ при открытии потенциал-зависимых Са-каналов. При блокировании Са-каналов и связывании внутриклеточных ионов Са2+ (совместное действие ионов Cd2+ и EGТА-АМ) деполяризующий ток слабо увеличивал частоту МТКП и экзоцитоз везикул. Процессы эндоцитоза (загрузка FM1-43 во вновь образующиеся синаптические везикулы) как в контроле, так и при совместном действии ионов Cd2+ и EGТА-АМ протекали пропорционально количеству синаптических везикул, подвергнувшихся экзоцитозу. Высказано предположение, что в двигательном нервном окончании лягушки кроме Са-зависимого экзо- и эндоцитоза синаптических везикул существует Са-независимый экзо- и эндоцитоз, который может активироваться непосредственно деполяризацией мембраны.

motor nerve terminalsexocytosisendocytosiscalciumconstant depolarization currentcadmiumдвигательное нервное окончаниеэкзоцитозэндоцитозкальцийпостоянный деполяризующий токкадмийThis work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grants № 11-04-00568_a, 12- 04-31550_mol_a, №12-04-33195_mol_a_ved), the Ministry of Education of Science of the Russian Federation (NSh-4670.2012.4, MK-108.2013.4) and the State contract of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Federal targetoriented program).Работа поддержана РФФИ (гранты № 11-04-00568_а, 12-04-31550_мол_а, 12-04-33195_мол_а_вед), Минобрнауки РФ (НШ-4670.2012.4, МК-108.2013.4) и государственным контрактом Минобрнауки РФ (ФЦП).[1] Zefirov A.L., Petrov A.M. // Synaptic vesicle and mechanism of neurotransmitter realease (exo-endocytosis vesicular cycle). Kazan: Art-café, 2010. 356p. 2010[2] Heuser J.E., Reese T.S. // J. Cell Biol. 1973, V.57, №2, P.315-344[3] Zefirov A.L., Abdrakhmanov M.M., Grigor`ev P.N. // Ross. Fiziol. Zh. Im. I.M. Sechenova. 2005, V.91, №7, P.821-831[4] Ceccarelli B., Hurlbut W.P. // J. Cell Biol. 1980, V.87, №1, P.297-303[5] Ramaswami M., Krishnan K.S., Kelly R.B. // Neuron. 1994, V.13, №2, P.363-375[6] Pang I.O., Z.P. I.O., Sudhof T.C. // Curr. Opin. Cell Biol. 2010, V.22, P.496-505[7] Xu J., Pang Z.P., Shin O.H., Südhof T.C. // Nat. Neurosci. 2009, V.12, №6, P.759-766[8] Groffen A.J., Martens S., Díez-Arazola R., Cornelisse L.N., Lozovaya N., de Jong A.P., Goriounova N.A., Habets R.L., Takai Y., Borst J.G. // Science. 2010, V.327, P.1614-1618[9] Cousin M.A., Robinson P.J. // Trends Neurosci. 2001, V.24, P.659-665[10] Zefirov A.L., Abdrakhmanov M.M., Mukhamedyarov M.A., Grigoryev P.N. // Neuroscience. 2006, V.143, №4, P.905-910[11] Balaji J., Armbruster M., Ryan T.A. // J. Neurosci. 2008, V.28, P.6742-6749[12] Wu X.S., McNeil B.D., Xu J., Fan J., Xue L., Melicoff E., Adachi R., Bai L., Wu L.G. // Nat. Neurosci. 2009, V.12, P.1003-1010[13] Yao J., Kwon S.E., Gaffaney J.D., Dunning F.M., Chapman E.R. // Nat. Neurosci. 2011, V.15, P.243-249[14] Parnas H., Segel L., Dudel J., Parnas I. // Trends Neurosci. 2000, V.23, №2, P.60-68[15] Silinsky E.M., Watanabe M., Redman R.S., Qiu R., Hirsh J.K., Hunt J.M., Solsona C.S., Alford S., MacDonald R.C. // J. Physiol. 1995, V.1, №482, P.511-520[16] Zhang C., Zhou Z. // Nat. Neurosci. 2002, V.5, №5, P.425-430[17] Zhang C., Xiong W., Zheng H., Wang L., Lu B., Zhou Z. // Neuron. 2004, V.42, №2, P.225-236[18] Betz W.J., Bewick G.S., Ridge R.M. // Neuron. 1992, V.9, №5, P.805-813[19] Petrov A.M., Naumenko N.V., Uzinskaya K.V., Giniatullin A.R., Urazaev A.K., Zefirov A.L. // Neuroscience. 2011, V.186, P.1-12[20] Zefirov A.L., Grigor’ev P.N., Petrov A.M., Minlebaev M.G., Sitdikova G.F. // Tsitologiia. 2003, V.45, №12, P.1163-1171[21] Ramirez D.M., Kavalali E.T. // Curr. Opin. Neurobiol. 2011, V.21, №2, P.275-282[22] Zefirov A.L., Abdrakhmanov M.M., Grigor’ev P.N., Petrov A.M. // Tsitologiia. 2006, V.48, №1, P.34-41[23] Angleson J.K., Betz W.J. // J. Neurophysiol. 2001, V.85, №1, P.287-294[24] Zefirov A.L., Mukhamedzianov R.D., Minlebaev M.G., Cheranov S.Iu., Abdrakhmanov M.M., Grigor’ev P.N. // Ross. Fiziol. Zh. Im. I.M. Sechenova. 2002, V.88, P.191-204[25] Zheng N., Raman I.M. // J. Neurosci. 2009, V.29, №31, P.9826-9838[26] Nurullin L.F., Tsentsevitsky A.N., Malomouzh A.I., Nikolsky E.E. // Dokl. Biol. Sci. 2013, V.449, №3, P.360-363[27] Van der Kloot W., Molgó J. // Physiol. Rev. 1994, V.74, №4, P.899-991[28] Vyleta N.P., Smith S.M. // J. Neurosci. 2011, V.31, №12, P.4593-4606[29] Braga M.F., Rowan E.G. // Gen. Pharmacol. 1994, V.25, №8, P.1729-1739[30] Zefirov A.L., Grigor’ev P.N. // Bull. Exp. Biol. Med. 2008, V.146, №12, P.608-612[31] Chen X., Zhang X., Jia C., Xu J., Gao H., Zhang G., Du X., Zhang H. // J. Biol. Chem. 2011, V.286, №46, P.39760-39767[32] Dekel N., Priest M.F., Parnas H., Parnas I., Bezanilla F. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012, V.109, №1, P.285-290[33] Murata Y., Okamura Y. // J. Physiol. 2007, V.583, P.875-989[34] Zheng H., Fan J., Xiong W., Zhang C., Wang X., Liu T., Liu H., Sun L., Wang Y., Zheng L. // Biophys. J. 2009, V.96, P.2449-2456