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比较研究
.2010年11月15日;588(第22部分):4401-14。
doi:10.1113/jphysiol.2010.191858。 Epub 2010年9月6日。

Na+-K+ATP酶阻断对皮层V层神经元的差异作用

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比较研究

Na+-K+-ATP酶阻断对皮层V层神经元的不同作用

特伦特·安德森等。 生理学杂志. .

摘要

钠钾ATP酶(Na(+)-K(+)ATP酶)有助于维持神经元静息膜电位和Na(+)和K(+)的跨膜梯度。在神经元活动增强期间,Na(+)-K(+)ATP酶的激活在控制细胞内钠的增加方面可能很重要。Na(+)-K(+)ATP酶活性的下调与许多中枢神经系统疾病有关,包括癫痫。虽然Na(+)-K(+)ATP酶存在于所有神经元中,但对其在不同亚类新皮质细胞中的活性知之甚少。我们评估了快突(FS)中间神经元和锥体(PYR)细胞中Na(+)-K(+)ATP酶的生理特性,以验证在产生高频动作电位的神经元(FS细胞)中Na。采用标准技术,对体外保存的大鼠感觉运动皮层片第V层FS和PYR神经元进行全细胞膜片钳记录。浴液灌注Na(+)-K(+)ATP酶拮抗剂(哇巴因或二氢-哇巴因)可在电流钳中诱导膜去极化,或在电压钳下诱导内向电流。根据Na(+)-K(+)ATP酶阻断引起的电压或电流偏移的幅度,PYR神经元被分为两个亚群。两组PYR细胞在静息膜电位、放电模式、输入电阻和电容等电生理特性方面没有显著差异。FS细胞对Na(+)-K(+)ATP酶阻断的膜电压反应在两个PYR细胞组之间居中(P<0.05)。应用阻滞剂评估FS中间神经元的静息Na(+)-K(+)ATP酶电流密度,比PYR神经元组的3到7倍大。Na(+)-K(+)ATP酶活性通过直接通过贴片吸管或局部施用谷氨酸盐(20 mM泡芙)的方式增加。在这些条件下,FS中间神经元表现出Na(+)-K(+)ATP酶活性的最大增加。我们得出的结论是,静息状态下的Na(+)-K(+)ATP酶活性和对内部Na(+)浓度变化的敏感性在不同类别的皮层神经元之间和内部有所不同。这些差异可能在与Na(+)-K(+)ATP酶下调和皮质网络内超兴奋性相关的病理生理障碍中产生重要后果。

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图1
图1。二氢乌阿班(DHO)诱导新皮质神经元膜去极化
A类,100μ的镀液应用DHO作用30 s,在快刺(FS)中间神经元(顶部)和两类锥体神经元(中间/底部)中诱导可逆的膜去极化。黑条表示DHO应用的周期。静息膜电位列在每条迹线的左侧。B类,DHO应用后神经元反应的群体数据。左:FS中间神经元的数据是正态分布的(即通过单峰高斯拟合良好)。右图:锥体神经元的数据最好用2峰高斯拟合。通过确定系数计算的拟合优度(R(右)2). 注意,响应明显分为大振幅(称为PYR1)和小振幅(称之为PYR2)响应。C类,平均值(±s.e.m(标准电气).)所有细胞类型对DHO的膜去极化反应。D类,计算所有电池类型的电流密度(电流/电容)*P(P)> 0.05; **P(P)> 0.01.
图2
图2。钠的非均匀内向电流响应+−K+不同类别新皮质神经元ATP酶的阻断
A类,对100μ的短暂应用(30 s,黑条)的全细胞电压钳响应DHO可在所有受试神经元中诱导可逆内向电流。FS中间神经元再次显示出两种已识别的锥体类型(大振幅(PYR1)和小振幅(PYR2))之间的中等振幅响应。B类,FS或PYR神经元对DHO的群体反应直方图。同样,FS数据最好用单峰高斯拟合,PYR神经元最好用双峰高斯拟合。C类,应用低亲和力Na的30 s峰值电流响应散点图+−K+ATP酶拮抗剂DHO(灰色符号;20、50或100μ)或高亲和力Na+−K+ATP酶拮抗剂哇巴因(黑色符号;20,100μ)FS(顶部)或PYR(底部)神经元。水平条:平均值。
图3
图3。DHO不会改变任何不同神经元类型的输入电阻
A类,在FS、PYR1或PYR2神经元中响应于施加的细胞内电流阶跃(−150至300 pA,1s)的电流钳记录。注意两种PYR神经元记录的相似性。B、 V–I型记录在中的单元格图A类在对照组或在峰值膜去极化期间,因施用DHO(100μ,30秒)。C类,平均值(±s.e.m(标准电气).)膜电阻(R(右))根据在控制中或在DHO期间应用的当前步骤计算。+−K+DHO阻断ATP酶没有显著改变R(右)在任何单元格类型中。此外,PYR1组和PYR2组之间未观察到差异(P(P)=0.73控制,P(P)=0.33(DHO)。D类,每种记录细胞类型的代表性生物细胞填充神经元。比例尺:20μm适用于所有图像。
图4
图4。谷氨酸膨化诱导Na活化+−K+ATP酶
谷氨酸(20 m)通过一个短的压力脉冲(31 kPa,1s)通过一个贴片吸管局部输送。A类:左,电压钳下FS中间神经元对对照组谷氨酸吞吐反应的代表性痕迹。谷氨酸诱发了一个大幅度、快速上升的内向电流,随后是一个反弹的外向电流。中部,Na封锁后+−K+100μATP酶DHO重复谷氨酸泡芙,并记录DGR。对,DGR响应与控制响应的数字减法揭示了潜在的DHO敏感Na+−K+ATP酶电流(Na+−K+ATP酶活性)。B类,纳+−K+ATP酶电荷(平均值±s.e.m(标准电气))对于FS、PYR1和PYR2神经元,计算为Na下的面积+−K+ATP酶活性曲线,然后在试验中取平均值(详见方法)。如图1所示,根据DHO诱导的电流振幅对PYR神经元进行分组。C类,Na的比较+−K+三组在多个谷氨酸吞咽持续时间内的ATP酶电荷。D类,Na分数的估计+−K+谷氨酸泡芙(Na)诱导的ATP酶活性+−K+ATP酶电荷)对抗总诱导非钠+−K+ATP酶活性(DGR电荷)(平均值±s.e.m(标准电气).).E类,分数谷氨酸膨化诱导钠+−K+ATP酶活性与静息Na呈曲线关系+−K+ATP酶活性(DHO电流)*P(P)> 0.05,V(V)=−70毫伏。
图5
图5。增加内部Na+浓度增加静息钠+−K+所有细胞类型中的ATP酶活性
A类,PYR1(黑色)或PYR2(灰色)神经元加载70 m的电压钳迹线+内部通过贴片吸管。在允许足够的时间对Na进行透析之后+(>10 min)和基线记录中获得的稳定性,在不同浓度(1、20和100μ). 20μ的应用哇巴因在PYR神经元中产生两组不同的反应,这与我们之前在非负载神经元中的发现一致,并用于PYR神经分组(PYR1和PYR2)。B类,平均值(±s.e.m(标准电气).)从FS记录的电流(n个=18),PYR1(n个=10)或PYR2(n个=14)不同内部Na的神经元+浓度。细胞加载对照物(2 m),40或70米+.加载70 m+将感应电流增加100μ但并非所有细胞类型中的哇巴因浓度都较低。只有PYR1神经元对40 m+与对照相比(2 m). *P(P)> 0.05, **P(P)> 0.01.V(V)=−70毫伏。

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    1. Anderson TR,Andrew RD。《扩散性抑郁:大鼠新皮质脑切片中的成像和阻断》。神经生理学杂志。2002;88:2713–2725。-公共医学
    1. Anderson TR、Jarvis CR、Biedermann AJ、Molnar C、Andrew RD。阻断缺氧去极化保护大脑皮层切片模拟中风后的功能不受损害。神经生理学杂志。2005年;93:963–979.-公共医学
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