Physiology and Pharmacology

337 337

Physiology and Pharmacology, 14 (4), 337-348

Winter 2011 [Article in Persian]

1387، بهار 1، شمارة 12جلد فیزیولوژي و فارماکولوژي

Postnatal developmental alterations in the locus coeruleus neuronal fast excitatory postsynaptic currents mediated by ionotropic glutamate

receptors of rat

Masoumeh Kourosh Arami1, Saeed Semnanian1*, Mohammad Javan1, Sohrab Hajizadeh1, Abdolrahman Sarihi2

1. Dept. Physiology, School of Medical Sciences, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran2. Dept. Physiology, School of Medical Sciences, Hamedan University of Medical Sciences, Hamedan, Iran

Accepted: 31 July 2010 Received: 19 April 2010

و همکاران ستاریان ها هاي دخیل در بیوسنتز و تجزیه کتکوالمین مرفین و بیان ژن برخی آنزیم

Abstract

Introduction: In the present work, spontaneous postsynaptic currents were assessed to investigate the postnatal

development of excitatory postsynaptic currents in locus coeruleus neurons.

Methods: In this study, AMPA and NMDA receptor-mediated spontaneous synaptic currents in the neurons of locus

coeruleus were assessed using whole cell voltage-clamp recording during the first three weeks.

Results: The frequency and amplitude of NMDA sEPSCs and the frequency of AMPA sEPSCs were increased in

the second and third postnatal weeks compared with these parameters recorded in the first postnatal week. However, the

ratio of the AMPA to NMDA current frequency and amplitude was constant until the 3rd postnatal week.

Conclusion: These findings suggest that a vast majority of nascent glutamatergic synapses express both functional

AMPA and NMDA receptors in the postnatal locus coeruleus, so that AMPA/NMDA sEPSCs remained constant during

this period.

Key words: locus coeruleus, AMPA/NMDA sEPSCs, development

* Corresponding author e-mail: [email protected]

Available online at: www.phypha.ir/ppj

١٣۴٧تأسیس

Physiology

and

Pharmacology

Dow

nloa

ded

from

phy

pha.

ir at

13:

18 +

0330

on

Sun

day

Dec

embe

r 10

th 2

017

338338

348 –337، )4( 14یزیولوژي و فارماکولوژي ف

1389 زمستان

1387، بهار 1، شمارة 12جلد فیزیولوژي و فارماکولوژي

هاي پس سیناپسی تحریکی سریع با واسطه گیرنده هاي تغییرات جریان

یونوتروپیکی در نورون هاي هسته لوکوس سرولئوس موش صحرایی در طی

رشد پس از تولد

2، عبدالرحمن صریحی1، محمد جوان1، سهراب حاجی زاده*1، سعید سمنانیان1مه کورش آرامیمعصو

، تهرانگروه فیزیولوژي، دانشکده پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران. 1

گروه فیزیولوژي، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی همدان، همدان. 2

89 مرداد 9: پذیرش 89 فروردین 30: دریافت و همکاران ستاریان ها هاي دخیل در بیوسنتز و تجزیه کتکوالمین رفین و بیان ژن برخی آنزیمم

چکیده

بعد از تولد سـیناپس در تحقیق حاضر فعالیت سیناپسی خودبخودي هسته لوکوس سرولئوس نوزاد موش هاي صحرایی را جهت بررسی سیر تکاملی :مقدمه

.ر دادیمهاي گلوتاماترژیک آن مورد مطالعه قرا

هسته لوکوس سـرولئوس را در هفتـه هـاي NMDAو AMPAبه همین منظور جریانات پس سیناپسی خودبخودي تحریکی ناشی از گیرنده هاي :ها روش

.ثبت نمودیم whole cell voltage clampاول بعد از تولد توسط تکنیک

نسـبت بـه AMPAو NMDAسیل هاي پس سیناپسی تحریکی خودبخودي ناشی از فعالیت گیرنـده هـاي در هفته دوم و سوم بعد از تولد دامنه و فرکانس پتان :ها یافته

.ثابت ماند AMPA/NMDA sEPSCsهفته اول افزایش یافت ولی نسبت فرکانس وقوع و دامنه

شـمار است به طـوري کـه NMDAو AMPAو گیرنده هاي گلوتاماترژیک بالفاصله بعد از تولد، شامل بیان هر د سیناپسدر هسته لوکوس سرولئوس، :گیري نتیجه

.نورونها متناسب با هم افزایش می یابنداین در AMPAو NMDAگیرنده هاي

، رشد و نموNMDAو AMPAلوکوس سرولئوس، جریانات پس سیناپسی خودبخودي تحریکی ناشی از گیرنده هاي :هاي کلیدي واژه

*مقدمه

ی نابـالغ بـه الگوهـاي بـا چگونگی تبدیل مـدارهاي نـورون

ارتباطات بسیار سازمان بندي شده و بالغ هنوز مشـخص نشـده

تغییر سیگنالینگ سیناپس هاي گلوتاماترژیک که واسـطه . است

[email protected] : نویسندة مسئول مکاتبات *

www.phypha.ir/ppj : وبگاه مجله

تحریک سیناپسی مغز پستانداران هستند اسـاس چنـدین رونـد

گلوتامات در بیشـتر مـوارد . نورونی مثل یادگیري و حافظه است

رژیـک سـریع از طریـق دو نـوع اصـلی سیناپس هـاي گلوتامات

ــده یونوتروپیــک پــس سیناپســی ــی گیرن -N-methyl-D)یعن

aspartic acid) NMDA وAMPA (α-amino-3-

hydroxyl-5-methyl-4-isoxazole-propionate) ــل عمـ

. می کند

مطالعات قبلی در مورد رشد سیناپس هاي گلوتاماترژیـک و

١٣۴٧تأسیس

Dow

nloa

ded

from

phy

pha.

ir at

13:

18 +

0330

on

Sun

day

Dec

embe

r 10

th 2

017

1389، زمستان 4، شماره 14جلد فیزیولوژي و فارماکولوژي

339339

ط مختلف مغـز در نقا AMPAو NMDAسهم گیرنده هاي

روز اول بعد از تولد 4در هسته اکومبنس در طی . متفاوت است

ناشی از EPSC)(excitatory postsynaptic current دامنه

NMDA پایین است و سپس تـا آخـر هفتـه دوم بعـد از تولـد

در شاخ خلفی نخاع موش هاي .]30[ شروع به افزایش می کند

NMDAنــده هــاي تحریــک گیر ناشــی از EPSCروزه 7-2

ايهفتـه 10 -12ایجاد مـی شـود ولـی در مـوش هـاي بـالغ

NMDAدخالــت صــرفا گیرنــده هــاي بــا EPSCهیچگونــه

در هسته سالیتاریوس نیـز . ]1[شود تحریک ایجاد نمی متعاقب

در . وجــود دارنــد ولــی کــارا نیســتند AMPAســیناپس هــاي

ــه ــر مطالع ــارانش Groc اي دیگ ــو همک ــان دادـنش ــهـن د ک

هـاي گلوتاماترژیـک هیپوکامـپ بـه طـور بـالغ زاده سـسیناپ

داراي هـر دو NMDAو AMPAمی شـوند و گیرنـده هـاي

. ]2[هستندعملکرد فیزیولوژیک

همچنین در مطالعه اي دیگر معلوم شـده کـه سـلول هـاي

را بیـان مـی کننـد و AMPAپیش ساز عصبی گیرنـده هـاي

تشکیل سیناپس ها حـس ممکن است گلوتامات را حتی قبل از

این موضوع نقش مهم این گیرنده ها را در رشـد مراحـل . کنند

.]4[بسیار اولیه مغز نشان می دهد

در سیناپس هاي گلوتاماترژیـک در بالفاصـله بعـد از تولـد

ثابت نیست و می تواند به راحتی مستقل AMPAسیگنا لینگ

زیر تغییر و متابوتروپیک بین دو حالت NMDAاز گیرنده هاي

:کند

وجود دارنـد ولـی AMPAیک حالت این که گیرنده هاي

-و دیگـري اینکـه گیرنـده ) AMPA-labile state(ناپایداراند

.]AMPA silent state(]8(خاموش اند AMPAهاي

فعـال شـدن گیرنـده (فعالیت همزمان پیش وپس سیناپسی

AMPA ( بـه تغییر بین دو حالـت شرایط این سیناپس را از این

ــ ــه حال ــی آورد ک ــومی در م ــت س ــا ـحال ــ AMPAت ب غ ـبال

)(AMPA mature state که در واقع فقـط در نامیده می شود

در مطالعـه دیگـري . مراحل مختلف پالستیسیته تغییر می کنـد

مشخص شده این گیرنده ها مستقیماً در تنظیم حرکـت هـر دو

هـاي آکسونی و دندریتی یعنـی سـاختمان پاهاي کاذب و زوائد

بنابراین هر دو . دخالت دارندطی رشد و نمو پیش ساز سیناپسی

از همان دوره تمـایز جنینـی AMPAو NMDAگیرنده هاي

که عمدتاً در جونـدگان در هفتـه هـاي (اولیه تا دوره سیناپتوژنز

ها بطور عملی در سطح نورون)اول بعد از تولد صورت می گیرد

.]9[بیان می شوند

فعالیت نورونی هر دو جریان بـا نقاط مغز یبعضهر چند در

را همزمان تنظـیم مـی کنـد، ایـن AMPAو NMDAواسطه

در سوال مطرح می شود که آیا این همزمـانی تنظـیم جریانـات

سـلول و الگـو هـاي فعالیـت انواع متفـاوت بانقاط مختلف مغز

].27و23[وجود دارد؟ مهمختلف

بررسی نشـده اسـت که تا به حال مغز از جمله دیگر نواحی

هسته لوکـوس سـرولئوس ساقه مغز می باشد که در این ناحیه

)LC ( نورون نزدیک سطح شکمی جانبی بطـن 1500با حدود

ایـن هسـته . چهارم در قسمت سري پل مغزي قرار گرفته است

diffuse modulatory)جزیی از سیستم تعدیل کنندة منتشـر

system) طور گسترده رژیک را بهباشد که انشعابات نورآدرن می

به بیشتر نواحی مغز شامل قشر، هیپوکامپ، تـاالموس و طنـاب

ــی ــاعی م ــتد نخ ــرف . ]29و27[فرس ــک ط ــاي از ی ورودي ه

و نیز قشـر PGiطور عمده از که به این هستهگلوتاماترژیک به

. نقش مهمی در تعدیل فعالیت آن دارنـد ]29و27[ مغز می آیند

بستگی به ورودي هاي گلوتاماترژیکاز طرف دیگر میزان تاثیر

و NMDAهـاي قـدرت سیناپسـی و نسـبت فعالیـت گیرنـده

AMPA در این سیناپس ها دارد.

بنابراین در این مطالعه تغییـرات الکتروفیزیولوژیـک رشـد و

نموي پاسخ هاي سیناپسـی تحریکـی خودبخـودي بـا واسـطه

,AMPA)گیرنده هـاي اینوتروپیـک گلوتامـاتی NMDA) در

. رون هاي هسته لوکوس سرولئوس مورد بررسی قرار گرفـت نو

خـود EPSCبا ایـن روش تـالش نمـودیم فرکـانس و دامنـه

و نسبت فعالیت این دو را به هـم AMPAو NMDAبخودي

در هفته هاي اول تا سوم بعـد از تولـد بدسـت آوریـم تـا تغییـر

قدرت سیناپس هاي گلوتاماترژیک و در نتیجه تغییر اثـر آن هـا

.ا بر فعالیت این هسته بسنجیمر

مواد و روشها

این مطالعه بر روي نوزاد موش هـاي بـزرگ آزمایشـگاهی

مـوش هـا . روزه صـورت گرفـت 21و 7،14نژاد ویستار با سن

ابتدا با اتر بیهوش گردیده و با استفاده از قیچی سر آن ها سریع

artificial)نخاعی مصنوعی -مایع مغزيشد و در محلول جدا

Dow

nloa

ded

from

phy

pha.

ir at

13:

18 +

0330

on

Sun

day

Dec

embe

r 10

th 2

017

و همکاران کورش آرامی جریانات سیناپسی تحریکی خودبخودي در طی رشد

340340

cerebrospinal fluid:ACSF) سرد حـاوي(Mm) :NaCl

125 ،KCl 3 ،NaH2PO4 1.25 ،NaHCO3 25 ،L-

Ascorbic Acid 0.4 ،D-Glucose 10 ،CaCl2 0.1 ،

MgCl2 5 ]19[. )pH ــموالریته 4/7برابـــــــر و اســـــ

mOsm300( ثانیـه قـرار گرفـت و بـا برداشـتن 30، به مـدت

مایـان شـده و برداشـته استخوان روي سر، بخش جلویی مغز ن

ACSFشد حوضچه اي که بر جا می مانـد توسـط محلـول می

ایـن سپس با بریدن قسـمت قـدامی مغـز . شد سرد مشروب می

ســرد شــده ACSFبخـش بــا اســتفاده از اســکالپل در محلــول

% 95این محلول بطور مداوم با ترکیب اکسـیژن . قرارمی گرفت

سـپس . گـردد اکسـیژنه مـی ) کربـوژن % (5و دي اکسید کـربن

بریده شده LCقطعه ساقه مغز حاوي هسته و مخچه جدا شده

شد که بخش دمـی صفحه ویبروتوم طوري چسبانده می و روي

و برش هـاي کرونـال بـا ضـخامت . آن به سمت باال قرار گیرد

µm 300 اده از یـک ویبریتـوم ـبا استفـ(Vibratome 1000

plus) ه شده تهیه گردید برش ها در محلول کربوژنACSF به

درجه سـانتیگراد 36تا 34دقیقه در درجه حرارت 30-45مدت

انکوبه شده و پس از آن تا هنگام آزمایش در محلول ذکر شـده

. نگهداري شدند) oC )27-23در درجه حرارت اتاق

(Zeiss)با استفاده از میکروسـکوپ LCسپس نورون هاي

fixed –stage phase contrast ور در آب غوطه و توسط لنز

water immersion) ( و نمایش تصـویر روي یـک مـانیتور بـا

بــا روش sEPSCsثبــت . اســتفاده از دوربــین مشــاهده شــدند

voltage clamp 700با استفاده از آمپلی فـایر B انجـام شـد .

فیلتر شده و در یک کامپیوتر مجهـز بـه KHz 2سیگنال ها در

ساعت بعد 8تا بیشتر از ذخیره شدند و ثبت Pclamp 10برنامه

بـراي تهیـه میکروالکترودهـاي .از برش گیري هم ادامه داشت

از دستگاه کشنده الکتـرود patch clampاي جهت ثبت شیشه

P-97شـرکت سـاتر مـدل (microelectrode puller)افقـی

ــتفاده شــد اي الکترودهــاي الزم از الکترودهــاي شیشــه . اس

,Clark Electromedical Instrumentsدار شرکت فیالمنت

USA 3-5امپدانس الکترودهـاي ثبـات حـدود . شدند تهیه می

MΩ جهت ثبتpatch clamp مقاومت سري کـه بطـور .بود

هنگـام ثبـت در صـفحه ( چک مـی شـد مداوم در طی آزمایش

Pclamp بــین )مشـاهده مــی شــدMΩ20-6 هــاي داده. بــود

پیپت ها . حذف شدند MΩ20ثبتهاي با مقاومت سري باالتر از

با مایع داخلـی داراي پتاسـیم گلوکونـات بـراي ثبـت جریانـات

):mM(غشایی پس سیناپسی پر شدند که شامل

K- gluconate 120, NaCl 6, CaCl2 1, MgCl2 2,

MgATP 2, NaGTP 0.5, EGTA 5, HEPES 10,

Phosphocreatine Na2 280و اسمواللیته pH=4/7با 12

Mg+2بدون ACSFدر sEPSCثبت .]19 [میلی اسمول بود

. نشود NMDAموجب بلوك گیرنده هاي Mg+2انجام شد تا

هـا IPSCبه مایع خارجی اضافه شـد تـا ) mμ50(بایکوکولین

(inhibitory postsynaptic current) را مهـار کنـد و فقـط

EPSC همچنین گالیسین .]14 [ها ثبت شوند)mμ 50 ( کـه

اسـت بـه مـایع خـارجی NMDAشدن گیرنده کوفاکتور فعال

دقیقه پس از انتقـال بـرش هـا بـه 25<ثبت حدود . افزوده شد

تــا صــورت گرفــت (recording chamber) محفظــه ثبــت

ــی ACSFمنیزیمــی کــه توســط بــرش از محلــول داراي (قبل

ACSF. ]21[ برداشت شده بوداز برش ها شسته شـود ) منیزیم

می شد ترکیبـی استفاده sEPSCsکه براي ثبت Mg+2بدون

که در باال ذکر شد دارد با این تفـاوت کـه فاقـد ACSFمشابه

MgCl2 بــراي ارزیــابی ایــن دو . اســتsEPSCs مختلــف در

NMDAشــرایط ثبــت مطلــوب ابتــدا sEPSC را در حضــور

CNQX )(6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione)

را در AMPA sEPSCو سـپس ) AMPAآنتاگونیست گیرنـده

AP5 )((2R)-amino-5-phosphonovaleric acidحضـور

در پتانســیل هــاي نگهدارنــده )NMDA آنتاگونیســت گیرنــده

.]9و6 [مختلف ثبت کردیم

ممکـن اسـت mv 40+هاي ثبـت شـده در EPSCچون

ــزء ــر دو جـ ــامل هـ early)شـ component) AMPAو

(late component) NMDA ی سـهم نسـب ). 2شکل( باشند

NMDA ــه ــک دامن راmv 40+)در (مرکــب EPSCدر پی

هاي ثبت شـده درایـن ولتـاژ بـا و sEPSCتفاضل می توان از

بـه دسـت آورد AP5یعنی NMDAبدون آنتاگونیست گیرنده

بدین ترتیب دخالت احتمالی کانال هاي وابسته بـه ولتـاژ . ]10 [

.هم از نتایج حذف خواهد شد

غشا را بـه NMDAو AMPA sEPSCپس براي ثبت

میلی ولت قـرار + 40و -80ترتیب در پتانسیل هاي نگهدارنده

هـاي ثبـت شـده 80mv EPSC-در پتانسیل نگهدارنده . دادیم

داراي یک شیب صـعودي و نزولـی سـریعتر بودنـد نسـبت بـه

Dow

nloa

ded

from

phy

pha.

ir at

13:

18 +

0330

on

Sun

day

Dec

embe

r 10

th 2

017

1389، زمستان 4، شماره 14جلد فیزیولوژي و فارماکولوژي

341341

EPSC 40+هاي ثبت شده در پتانسیلmv کـه داراي مرحلـه

مرحلـه نـزول ناشـی از ایـن .]28و18و5 [نزول آهسته هسـتند

.گلوتامات از گیرنده هاي مربوطه می باشدآهسته جداشدن

mixed AMPA/NMDA sEPSC مخلـوطی از وقـایع

miniature چند کوانتایی و )multiquantal( بـراي .]7[اسـت

و تسـت one way ANOVAمقایسه میانگین هـا از آزمـون

Tukey در همـه محاسـبات آمـاري . استفاده شدp<0.05 بـه

نتـایج بـه صـورت . عنوان سطح معنی دار در نظـر گرفتـه شـد

mean±SEM نشان داده شده است.

ها یافته

هـــدف از ایـــن مطالعـــه مقایســـه فرکـــانس و دامنـــه و

هــاي هســته در ســلول NMDAو AMPA sEPSCکســر

و AMPA sEPSC در ابتـدا . لوکـوس سـرولئوس مـی باشـد

NMDA شـرایط کـاهش در پتانسیل هاي نگهدارنده منفی در

تحت این شـرایط، تمیـز . یا فقدان منیزیم خارج سلولی ثبت شد

ایـن بـراي تمیـز مشکل است، بنـابر sEPSCدر AMPAجزء

NMDAو AMPA sEPSC بهتر دو جزء ما سعی کردیم تـا

AMPAولتـاژ بـراي -، رابطه جریـان A. روزه 7هسته لوکوس سرولئوس موش در نورون هاي AMPA sEPSCsولتاژ براي -ولتاژ و فرکانس -رابطه جریان -1شکل

sEPSCs ) میکرومول 75در حضورAP5 ( دامنه مثبت نشان دهنده جریان رو به خارج و دامنه منفی نشان دهنـده جریـان . میلی ولت+ 50تا -90در پتانسیل هاي نگهدارنده از

فرکانس ها نسبت به فرکانس در ولتـاژ . میلی ولت+ 50تا -90در پتانسیل هاي نگهدارنده از AMPA sEPSCsولتاژ براي -س ، رابطه فرکانn B).=6(رو به داخل می باشد

mV80- 6(نرمالیزه شده اند=.(n

NMDAولتاژ بـراي -ه جریان ، رابطA .روزه 7در نورون هاي هسته لوکوس سرولئوس موش NMDA sEPSCsولتاژ براي -ولتاژ و فرکانس -رابطه جریان -2شکل

sEPSCs ) میکرومول 50در حضورCNQX .(دامنه مثبت نشان دهنده جریان رو به خارج و دامنه منفی نشان دهنده جریان رو به داخل می باشد)6=.(n B رابطـه فرکـانس ،-

فرکانس ها نسبت . فرکانس مشاهده شده را افزایش نمی دهد NMDAمیلی ولت براي + 40که نشان می دهد افزایش پالریزاسیون غشا وراي NMDA sEPSCsولتاژ براي

توسـط NMDAشکل است که نشان دهنده بلوك پارشال گیرنده هاي jخارج سلولی +Mg2این منحنی با وجود فقدان n).=6(نرمالیزه شده اند+ mV40به فرکانس در ولتاژ

.منیزیم باقیمانده یا داخل سلولی است

Dow

nloa

ded

from

phy

pha.

ir at

13:

18 +

0330

on

Sun

day

Dec

embe

r 10

th 2

017

و همکاران کورش آرامی جریانات سیناپسی تحریکی خودبخودي در طی رشد

342342

.]6[ را در پتانسیل هاي نگهدارنده مختلف ثبت کنیم

و براي ارزیابی شرایط ثبت مطلوب بـراي تشـخیص ایـن د

sEPSCs مختلف در ابتداAMPA sEPSC را در حضورAP5

(75 μm) ،در پتانسیل هاي نگهدارنـده مختلـف ثبـت کـردیم

AMPA sEPSCsولتاژ -ولتاژ و فرکانس -سپس رابطه دامنه

این روابط نشان می دهد که مـاکزیمم . ]10و6 [را رسم نمودیم

میلی ولت دیده مـی شـود -80در AMPA sEPSCفرکانس

اطـراف AMPA sEPSCمنحنـی فرکـانس ولتـاژ ). 1شکل (

این امر نشان می دهـد کـه . سطح معکوس تقریباً متقارن است

بستگی به مثبـت یـا منفـی AMPA sEPSCفرکانس واقعی

.]16 [ بودن پتانسیل نگهدارنـده سـلول پـس سیناپسـی نـدارد

در CNQX (10 μm)را در حضـور NMDA sEPSCسپس

رابطـه ). 2شـکل (ختلف ثبت کردیم پتانسیل هاي نگهدارنده م

در ایـن NMDA sEPSCsولتـاژ -ولتـاژ و فرکـانس -دامنه

ایـن روابـط نشـان مـی دهـد کـه . شکل نشان داده شده است

میلی ولت دیـده + 40در NMDA sEPSCماکزیمم فرکانس

20 pA

10 mS

20 pA

15 mS

Late component

Early component

-80 mV

+40 mV

+Bic

+Bic

+Bic

-80 mV

15 mS

20 pA

10 mS

20 pA+40 mV

AMPA

NMDA

20 pA

10 mS

20 pA

15 mS

Late component

Early component

-80 mV

+40 mV

+Bic

+Bic

+Bic

-80 mV

15 mS

20 pA

10 mS

20 pA+40 mV

AMPA

NMDA

. در نورون هاي هسته لوکوس سرولئوس در طی هفته هاي اول بعـد از تولـد -mV80و +mV 40به ترتیب در NMDA & AMPA sEPSCsنمونه هاي ثبت -3شکل

+mV40 در شـده ثبـت هـاي EPSC. هسـتند -mV 80ثبت شده در AMPA sEPSCsو +mV 40ثبت شده در NMDA sEPSCsثبت هاي نمونه که نشان دهنده

-mV80هاي ثبت شـده در پتانسـیل نگهدارنـده EPSC AMPA .شود یم مشاهده NMDA (late component)و AMPA (early component) جزء دو هر شامل

. به مایع خارجی AP5و Bicuculine , CNQXها بعد از افزودن sEPSCs نمونه n).=7(داراي یک صعودي و نزولی سریعتر هستند

Dow

nloa

ded

from

phy

pha.

ir at

13:

18 +

0330

on

Sun

day

Dec

embe

r 10

th 2

017

1389، زمستان 4، شماره 14جلد فیزیولوژي و فارماکولوژي

343343

). 2شکل ( می شود

طبـق فرمـول NMDAو AMPA sEPSCدامنه هـاي

: زیر نرمالیزه شده اند

-متوسط دامنـه سـلول هـا در همـان ولتـاژ /(حراف معیاران

)دامنه در ولتاژ خاص

ممکـن اسـت mV 40+هاي ثبت شـده در EPSCچون

سـهم نسـبی باشـند NMDAو AMPAشامل هـر دو جـزء

NMDA در پیـک دامنـهEPSC 40+)در (مرکـب mV را

هاي ثبت شـده درایـن ولتـاژ بـا و sEPSCتفاضل می توان از

به دسـت آورد AP5یعنی NMDAاگونیست گیرنده بدون آنت

.]10[)3شکل (

و AMPAخود بخودي ناشـی از EPSCنمونه 3در شکل

NMDA نشان داده شده است که به ترتیب در پتانسـیل هـاي

هیستو گـرام هـاي . صورت گرفته است+ 40و -80نگهدارنده

.دیده می شود 4در شکل NMDAو AMPA sEPSCدامنه

تقریبا تغییري AMPA sEPSCsزیع و دامنه تغییرات شکل تو

تغییر کرده و sEPSCs NMDA نکرده است ولی شکل توزیع

).4شکل( دامنه تغییرات در طی رشد افزایش یافته است

خودبخـودي EPSPبراي محاسبه تغییرات فرکانس و دامنه

آن ها را در طی رشد، هر کدام ازNMDAو AMPAناشی از

بدسـت + 40و -80در پتانسیل هـاي نگهدارنـده بطور جداگانه

ــم مشــاهده 5و 6همــان طــوري کــه در شــکل هــاي . آوردی

در طی رشد افزایش معنی دار EPSCشود، فرکانس هر دو می

AMPAافزایش یافته و دامنـه NMDAیافته ولی دامنه فقط

بـا وجـود افـزایش معنـی دار فرکـانس . تقریبا ثابت مانده است

ــبت فرکــانس جریــان ــاي ناشــی از هــر دو گیرنــده، نس ه

AMPA/NMDA sEPSCs (A/N) در طـی رشـد افـزایش

هم در طـی رشـد تغییـر A/Nهمچنین نسبت دامنه . پیدا نکرد

همان طوري که در شکل هـاي . معنی داري از نظر آماري نکرد

شود، نسبت فرکانس در سلول هاي مختلـف مشاهده می 5و 6

عضی سلول ها انتقال سیناپسی ناشـی متفاوت است چرا که در ب

غالب است و در بعضی انتقـال سیناپسـی ناشـی از AMPAاز

.ثبت شده از نورون هاي هسته لوکوس سرولئوس NMDA & AMPA sEPSCsهیستوگرام هاي دامنه -4شکل

تقریبا تغییري نکـرده AMPA sEPSCsشکل توزیع و دامنه تغییرات + mV40و -mV80در پتانسیل نگهدارنده . NMDA & AMPA sEPSCsهیستوگرام هاي دامنه

.تغییر کرده و دامنه تغییرات در طی رشد افزایش یافته استsEPSCs NMDAشکل توزیع. است

Dow

nloa

ded

from

phy

pha.

ir at

13:

18 +

0330

on

Sun

day

Dec

embe

r 10

th 2

017

و همکاران کورش آرامی جریانات سیناپسی تحریکی خودبخودي در طی رشد

344344

.NMDA

بحث

خودبخـودي شـاهدي بـر آزادسـازي سیناپسـی وجود وقایع

ــاي خودبخــودي در ــپایک ه ــل عصــبی و اس خودبخــودي ناق

و از همـان هفتـه . ]12 [می باشـد LCسیناپس هاي آوران به

AMPAناشـی از هـر دو گیرنـده که sEPSCاول بعد از تولد

NMDAو AMPAگیرنده هـاي . بود مشاهده شد NMDAو

Shaftدر محل هـاي پـس سیناپسـی در خارهـاي دنـدریتی و

بالفاصله بعـد از تولـد، سـیناپس هـاي . ]23و3 [تغلیظ شده اند

filopodialیــا shaftگلوتاماترژیــک عمــدتا ســیناپس هــاي

کـه بزرگتـر از spineهـاي در طی هفته دوم سیناپس . هستند

شـروع بـه shaftقبلی ها هستند ظاهر شده و سـیناپس هـاي

.در طی هفته هاي اول بعد از تولد NMDA & AMPA sEPSCsفرکانس هاي -5شکل

است افتهیدار یمعن شیافزا (p<0.05)و سوم نسبت به هفته اول (p<0.001)فرکانس در هفته دوم . در هفته اول، دوم و سوم بعد از تولد AMPA sEPSCsفرکانس -الف

A/Nنسبت - ج است افتهیدار یمعن شیافزا (p<0.01)و سوم نسبت به هفته اول (p<0.001)فرکانس در هفته دوم . در طی این مدت NMDA sEPSCsفرکانس - ب

.رشد ثابت مانده است ینسبت در ط نیا .براي فرکانس در طی رشد

Dow

nloa

ded

from

phy

pha.

ir at

13:

18 +

0330

on

Sun

day

Dec

embe

r 10

th 2

017

1389، زمستان 4، شماره 14جلد فیزیولوژي و فارماکولوژي

345345

.]30و15 [کاهش می کنند

بالفاصـله بعـد از NMDAو AMPAوجود هر دو گیرنده

قشـر و گلوتاماترژیکتولد در غشا پس سیناپسی سیناپس هاي

در NMDAبـراي I/Vمنحنی .هیپوکامپ نیز دیده شده است

منفـی در نتیجـه بلـوك ناشـی از منیـزیم یـک پتانسیل هـاي

simple(مقاومـت سـاده resistor ( بـا شـیب منفـی را نشـان

+Mg2بـدون ACSFدر sEPSCچون ثبـت هـاي . می دهد

صورت مـی گیـرد ایـن منحنـی تمایـل بـه خطـی بـودن دارد

یا مایع اینترنال یـا داخـل خـود sliceاندوژن خود +Mg2ولی

شـده و NMDAرشال گیرنده هـاي سلول موجب یک بلوك پا

منحنی را در پتانسیل هاي هیپرپالریزه غشـایی دچـار تصـحیح

(rectification) در سـلول هـاي مختلـف حساسـیت . می کند

-متفاوت است مثال در سلول +Mg2به NMDAگیرنده هاي

هاي گرانول مخچه پایین بودن این حساسـیت موجـب خطـی

.]11 [شده است I/Vشدن منحنی

خودبخودي در هسته لوکـوس EPSC ایج حاصل از ثبتنت

sEPSC AMPAسرولئوس نشان می دهد که فرکانس هر دو

در طی هفته هاي اول بعـد از تولـد افـزایش نشـان NMDAو

. در طی هفته هاي اول بعد از تولد NMDA & AMPA sEPSCsدامنه هاي - 6شکل

و سـوم نسـبت بـه (p<0.05)دامنه در هفتـه دوم . در طی این مدت NMDA sEPSCsدامنه -ب. ر طی هفته اول، دوم و سوم بعد از تولدد AMPA sEPSCsدامنه -الف

.استرشد ثابت مانده ینسبت در ط نیا .براي دامنه در طی رشد NMDA/AMPAنسبت -ج است افتهیدار یمعن شیافزا (p<0.05)هفته اول

Dow

nloa

ded

from

phy

pha.

ir at

13:

18 +

0330

on

Sun

day

Dec

embe

r 10

th 2

017

و همکاران کورش آرامی جریانات سیناپسی تحریکی خودبخودي در طی رشد

346346

افزایش فرکانس مـی توانـد ناشـی از افـزایش درخـت . داده اند

dendritic)دنـــدریتی tree) و در نتیجـــه افـــزایش تعـــداد

خصوصـیت حسـاس بـه ولتـاژي . لول باشـد سیناپسهاي هر سـ

NMDAعالوه بر خصوصیت دریچـه لیگانـدي گیرنـده هـاي

باعث شده که آن ها هم زمانی دپالریزاسیون پـس سیناپسـی و

و پیک ثانویـه داده صیتشخآزادسازي گلوتامات را در سیناپس

شیافـزا .کلسیم را به داخل سلول پس سیناپسی تزریـق کننـد

تعـداد شیافـزا ند تغییرات سیناپسی شامل کلسیم حاصله می توا

بنابر ایـن ممکـن .]13و4و1 [سیناپس ها را ایجاد کند و اندازه

در نتایج حاضر در اثر افـزایش sEPSCsاست افزایش فرکانس

فعالیت سیناپسی در طـی رشـد و در نتیجـه افـزایش انشـعابات

.]24و17 [دندریتی و تعداد سیناپس ها بوده باشد

NMDA sEPSCsحاصله در این مطالعه دامنهطبق نتایج

در طی هفته هاي دوم و سـوم نسـبت بـه هفتـه اول افـزایش

sEPSCs AMPAمعنی دار یافته ولـی ایـن تغییـر در دامنـه

نسبت مستقیم با تعداد گیرنده EPSCپیک دامنه . مشاهده نشد

هاي گلوتاماتی دارد، همچنین می تواند منعکس کننده احتمـال

ــودن ــاز ب open)ب probability) ــد ــی . باش ــات قبل از مطالع

مشخص شده که این دو گیرنده در طی دوره هاي کوتاه زمـانی

جریانـات می توانند تا حدودي مسـتقل از هـم تنظـیم شـوند و

می تواننـد NMDAدر غیاب جریانات گیرنده AMPAگیرنده

همچنین افزایش انشعابات دنـدریتی موجـب .]28و5 [رشد کنند

در طـــول دنـــدریت هـــا sEPSCsفیلتـــر شـــدن افـــزایش

(cable filtering) می شـود و چـون ثبـت از جسـم سـلولی

کــاهش در طــول دنــدریت هــا sEPSCsصــورت مــی گیــرد

سـریعتر، AMPAR sEPSCsدر ایـن میـان دامنـه . می یابند

که آهسته تر اسـت کـاهش مـی NMDA sEPSCsبیشتر از

ـ . یابد sEPSCsی بـر عـدم افـزایش دامنـه شاید این امـر دلیل

AMPA در طی رشد بوده باشد و همچنـین موجـب شـود کـه

تعداد گیرنده . زیر حد واقعی تخمین زده شود A/Nنسبت دامنه

ــاي ــادل NMDAو AMPAه ــه تع ــتگی ب ــی بس سیناپس

دینامیکی بین ذخایر گیرنـده هـاي سیناپسـی و غیـر سیناپسـی

در مطالعـه اي .]9 [دارد) ی و غشاء خارج سیناپسیـداخل سلول(

را در سطح سـلول NMDAو AMPAکه توزیع گیرنده هاي

کالسـترهاي گیرنـده %22بررسی کردند مشـخص شـده کـه

NMDA غیر سیناپسی هستند که فاقد گیرنده هـايAMPA

) NMDA %)67هستند و یک تعداد از کالسـترهاي سیناپسـی

هـا به خصوص آن هایی که در قسمت هـاي انتهـایی دنـدریت

.]25 [می باشند AMPAهستند فاقد گیرنده هاي

و همکـارانش در Grocدر مطالعـه اي کـه گـر یاز طرف د

مورد سیناپس هاي گلوتاماترژیـک در هیپوکامـپ انجـام دادنـد

یی از طریـق پالسـما معلوم شد که هر دو نوع گیرنـده از غشـاء

اندوسیتوز با واسطه کالتـرین بـه داخـل ذخـایر داخـل سـلولی

یتوز گیرنـده گلوتامـات در طـی رشـد کـاهش سـ اندو.می روند

بیشـتر از AMPARسرعت اندوسیتوز انیم نیدر ا می یابد که

NMDAR تعداد گیرنده هـاي بـاز در نیهمچن. ]9 [می باشد

کـه متفاوت اسـت گرید شیزماآبه شیزماآ کیاز سیناپس ها

امـات از می تواند در اثر عـواملی چـون کلیـرنس متفـاوت گلوت

AMPAشــکاف سیناپســی یــا غیــر فعــال شــدن متفــاوت

.]28و20 [باشد NMDAو

ـ احتمـال دارد از شـواهد و دالیـل مـذکور بنابر طـرف کی

بـاالتربودن ی عواملی چـون و از طرفافزایش تعداد سیناپس ها

، فیلترشــدن NMDAنســبت بــه AMPA توزیســرعت اندوســ

تفـاوت در طـول دنـدریت، NMDAنسبت به AMPAبیشتر

احتمال باز بودن آن ها و تفاوت نسبت توزیع آن ها در سیناپس

و عـدم NMDA sEPSCمعنـی دار دامنـه شیموجب افـزا ها

شـده در طـی رشـد AMPA sEPSCافزایش معنی دار دامنه

.]26[باشد

نیـز NMDAو AMPA sEPSCهیستوگرام هاي دامنه

رام بـه ایـن ترتیـب کـه هیسـتوگ . شاهدي بر این قضیه هستند

نشان می دهد که دامنه هاي پـایین AMPA sEPSCدامنه

وقوع باالتري دارند که این می تواند بـه مـوازات نتیجـه قبلـی

در طـی رشـد AMPAمبنی بر عدم افزایش معنـی دار دامنـه

بیانگر این NMDA sEPSCاز طرفی هیستوگرام دامنه . باشد

sEPSCهـا بخصـوص sEPSCاست که در طی رشـد وقـوع

این قضیه موافق نتیجـه . اي با دامنه هاي باال بیشتر می شوده

در طـی NMDAقبلی مبنی بر فزونی یافتن معنـی دار دامنـه

.رشد می باشد

,P7, P14در A/Nبا وجود نتایج مذکورنسبت دامنه هاي

P21 ثابت بود و با وجود ثباتA/N به نظر نمی آید که گیرنده

در AMPAز گیرنـده هـاي بطور معنی دارتـر ا NMDAهاي

ثبـات نسـبت .انتقال سیناپسی خودبخودي نقش داشـته باشـند

Dow

nloa

ded

from

phy

pha.

ir at

13:

18 +

0330

on

Sun

day

Dec

embe

r 10

th 2

017

1389، زمستان 4، شماره 14جلد فیزیولوژي و فارماکولوژي

347347

A/N هیپـو کامـپ، تـاالموس یـا قشـر نابـالغ در طی رشد در

. مشاهده شده است

همچنین در مطالعه اي که از تصویربرداري کلسیم اسـتفاده

مخلــوط ناشــی از محــل هــاي آزادســازي sEPSCکردنــد تــا

در طـی رشـد مشـاهده A/Nد نیز ثبـات مشخص را تعیین کنن

A/Nنسبت مشاهده شده دریک احتمال براي ثبات .]28 [شد

AMPAآن اسـت کـه تعـداد گیرنـده هـاي در مطالعه حاضـر

تولید شـده توسـط +Ca2سطحی متناسب با سیگنال موضعی

احتمـال دیگـر . باز تغییر می کننـد NMDAفعال شدن گیرنده

به داخل محل هاي اتصـالی AMPAآن است که گیرنده هاي

وارد می شوند که از قبل در یک استوکیومتري ثابت نسـبت بـه

هـر دو . مـی باشـد NMDAمحل هاي اتصال گیرنـده هـاي

از طریق تعامل با پروتئین هـاي اسـکلتی داراي Nو Aگیرنده

PDZ در سیناپس تجمع می یابند .

بـین ایـن (Stochiometric)یک رابطـه اسـتوکیومتریک

مـی توانـد نسـبت Nو Aروتئین هاي اسکلتی گیرنـده هـاي پ

ثابت در عـرض سـیناپس و در طـی فعالیـت طـوالنی مـدت را

بین این دو نـوع (coupling)جفت شدن .]28و22 [توجیه کند

، وسـیله اي بـراي ثابت A/Nو نسبت گیرنده در سیناپس منفرد

تقویت و حفظ سیناپس هـاي قـوي و تضـعیف سـیناپس هـاي

ر است، چون یک سـطح مشـابه ارتبـاط پـیش و پـس ضعیف ت

بیشتر در سیناپس با گیرنده هـاي +Ca2سیناپسی موجب ورود

A وN نسبت به سیناپسـی کـه ( بیشتر می شودA وN کمتـر

. ]28[)دارد یعنی ضعیف است

نتیجه نهایی اینکه در سیناپس هـاي گلوتاماترژیـک هسـته

همزمـان AMPAو NMDAلوکوس سرولئوس هر دوگیرنده

همان هفته اول پس از تولد فانکشنال بوده و سـیگنالینگ بـا از

بنـابراین سـیگنالینگ در . واسطه هر دوگیرنده صورت می گیـرد

سیناپس هاي گلوتاماترژیک هسته لوکـوس سـرولئوس دوگانـه

.است

سپاسگزاري

این مقاله قسمتی از پایان نامه مصوب معاونت پژوهشی دانشگاه

باشد و با حمایت صندوق حمایـت از پژوهشـگران تربیت مدرس می

صورت پذیرفته که محققان بدین وسیله از حمایت مالی آن دانشـگاه

.و موسسه کمال تشکر را دارند

References

[1] Baba H, Doubell TP, Moore KA, and Woolf CJ, Silent

NMDA receptor-mediated synapses are developmentally

regulated in the dorsal horn of the rat spinal cord. J

Neuro Physiol 83 (2000) 955-962.

[2] Balland B, Lachamp P, Kessler JP, Tell F, Silent

synapses in developing rat nucleus tractus solitarii have

AMPA receptors. J Neurosci 28 (2008) 4624-34.

[3] Baude A, Nusser Z, Molnar E, Mcllhinney RA,

Somogyi P: High resolution immunogold localization of

AMPA type receptor subunits at synaptic and non-

synaptic sites in rat hippocampus. Neurosci 69 (1995)

1031-l 055.

[4] Bottjer SW, Silent synapses in a thalamo-cortical

circuit necessary for song learning in zebra finches. J

Neurophysiol 94 (2005) 3698-707.

[5] Carmignoto G and Vicini S, Activity-dependent

decrease in NMDA receptor responses during

development of the visual cortex. Science 258(2000)

1007-1011.

[6] Colonnese MT, Shi J, and Constantine-Paton M,

Chronic NMDA receptor blockade from birth delays the

maturation of NMDA currents, but does not affect

AMPA/Kainate currents. J Neurophysiol 89(2003) 57-

68.

[7] Corlew R, Wang Y, Ghermazien H, Erisir A, and

Philpot BD, Developmental Switch in the Contribution

of Presynaptic and Postsynaptic NMDA Receptors to

Long-Term Depression. J Neurosci 27(2007) 9835-

9845.

[8] Durand GM, Kovalchuk Y, and Konnerth A. Long-term

potentiation and functional synapse induction in

developing hippocampus. Nature 381(1996) 71–75.

[9] Groc L, Gustafsson B, and Hanse E, Spontaneous

Unitary Synaptic Activity in CA1 Pyramidal Neurons

during Early Postnatal Development: Constant

Dow

nloa

ded

from

phy

pha.

ir at

13:

18 +

0330

on

Sun

day

Dec

embe

r 10

th 2

017

و همکاران کورش آرامی جریانات سیناپسی تحریکی خودبخودي در طی رشد

348348

Contribution of AMPA and NMDA Receptors. J

Neurosci 22 (2002) 5552-5562.

[10] Groc L, Gustafsson B, and Hanse E, AMPA signalling

in nascent glutamatergic synapses: there and not there.

TINS 29(2006) 132-139.

[11] Hestrin S, Nicoll RA, Perkel DJ, Sah P, Analysis of

excitatory synaptic action in the rat hippocampus using

whole cell recording from thin slices. J Physiol (Lond)

422(1990) 203–225.

[12] Hickmott PW and Constantine-Paton M, The

Contributions of NMDA, Non-NMDA, and GABA

Receptors to Postsynaptic Responses in Neurons of the

Optic Tectum. J Neurosci 13 (1993) 4339-4353.

[13] Hsia AY, Malenka RC, and Nicoll RA, Development of

Excitatory Circuitry in the Hippocampus. J

Neurophysiol 79 (1998) 2013-2024.

[14] Kogaa H, Ishibashia H, Shimadaa H, Jangb S,

Nakamuraa TY, Nabekura J, Activation of presynaptic

GABAA receptors increases spontaneous glutamate

release onto noradrenergic neurons of the rat locus

coeruleus. Brain Res 1046 (2005) 24 –31.

[15] Koji Y, Rebekah C, Benjamin D, Visual deprivation

modifies both presynaptic glutamate release and the

composition of perisynaptic/extrasynaptic NMDA

receptors in adult visual cortex. J Neurosci 25(2005)

11684-11692.

[16] Liao D, Hessler NA, Malinow R, Activation of

postsynaptically silent synapses during pairing-induced

LTP in CA1 region of hippocampal slice. Nature

375(1995) 400-404.

[17] Lopez de Armentia M and Sah P, Development and

Subunit Composition of Synaptic NMDA Receptors in

the Amygdala: NR2B Synapses in the Adult Central

Amygdala. J Neurosci 23(2003) 6876-6883.

[18] Lopez-Gallardo M, Prada C, Spatial and temporal

patterns of morphogenesis of hippocampal pyramidal

cells: study in the early postnatal rat. Hippocampus 11

(2001) 118–131.

[19] Marinelli S, Vaughan C.W, Christie M. and Connor

M, Capsaicin activation of glutamatergic synaptic

transmission in the rat locus coeruleus In vitro. J

Physiol 543(2002) 531-540.

[20] Min MY, Rusakov DA, and Kullmann DM, Activation

of AMPA, kainate, and metabotropic receptors at

hippocampal mossy fiber synapses. Neuron 21(1998)

561-570.

[21] Myme C I O, Sugino K, Gina G, Turrigiano and Sacha

BN, the NMDA-to-AMPA Ratio at Synapses onto Layer

2/3 Pyramidal Neurons Is Conserved Across Prefrontal

and Visual Cortices. J Neurophysiol 90 (2003) 771-779.

[22] Obrien RJ, Lao LF, Molecular mechanisms of glutamate

receptor clustering at excitatory synapses. Curr Opin

Neurobiol 8(1998) 364-9.

[23] Petralia RS, Wenthold RJ: Light and electron

immunocytochemical localization of AMPA-selective

glutamate receptors in the rat brain. I Comput Neural

318(1992) 329-354.

[24] Pokorny J, Yamamoto T, Postnatal ontogenesis of

hippocampal CA1 area in rats. I. Development of

dendritic arborisation in pyramidal neurons. Brain Res

Bull 7(1981) 113–120.

[25] Rao A and Craig AM, Activity regulates the synaptic

localization of the NMDA receptor in hippocampal

neurons. Neuron 19 (1997) 801-12.

[26] Takumi Y, Ramirez-Leon V, Laake P, Rinvik E,

Ottersen OP, Different modes of expression of AMPA

and NMDA receptors in hippocampal synapses. Nat

Neurosci 2(1999) 618–624.

[27] Van Bockstaele EJ, Garcia-Hernandez F, Foxa K,

Alvarez VA, Williams JT, Expression of connexins

during development and following manipulation of

afferent input in the rat locus coeruleus. Neurochem Int

45(2004) 421–428.

[28] Watt AJ, van Rossum MC, MacLeod KM, Nelson SB,

Turrigiano GG, Activity coregulates quantal AMPA and

NMDA currents at neocortical synapses. Neuron

26(2000) 659-70.

[29] Williams JT, North RA, Shefner SA, Nishi S, Egan TM.

Membrnae properties of rat locus coeruleus neurones,

Neuroscience 13(1984) 137- 156.

[30] Zhang L, Warren RA, Postnatal development of

excitatory postsynaptic currents in nucleus accumbens

medium spiny neurons. Neuroscience 154(2008) 1440-

9.

Dow

nloa

ded

from

phy

pha.

ir at

13:

18 +

0330

on

Sun

day

Dec

embe

r 10

th 2

017