Сравнительный анализ методов количественного исследования микроструктуры перинейрональных сетей

Н.С. Липачев¹, А.С. Двоеглазова¹, А.А. Садреева², А.В. Аганов¹, М.Н. Павельев³

¹Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

²Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет), г. Москва, 119991, Россия

³Центр нейронаук, Университет Хельсинки, г. Хельсинки, 00290, Финляндия

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2022.4.519-534

Для цитирования: Липачев Н.С., Двоеглазова А.С., Садреева А.А., Аганов А.В., Павельев М.Н. Сравнительный анализ методов количественного исследования микроструктуры перинейрональных сетей // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2022. – Т. 164, кн. 4. – С. 519–534. – doi: 10.26907/2542-064X.2022.4.519-534.

For citation: Lipachev N.S., Dvoeglazova A.S., Sadreeva A.A., Aganov A.V., Paveliev M.N. Comparative analysis of the methods for quantitative study of the perineuronal net microstructure. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2022, vol. 164, no. 4, pp. 519–534. doi: 10.26907/2542-064X.2022.4.519-534. (In Russian)

Аннотация

Перинейрональные сети представляют собой особый высокоструктурированный тип внеклеточного матрикса центральной нервной системы. В последние годы была установлена важная роль перинейрональных сетей в нормальной физиологии ЦНС, а также показаны изменения их экспрессии при некоторых патологиях, что позволяет сделать предположение об участии перинейрональных сетей в патогенезе ряда заболеваний головного и спинного мозга. До недавнего времени количественные исследования пространственной геометрии ячеек перинейрональных сетей отсутствовали. В 2021 и 2022 гг. были опубликованы полученные нами результаты количественного изучения микроструктуры перинейрональных сетей коры головного мозга, которое проводилось с помощью двух разработанных нами, отличных друг от друга, методов анализа данных конфокальной микроскопии высокого разрешения. В настоящей работе выполнен сравнительный анализ этих двух методов количественного исследования микроструктуры перинейрональных сетей по данным микроскопии медиальной префронтальной коры в экспериментальной модели шизофрении. Установлена высокая корреляция результатов измерения площади ячеек, а также линейных размеров трехмерной структуры для двух методов, а также отсутствие корреляции результатов количественной оценки ряда параметров двухмерной формы ячейки. Сделан вывод о взаимодополняющей ценности двух методов количественного исследования микроструктуры перинейрональных сетей.

Ключевые слова: перинейрональная сеть, внеклеточный матрикс, нейрон, центральная нервная система

Благодарности. Авторы выражают благодарность профессору А.Э. Дитятеву (Германский центр исследования нейродегенеративных заболеваний, г. Магдебург, ФРГ) за предоставленные данные конфокальной съемки перинейрональных сетей, а также доценту Казанского федерального университета А.В. Захарову за помощь в подготовке рукописи.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-31-70001.

Литература

1. Scott D.N., Frank M.J. Adaptive control of synaptic plasticity integrates micro- and macroscopic network function // Neuropsychopharmacology. – 2023. – V. 48, No 1. – P. 121–144. – doi: 10.1038/s41386-022-01374-6.
2. Senkov O., Andjus P., Radenovic L., Soriano E., Dityatev A. Neural ECM molecules in synaptic plasticity, learning, and memory // Prog. Brain Res. – 2014. – V. 214. – P. 53–80. – doi: 10.1016/B978-0-444-63486-3.00003-7.
3. Carulli D., Verhaagen J. An extracellular perspective on CNS maturation: Perineuronal nets and the control of plasticity // Int. J. Mol. Sci. – 2021. – V. 22, No 5. – Art. 2434, P. 1–26. – doi: 10.3390/ijms22052434.
4. Testa D., Alain Prochiantz A., Di Nardo A.A. Perineuronal nets in brain physiology and disease // Semin. Cell Dev. Biol. – 2019. – V. 89. – P. 125–135. – doi: 10.1016/j.semcdb.2018.09.011.
5. Bosiacki M., Gąssowska-Dobrowolska M., Kojder K., Fabiańska M., Jeżewski D., Gutowska I., Lubkowska A. Perineuronal nets and their role in synaptic homeostasis // Int. J. Mol. Sci. – 2019. – V. 20, No 17. – Art. 4108, P. 1–22. – doi: 10.3390/ijms20174108.
6. Ulbrich P., Khoshneviszadeh M., Jandke S., Schreiber S., Dityatev A. Interplay between perivascular and perineuronal extracellular matrix remodelling in neurological and psychiatric diseases // Eur. J. Neurosci. – 2021. – V. 53, No 12. – P. 3811–3830. – doi: 10.1111/ejn.14887.
7. Zeug A., Stawarski M., Bieganska K., Korotchenko S., Wlodarczyk J., Dityatev A., Ponimaskin E. Current microscopic methods for the neural ECM analysis // Prog. Brain Res. – 2014. – V. 214. – P. 287–312. – doi: 10.1016/B978-0-444-63486-3.00013-X.
8. Arnst N., Kuznetsova S., Lipachev N., Shaikhutdinov N., Melnikova A., Mavlikeev M., Uvarov P., Baltina T.V., Rauvala H., Osin Yu.N., Kiyasov A.P., Paveliev M. Spatial patterns and cell surface clusters in perineuronal nets // Brain Res. – 2016 – V. 1648, Pt. A. – P. 214–223. – doi: 10.1016/j.brainres.2016.07.020.
9. Kaushik R., Lipachev N., Matuszko G., Kochneva A., Dvoeglazova A., Becker A., Paveliev M., Dityatev A. Fine structure analysis of perineuronal nets in the ketamine model of schizophrenia // Eur. J. Neurosci. – 2021. – V. 53, No 12. – P. 3988–4004. – doi: 10.1111/ejn.14853.
10. Lipachev N., Melnikova A., Fedosimova S., Arnst N., Kochneva A., Shaikhutdinov N., Dvoeglazova A., Titova A., Mavlikeev M., Aganov A., Osin Yu., Kiyasov A., Paveliev M. Postnatal development of the microstructure of cortical GABAergic synapses and perineuronal nets requires sensory input // Neurosci. Res. – 2022. – V. 182. – P. 32–40. – doi: 10.1016/j.neures.2022.06.005.
11. Frohlich J., Van Horn J.D. Reviewing the ketamine model for schizophrenia // J. Psychopharmacol. – 2014. – V. 28, No 4. – P. 287–302. – doi: 10.1177/0269881113512909.
12. Gomes F.V., Grace A.A. Cortical dopamine dysregulation in schizophrenia and its link to stress // Brain. – 2018. – V. 141, No 7. – P. 1897–1899. – doi: 10.1093/brain/awy156.
13. Steullet P., Cabungcal J.-H., Bukhari S.A., Ardelt M.I., Pantazopoulos H., Hamati F., Salt T.E., Cuenod M., Do K.Q., Berretta S. The thalamic reticular nucleus in schizophrenia and bipolar disorder: Role of parvalbumin-expressing neuron networks and oxidative stress // Mol. Psychiatry. – 2018. – V. 23, No 10. – P. 2057–2065. – doi: 10.1038/mp.2017.230.
14. Matuszko G., Curreli S., Kaushik R., Becker A., Dityatev A. Extracellular matrix alterations in the ketamine model of schizophrenia // Neuroscience. – 2017 – V. 350. – P. 13–22. – doi: 10.1016/j.neuroscience.2017.03.010.
15. Becker A., Grecksch G., Zernig G., Ladstaetter E., Hiemke C., Schmitt U. Haloperidol and risperidone have specific effects on altered pain sensitivity in the ketamine model of schizophrenia // Psychopharmacology (Berlin). – 2009. – V. 202, No 4. – P. 579–587. – doi: 10.1007/s00213-008-1336-z.
16. Schindelin J., Arganda-Carreras I., Frise E., Kaynig V., Longair M., Pietzsch T., Preibisch S., Rueden C., Saalfeld S., Schmid B., Tinevez J.-Y., White D.J., Hartenstein V., Eliceiri K., Tomancak P., Cardona A. Fiji: An open-source platform for biological-image analysis // Nat. Methods. – 2012. – V. 9, No 7. – P. 676–682. – doi: 10.1038/nmeth.2019.
17. Dzyubenko E., Manrique-Castano D., Kleinschnitz C., Faissner A., Hermann D.M. Topological remodeling of cortical perineuronal nets in focal cerebral ischemia and mild hypoperfusion // Matrix Biol. – 2018. – V. 74 – P. 121–132. – doi: 10.1016/j.matbio.2018.08.001.
18. Sigal Y.M., Bae H., Bogart L.J., Hensch T.K., Zhuang X. Structural maturation of cortical perineuronal nets and their perforating synapses revealed by superresolution imaging // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. – 2019. – V. 116, No 14. – P. 7071–7076. – doi: 10.1073/pnas.1817222116.

Поступила в редакцию

16.09.2022

Липачев Никита Сергеевич, аспирант кафедры медицинской физики

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: nikita.lipachev@gmail.com

Двоеглазова Анастасия Сергеевна, студент кафедры физиологии человека и животных

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: dvoeglazovaanastasia@list.ru

Садреева Амина Айратовна, студент Международной школы «Медицина Будущего»

Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет)

ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2, г. Москва, 119991, Россия

E-mail: aminasa.android@gmail.com

Аганов Альберт Вартанович, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой медицинской физики

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: Albert.Aganov@kpfu.ru

Павельев Михаил Николаевич, PhD, старший научный сотрудник

Центр нейронаук, Университет Хельсинки

ул. Хаартманинкату, д. 8, г. Хельсинки, 00290, Финляндия

E-mail: paveliev@outlook.com

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.