РНК-полимеразы бактериального типа у высших растений

По всем признакам, это – типичный «бульдозерный» проект. Очень огрубляя и вульгаризируя идеологию такого подхода можно описать её принципом: «Деньги есть – ума не надо».

(1) Частотное кодирование интенсивности сигнала в отдельных нейронах.

(2) Стохастический резонанс в нейроподобных системах.

(3) Фазовый переход между синхронными и асинхронными состояниями в относительно однородных группах нейронов.

(4) Синаптическая пластичность многих видов.

(5) Возможности персептронов всех видов.

(6) Центральные генераторы нейронных ритмов многих типов.

(7) Стохастические аттракторные нейронные сети («сети Хопфилда»).

(8) Самоорганизующиеся карты Кохонена в нейронных сетях.

(9) Непрерывные аттракторные нейронные сети (бугорковые аттракторы (bump attractors)).

(10) Информационная эффективность нейронных сетей реального размера, синтезированных методом стохастического выбора связей.

(11) Управление движением за счёт задания параметров начальной длины и жёсткости мышц.

(12) «Дендритная логика» нейронов.

(13) «Тактированность» корковых и других нейронных функций – альфа- и тета-ритм.

(14) Участие кальция эндоплазматического ретикулума в нейронных операциях.

(15) Торможение светом выделения медиаторов из фоторецепторов.

(16) ГМФ-умножительный каскад усиления реакции фоторецепторов на кванты света.

…

Приведенный список не претендует на исчерпанность. Задача проекта состоит в том, чтобы сделать его максимально возможно полным.

Речь идёт о самых верхних, исторически последних пластах интеллекта. В этом направлении будут представлены наводящие соображения, практически только идеи, почти ни на чём не основанные. Автор не вполне уверен в оригинальности этих идей, и, если обнаружатся их другие первоисточники, будет признателен за ссылки.

Artificial Brain. – Neurocomputing, 2010, Volume 74, (special issue), pp. 1-498 (December 2010).

В 90-е годы прошлого столетия были установлены ГЛАВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПОВРЕЖЕНИЯ нервной ткани, связанные с Глу и оксидом азота, в основном, с использованием биохимических методов. Морфологических исследований оказалось значительно меньше; мы же начали свои исследования на ультраструктурном уровне уже в конце 90-х годов. В качестве объекта нами был использован мозжечок (МЖ) лягушки - один из отделов головного мозга, который обладает достаточно простой и четкой структурой, состоящей из трех слоев: 1) гранулярного или зернистого ( это самые многочисленные клетки МЖ, стоящие на входе ), 2) слоя клеток Пуркинье (выходных) и 3) молекулярного слоя, который представляет собой зону синаптического контакта аксонов-параллельных волокон (ПВ) зернистой клетки (ЗК) и дендритов клеток Пуркинье (ПК). Прекращение тока крови приводит к дегенерации нервных клеток, тогда как при стойкой задержке кровообращения гибнут не только нейроны, но и клетки глии (астроциты). выполняющие наряду с опорной ряд других функций. Исследования последних лет показали, что астроциты, как и нейроны, могут принимать участие в осуществлении информационных процессов в мозге и что их функционирование также связано с главным возбуждающим медиатором мозга – глутаматом и ионами Са.² При возникновении естественного инсульта оба фактора: глутамат и NO действуют вместе. Однако, используя глутаматную и оксидную модели, мы пытались найти повреждающие изменения, характерные как для одного, так и для другого фактора, на ультраклеточном уровне с помощью электронного микроскопа. Изолированный Мж инкубировали в растворе Рингера с добавлением Глу (1мМ) или NO-генерирующего соединения- NaNO₂ от 100мкм до 1мМ.

1. Нами было изучено действие повышенной концентрации Глу на синапсы ПВ-ПК молекулярного слоя мозжечка. Глу вызывал: 1) набухание бутонов (пресинаптическая зона синапса) и шипиков (постсинаптическая зона), 2) деградацию шипиков по черному типу (скукоживание) или 3) их полное исчезновение, при этом было отмечено возрастание числа вакантных бутонов, и 4) изменение конфигурации самих синапсов, а именно, имеет место инкапсуляция бутона шипиком, Следует отметить и значительное набухание отростков глиальных клеток (астроцитов), окружающих синаптические контакты и потерю ими цитоплазматических элементов. Таким образом, в результате действия высокой концентрации Глу нарушается структура синапсов и проведение сигнала от зернистых клеток к клеткам Пуркинье.

Помимо этого было показано, что глутамат очень сильно повреждает структуру ядер зернистых клеток (ЗК), вызывая деконденсацию хроматина и распад ядрышек. Кроме того, было найдено, что глутамат влияет на пространственное перераспределение зернистых клеток, приводя к образованию кластеров, состоящих из 5-6 клеток, и, в конечном итоге, к их слиянию в кластере. Процесс слияния осуществлялся через взаимодействие клеточных мембран, т. е. первоначально через их слияние с последующим распадом. В результате процесса слияния образуется многоядерный конгломерат, по-видимому, лишенный своих функциональных свойств.

2. В условиях естественного инсульта по мере возрастания концентрации глутамата и Са2 активизируется NO-синтаза и соответственно усиливается синтез NO. Оксид азота также вносит свой вклад в разрушение нервной ткани, возможно даже более значительный, чем глутамат. Повышение продукции NO при участии разного рода NO-синтаз (конститутивных, индуцибельных и эндотелиальных) при ишемии мозга может иметь отрицательные последствия за счет повышенного образования свободнорадикальных соединений из продуктов метаболизма оксида азота. Наши данные говорят о том, что повреждение нервной ткани МЖ при действии NO значительно сильнее, чем от глутамата в одной и той же концентрации (1мМ). Оксид азота разрушительно действует на плазматические (клеточные) и внутриклеточные мембраны, например, на мембраны митохондрий-основных поставщиков энергии в организме. В клеточных мембранах наблюдаются локальные перфорации за счёт действия оксида азота на ненасыщенные жирные кислоты липидов мембран. Подобно глутамату, оксид азота вызывает сильное набухание структурных элементов синаптических контактов: бутонов и шипиков. В бутонах оксид азота повреждает синаптические пузырьки, вызывая их набухание и смещение со своих мест с образованием отдельных кластеров. Он также вызывает набухание отростков глиальных клеток с потерей их содержимого. В этих условиях, также, как и при глутамате, наблюдалась картина изменения конфигурации синапсов. Однако это другого рода картина. Если в случае действия глутамата преобладала шипиковая инкапсуляция бутона, то в случае действия NO имеет место бутоновая инкапсуляция шипика т.е. пресинаптическая зона окутывает постсинаптическую. Таким образом, в действии глутамата и оксида азота на нервные клетки и глиальные есть сходство и есть различия: сходство в разбухании клеток, что понятно, так как нарушение ионного баланса всегда ведет к входу в клетки Na+ и воды, а различия состоят в их действии на слияние зернистых клеток, на мембраны ( глутамат не делает перфораций в мембранах). По-видимому, изменение конфигурации синапсов как в глутамате, так и в NO можно рассматривать как компенсаторно-адаптивную реакцию в патологических условиях.

В этой связи, как нам представляется, глиальные клетки также способны выполнять определенную компенсаторно - адаптивную (защитную) функцию в условиях повреждения по отношению к нервным клеткам.

Как глутамат, так и оксид азота, вызывают набухание глиальных клеток (астроцитов), но наряду с разбухшими отростками глиальных клеток (ГК), лишенных всех цитоплазматических элементов, присутствуют отростки, сохранившие цитоплазму и заполненные зернами гликогена ~400A, такие отростки остаются жизнеспособными и обладают протекторными свойствами по отношению к нейронам. Было показано, что отростки ГК могут защищать синапсы, закручиваясь вокруг них или их элементов и образуя спиралевидные структуры. Сама структура глиального отростка при этом изменяется: расстояние между стенками отростка уменьшается и между ними появляются перемычки. Такую структуру, когда перемычки соединяют стенки одной и той же клетки, называют аутотипическим контактом. По аналогии с литературными данными, перемычки возможно состоят из адгезивных белков (тип Е- кадгеринов). Известно, что взаимодействие между Е-кадгеринами, актинами и альфа-катенинами способствуют адгезии клеточных элементов. Статистический анализ показал, что чем сильнее повреждение от глутамата или NO, (имеется ввиду, что в эксперименте использовалась не только инкубация в растворе глутамата или NO, но и сочетание со стимуляцией которая сопровождается выходом дополнительного глутамата и NO), тем многоряднее и плотнее становится спиралевидная структура - «обкрутка»; увеличивается число рядов (измененных глиальных отростков )от 2-3 до 4-5. и тем меньше расстояние между стенкам отростка (от 30 до 18 нм). Такая «плотная» обкрутка возможно лучше защищает синапсы, сохраняя проводимость сигнала и представляя собой ионный барьер.

Таким образом, мы полагаем, что защитные структуры - « обкрутки» сформированные глиальными клетками, содержащими цитоплазматические элементы и зерна гликогена, остаются « жизнеспособными» в условиях глубокого повреждения и могут служить источником как глюкозы (зёрна гликогена) так в, конечном счете, и АТФ для выживания нервных клеток и сохранения синаптической проводимости

Полученные результаты показывают, что даже в экстремальной ситуации, каковой является инсульт, имеют место компенсаторно – приспособительные реакции, которые помогают сохранению структуры и функции. Так, мозжечок, как известно, участвует в управлении движений. Сигналы от всех двигательных отделов мозга, а также от проприорецепторов направляются в его кору и передаются входным нейронам, т.е. зернистым клеткам, а далее по параллельным волокнам - клеткам Пуркинье. В свою очередь, сигналы из коры МЖ по аксонам ПК доходят до мозжечковых ядер, оказывающих рефлекторное влияние на двигательные нейроны. Повреждение каких – либо структур в этой цепочке может приводить к нарушению двигательной активности. Таким образом, сохранность структуры отдельных зернистых клеток, их аксонов - параллельных волокон, изменение конфигурации синаптических контактов, а также защитные свойства глиальных клеток (астроцитов), проявляющихся в образовании «обкруток» вокруг синапсов помогают выживанию мозжечка в целом как функционирующего отдела мозга.

Список литературы
Ларионова Н.П., Самосудова Н.В., Чайлахян Л.М.-член-корр. РАН Влияние L-глутамата на структуру зернистых клеток мозжечка лягушки in vitro. ДАН.1993. т.33, №2, с.260-263.

Самосудова Н.В., Ларионова Н.П., Чайлахян Л.М-член-корр. РАН Патологическое слияние зернистых клеток мозжечка под влиянием L-глутамата in vitro. ДАН. 1994. т.336, №3, с.406-409.

Самосудова Н.В., Ларионова Н.П., Чайлахян Л.М. ДАН. Аутотипические септальноподобные контакты глиальных клеток в мозжечке лягушки in vitro и их возможная роль в норме и патологии. ДАН. 1996. т.351, №6, с. 821-826

Самосудова Н.В., Ларионова Н.П., Реутов В.П. Чайлахян Л.М. Изменение структуры молекулярного слоя мозжечка лягушки Rana Temporaria под влиянием NO- генерирующего соединения: 1.Нарушение целостности мембран параллельных волокон и бутонов мозжечка и их слияние. ДАН. 1998. тю361, №5, с.704-708.

Ларионова Н.П., Самосудова Н.В., Реутов В.П. Чайлахян Л.М. Сравнительное исследование изменений структуры нейрон-нейронного взаимодействия в молекулярном слое мозжечка лягушки R. Temporaria под влиянием L-глутамата и NO-генерирующего соединения. ДАН. 2001. т.376, №5, с. 701-706.

Самосудова Н.В., Реутов В.П., Ларионова Н.П., Чайлахян Л.М. О возможной защитной роли аутотипических контактов при повреждении нейронной сети мозжечка токсическими дозами NO-генерирующего соединения. 2005. т.47, №3, с.214-219.