Влияние фебрильных судорог на синаптическую передачу в гиппокампе крыс с фокальной кортикальной дисплазией, вызванной замораживанием

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Фебрильные судороги (ФС) в раннем возрасте могут приводить к развитию эпилепсии, однако в большинстве случаев они проходят бесследно. При этом нейрофизиологические механизмы, защищающие мозг от последствий ФС, остаются малоизученными. Также известно, что риск развития эпилепсии значительно повышается, если у ребенка есть врожденные аномалии в строении коры головного мозга. В данном исследовании мы изучили функциональные изменения в гиппокампе молодых крыс, подвергшихся ФС на 10-й постнатальный день (P10), с фокальной кортикальной дисплазией (ФКД), вызванной замораживанием коры на P0. Эксперименты проводились на трех группах животных: 1) контрольная группа (Ctrl) – крысы без ФС и ФКД; 2) группа с ФС (FS) – крысы, подвергшиеся гипертермии с развитием ФС на P10; 3) группа с ФС и ФКД (FS+FCD) – крысы с замораживанием коры на P0 и ФС на P10. Используя регистрацию локальных синаптических потенциалов в области CA1 гиппокампа, мы выявили, что ФС привели к значительным изменениям в синаптической передаче. В группе FS наблюдалось повышение порога генерации популяционного спайка, снижение коэффициента эффективности синаптической передачи и увеличение коэффициента парной стимуляции. Эти изменения указывают на снижение активности глутаматергических синапсов CA3-CA1, что может быть компенсаторной реакцией, предотвращающей эпилептогенез. Однако в группе FS+FCD такие компенсаторные изменения отсутствовали: показатели синаптической передачи не отличались от контрольной группы. Это свидетельствует о том, что ФКД препятствует запуску защитных механизмов в гиппокампе в ответ на ФС. Таким образом, наличие кортикальной дисплазии может повышать риск развития эпилепсии после ФС, блокируя естественные компенсаторные процессы. Наши результаты подчеркивают важность изучения взаимодействия между врожденными аномалиями развития коры и последствиями ФС для понимания механизмов эпилептогенеза.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. Ю. Постникова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tapost2@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Зайцев

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: tapost2@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Leung AKC, Hon KL, Leung TNH (2018) Febrile seizures: An overview. Drugs Context 1–12. https://doi.org/10.7573/dic.212536
  2. Vestergaard M, Pedersen CB, Christensen J, Madsen KM, Olsen J, Mortensen PB (2005) Febrile seizures and risk of schizophrenia. Schizophr Res 73: 343–349. https://doi.org/10.1016/j.schres.2004.07.004
  3. Bertelsen EN, Larsen JT, Petersen L, Christensen J, Dalsgaard S (2016) Childhood Epilepsy, Febrile Seizures, and Subsequent Risk of ADHD. Pediatrics 138(2): e20154654. https://doi.org/10.1542/peds.2015-4654
  4. Civan AB, Ekici A, Havali C, Kiliç N, Bostanci M (2022) Evaluation of the risk factors for recurrence and the development of epilepsy in patients with febrile seizure. Arq Neuropsiquiatr 80: 779–785. https://doi.org/10.1055/s-0042-1755202
  5. Nelson KB, Ellenberg JH (1976) Predictors of Epilepsy in Children Who Have Experienced Febrile Seizures. New Engl J Med 295: 1029–1033. https://doi.org/10.1056/nejm197611042951901
  6. Barkovich AJ, Dobyns WB, Guerrini R (2015) Malformations of cortical development and epilepsy. Cold Spring Harb Perspect Med 5: a022392. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a022392
  7. Fauser S, Huppertz H-J, Bast T, Strobl K, Pantazis G, Altenmueller D-M, Feil B, Rona S, Kurth C, Rating D, Korinthenberg R, Steinhoff BJ, Volk B, Schulze-Bonhage A (2006) Clinical characteristics in focal cortical dysplasia: А retrospective evaluation in a series of 120 patients. Brain 129: 1907–1916. https://doi.org/10.1093/brain/awl133
  8. Hesdorffer DC, Chan S, Tian H, Allen Hauser W, Dayan P, Leary LD, Hinton VJ (2008) Are MRI-detected brain abnormalities associated with febrile seizure type? Epilepsia 49: 765–771. https://doi.org/10.1111/j.1528-1167.2007.01459.x
  9. Barkovich AJ, Dobyns WB, Guerrini R (2015) Malformations of cortical development and epilepsy. Cold Spring Harb Perspect Med 5: a022392. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a022392
  10. Dubé CM, Ravizza T, Hamamura M, Zha Q, Keebaugh A, Fok K, Andres AL, Nalcioglu O, Obenaus A, Vezzani A, Baram TZ (2010) Epileptogenesis provoked by prolonged experimental febrile seizures: Мechanisms and biomarkers. J Neurosci 30: 7484–7494. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0551-10.2010
  11. Baram TZ, Gerth A, Schultz L (1997) Febrile seizures: Аn appropriate-aged model suitable for long-term studies. Brain Res Dev Brain Res 98: 265–270. https://doi.org/10.1016/s0165-3806(96)00190-3
  12. Griflyuk AV, Postnikova TY, Zaitsev AV (2024) Animal Models of Febrile Seizures: Limitations and Recent Advances in the Field. Cells 13(22): 1895. https://doi.org/10.3390/cells13221895
  13. Dvorák K, Feit J (1977) Migration of neuroblasts through partial necrosis of the cerebral cortex in newborn rats-contribution to the problems of morphological development and developmental period of cerebral microgyria. Histological and autoradiographical study. Acta Neuropathol 38: 203–212. https://doi.org/10.1007/BF00688066
  14. Scantlebury MH, Gibbs SA, Foadjo B, Lema P, Psarropoulou C, Carmant L (2005) Febrile seizures in the predisposed brain: A new model of temporal lobe epilepsy. Ann Neurol 58: 41–49. https://doi.org/10.1002/ana.20512
  15. Scantlebury MH, Ouellet P-L, Psarropoulou C, Carmant L (2004) Freeze lesion-induced focal cortical dysplasia predisposes to atypical hyperthermic seizures in the immature rat. Epilepsia 45: 592–600. https://doi.org/10.1111/j.0013-9580.2004.51503.x
  16. Griflyuk AV, Postnikova TY, Malkin SL, Zaitsev AV (2023) Alterations in Rat Hippocampal Glutamatergic System Properties after Prolonged Febrile Seizures. Int J Mol Sci 24: 16875. https://doi.org/10.3390/ijms242316875
  17. Griflyuk AV, Postnikova TY, Zaitsev AV (2022) Prolonged Febrile Seizures Impair Synaptic Plasticity and Alter Developmental Pattern of Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP)-Immunoreactive Astrocytes in the Hippocampus of Young Rats. Int J Mol Sci 23: 12224. https://doi.org/10.3390/ijms232012224
  18. Diespirov GP, Postnikova TY, Griflyuk AV, Kovalenko AA, Zaitsev AV (2023) Alterations in the Properties of the Rat Hippocampus Glutamatergic System in the Lithium-Pilocarpine Model of Temporal Lobe Epilepsy. Biochemistry (Moscow) 88: 353–363. https://doi.org/10.1134/S0006297923030057
  19. Dvorák K, Feit J (1977) Migration of neuroblasts through partial necrosis of the cerebral cortex in newborn rats-contribution to the problems of morphological development and developmental period of cerebral microgyria. Histological and autoradiographical study. Acta Neuropathol 38: 203–212. https://doi.org/10.1007/BF00688066
  20. Postnikova TY, Griflyuk AV, Amakhin DV, Kovalenko AA, Soboleva EB, Zubareva OE, Zaitsev AV (2021) Early Life Febrile Seizures Impair Hippocampal Synaptic Plasticity in Young Rats. Int J Mol Sci 22: 8218. https://doi.org/10.3390/ijms22158218
  21. Postnikova TY, Amakhin DV, Trofimova AM, Smolensky IV, Zaitsev AV (2019) Changes in Functional Properties of Rat Hippocampal Neurons Following Pentylenetetrazole-induced Status Epilepticus. Neuroscience 399: 103-116. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2018.12.029
  22. Abegg MH, Savic N, Ehrengruber MU, McKinney RA, Gähwiler BH (2004) Epileptiform activity in rat hippocampus strengthens excitatory synapses. J Physiol 554: 439–448. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2003.052662
  23. Müller L, Tokay T, Porath K, Köhling R, Kirschstein T (2013) Enhanced NMDA receptor-dependent LTP in the epileptic CA1 area via upregulation of NR2B. Neurobiol Dis 54: 183–193. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2012.12.011
  24. Ólafsdóttir HF, Bush D, Barry C (2018) The Role of Hippocampal Replay in Memory and Planning. Current Biol 28: R37–R50. https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.10.073
  25. Bartsch T, Wulff P (2015) The hippocampus in aging and disease: From plasticity to vulnerability. Neuroscience 309: 1–16. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2015.07.084
  26. Mathern GW, Adelson PD, Cahan LD, Leite JP (2002) Hippocampal neuron damage in human epilepsy: Meyer’s hypothesis revisited. Prog Brain Res 135: 237–251. https://doi.org/10.1016/s0079-6123(02)35023-4
  27. Toth Z, Yan X-XX, Haftoglou S, Ribak CE, Baram TZ (1998) Seizure-induced neuronal injury: Vulnerability to febrile seizures in an immature rat model. J Neurosci 18: 4285–4294. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.18-11-04285.1998
  28. Lewis DV, Voyvodic J, Shinnar S, Chan S, Bello JA, Moshé SL, Nordli DR, Frank LM, Pellock JM, Hesdorffer DC, Deng X, Sun S (2024) Hippocampal sclerosis and temporal lobe epilepsy following febrile status epilepticus: The FEBSTAT study. Epilepsia 65: 1568–1580. https://doi.org/10.1111/epi.17979
  29. Sokol DK, Demyer WE, Edwards-Brown M, Sanders S, Garg B (2003) From swelling to sclerosis: Acute change in mesial hippocampus after prolonged febrile seizure. Seizure 12: 237–240. https://doi.org/10.1016/s1059-1311(02)00195-4
  30. Peng S-J, Hsieh KL-C, Lin Y-K, Tsai M-L, Wong T-T, Chang H (2021) Febrile seizures reduce hippocampal subfield volumes but not cortical thickness in children with focal onset seizures. Epilepsy Res 179: 106848. https://doi.org/10.1016/j.eplepsyres.2021.106848
  31. Cho K-O, Lybrand ZR, Ito N, Brulet R, Tafacory F, Zhang L, Good L, Ure K, Kernie SG, Birnbaum SG, Eisch AJ, Hsieh J (2015) Aberrant hippocampal neurogenesis contributes to epilepsy and associated cognitive decline. Nat Commun 6: 6606. https://doi.org/10.1038/ncomms7606
  32. Postnikova TY, Griflyuk AV, Zhigulin AS, Soboleva EB, Barygin OI, Amakhin DV, Zaitsev AV (2023) Febrile Seizures Cause a Rapid Depletion of Calcium-Permeable AMPA Receptors at the Synapses of Principal Neurons in the Entorhinal Cortex and Hippocampus of the Rat. Int J Mol Sci 24: 12621. https://doi.org/10.3390/ijms241612621
  33. Crespo M, León-Navarro DA, Martín M (2021) Glutamatergic System is Affected in Brain from an Hyperthermia-Induced Seizures Rat Model. Cell Mol Neurobiol 42(5): 1501–1521. https://doi.org/10.1007/s10571-021-01041-2
  34. Zaitsev AV, Smolensky IV, Jorratt P, Ovsepian SV (2020) Neurobiology, Functions, and Relevance of Excitatory Amino Acid Transporters (EAATs) to Treatment of Refractory Epilepsy. CNS Drugs 34: 1089–1103. https://doi.org/10.1007/s40263-020-00764-y
  35. Gonzalez-Ramirez M, Salgado-Ceballos H, Orozco-Suarez SA, Rocha L (2009) Hyperthermic seizures and hyperthermia in immature rats modify the subsequent pentylenetetrazole-induced seizures. Seizure 18: 533–536. https://doi.org/10.1016/j.seizure.2009.04.011
  36. Scott RC (2014) Consequences of febrile seizures in childhood. Curr Opin Pediatr 26: 662–667. https://doi.org/10.1097/MOP.0000000000000153
  37. Leventer RJ, Guerrini R, Dobyns WB (2008) Malformations of cortical development and epilepsy. Dialogues Clin Neurosci 10: 47–62. https://doi.org/10.31887/DCNS.2008.10.1/rjleventer
  38. Barkovich AJ, Dobyns WB, Guerrini R (2015) Malformations of cortical development and epilepsy. Cold Spring Harb Perspect Med 5: a022392. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a022392
  39. Barkovich AJ (2010) Current concepts of polymicrogyria. Neuroradiology 52: 479–487. https://doi.org/10.1007/s00234-009-0644-2
  40. Parrini E, Conti V, Dobyns WB, Guerrini R (2016) Genetic basis of brain malformations. Mol Syndromol 7: 220–233. https://doi.org/10.1159/000448639
  41. Williams AJ, Zhou C, Sun Q-Q (2016) Enhanced burst-suppression and disruption of local field potential synchrony in a mouse model of focal cortical dysplasia exhibiting spike-wave seizures. Front Neural Circuits 10: 93. https://doi.org/10.3389/fncir.2016.00093
  42. Gibbs SA, Scantlebury MH, Awad P, Lema P, Essouma JB, Parent M, Descarries L, Carmant L (2008) Hippocampal atrophy and abnormal brain development following a prolonged hyperthermic seizure in the immature rat with a focal neocortical lesion. Neurobiol Dis 32: 176–182. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2008.07.005
  43. Jacobs KM, Gutnick MJ, Prince DA (1996) Hyperexcitability in a Model of Cortical Maldevelopment. Cerebral Cortex 6: 514–523. https://doi.org/10.1093/cercor/6.3.514
  44. Jacobs KM, Hwang BJ, Prince DA (1999) Focal epileptogenesis in a rat model of polymicrogyria. J Neurophysiol 81: 159–173. https://doi.org/10.1152/jn.1999.81.1.159
  45. Luhmann HJ, Raabe K, Qü M, Zilles K (1998) Characterization of neuronal migration disorders in neocortical structures: Extracellular in vitro recordings. Eur J Neuroscie 10: 3085–3094. https://doi.org/10.1046/j.1460-9568.1998.00311.x
  46. Jacobs KM (1999) Experimental Microgyri Disrupt the Barrel Field Pattern in Rat Somatosensory Cortex. Cerebral Cortex 9: 733–744. https://doi.org/10.1093/cercor/9.7.733
  47. Jacobs KM, Kharazia VN, Prince DA (1999) Mechanisms underlying epileptogenesis in cortical malformations. Epilepsy Res 36: 165–188. https://doi.org/10.1016/S0920-1211(99)00050-9
  48. Zsombok A, Jacobs KM (2007) Postsynaptic currents prior to onset of epileptiform activity in rat microgyria. J Neurophysiol 98: 178–186. https://doi.org/10.1152/JN.00106.2007
  49. Jacobs KM, Prince DA (2005) Excitatory and inhibitory postsynaptic currents in a rat model of epileptogenic microgyria. J Neurophysiol 93: 687–696. https://doi.org/10.1152/JN.00288.2004
  50. Jin X, Jiang K, Prince DA (2014) Excitatory and inhibitory synaptic connectivity to layer V fast-spiking interneurons in the freeze lesion model of cortical microgyria. J Neurophysiol 112: 1703–1713. https://doi.org/10.1152/JN.00854.2013
  51. Hanson E, Danbolt NC, Dulla CG (2016) Astrocyte membrane properties are altered in a rat model of developmental cortical malformation but single-cell astrocytic glutamate uptake is robust. Neurobiol Dis 89: 157–168. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2016.02.012
  52. González-Martínez JA, Ying Z, Prayson R, Bingaman W, Najm I (2011) Glutamate clearance mechanisms in resected cortical dysplasia: Labor Investigation. J Neurosurg 114: 1195–1202. https://doi.org/10.3171/2010.10.JNS10715
  53. French JA, Williamson PD, Thadani VM, Darcey TM, Mattson RH, Spencer SS, Spencer DD (1993) Characteristics of medial temporal lobe epilepsy: I. Results of history and physical examination. Ann Neurol 34: 774–780. https://doi.org/10.1002/ana.410340604
  54. Theodore WH, Bhatia S, Hatta J, Fazilat S, DeCarli C, Bookheimer SY, Gaillard WD (1999) Hippocampal atrophy, epilepsy duration, and febrile seizures in patients with partial seizures. Neurology 52: 132–136. https://doi.org/10.1212/wnl.52.1.132

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кортикальная мальформация, вызванная замораживанием. (а) – Репрезентативный пример мозга крысы (P21), получившей повреждение, вызванное замораживанием, в возрасте P0, в результате чего образовалась продольная микроизвилина в левой сенсомоторной коре, указана стрелками. (b) – Репрезентативный пример окрашенного по Нисслю коронального среза через диспластическое поражение коры мозга крысы. На изображении хорошо видна сформированная четырехслойная микроизвилина. Расположение очага замораживания указано стрелкой. (с) – Схематическое изображение микроизвилины, вызванной замораживанием.

Скачать (217KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Пороги возникновения постсинаптических популяционных спайков в гиппокампе крыс. (а) – Схематическое изображение расположения электродов в срезе гиппокампа. (b) – Репрезентативные примеры полевых ответов в трех группах. Красным цветом выделена запись, где впервые виден постсинаптический популяционный спайк. (с) – Диаграмма, показывающая величину порога возникновения постсинаптических популяционных спайков. * – p < 0.05; ** – p < 0.01 (апостериорный тест Манна–Уитни).

Скачать (173KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости “вход-выход” (I/O) для амплитуд пВПСП (а) и пресинаптических амплитуд прПС (b), зарегистрированных из гиппокампа в области CA1 у контрольных (Ctrl) и FS крыс. (c) – Репрезентативные примеры I/O зависимостей между амплитудами пВПСП и прПС в срезах гиппокампа у контрольных крыс и крыс с ФС. (d) – Максимальные наклоны I/O были меньше у крыс с ФС, чем у контрольных животных. * – p < 0.05 (апостериорный тест Тьюки).

Скачать (213KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Величина кратковременной синаптической фасилитации увеличивается у крыс, перенесших ФС. (а) – Репрезентативные примеры вызванных полевых ответов в поле CA1 гиппокампа контрольной (Ctrl) и экспериментальных (FS и FS+FCD) групп при межстимульном интервале 50 мс. (b) – Величина кратковременной синаптической фасилитации при межстимульном интервале 50 мс у контрольных и экспериментальных групп. * p < 0.05, *** p < 0.001 (апостериорный тест Тьюки).

Скачать (123KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025