2 курс / Гистология / КОЛИЧЕСТВЕННАЯ_ОЦЕНКА_ИЗМЕНЕНИЙ_В_МИКРОСТРУКТУРЕ_ПЕРИНЕЙРОНАЛЬНЫХ

Рис. 49. Сравнительный анализ измерений толщины ячейки, полученных двумя методами. (А) - средние значения толщины ячейки. Нижние и верхние границы прямоугольников соответствуют 25-й и 75-й процентилям. Линия внутри прямоугольника - медиана. (Б) -

корреляция значений толщины. (В) - различия значений толщины ячейки. Гистограммы распределения частот для значений параметра (М2-М1), [188А]

101

https://t.me/medicina_free

Обсуждение результатов сравнительного анализа ручного и

полуавтоматического методов обведения ячеек PNN.

В настоящей главе приведено количественное сравнение двух методов анализа геометрии ячеек PNN по данным 1) ручного и 2)

полуавтоматического обведения. Каждый из двух методов имеет свои преимущества. При ручном обведении оператор (исследователь)

контролирует получаемый результат - форму ячейки - непосредственно в процессе обведения, исключая таким образом возможные искажения,

связанные с неравномерным распределением интенсивности окрашивания по контуру ячейки. С другой стороны, полуавтоматическое обведение требует значительно меньших вложений ручной работы исследователя по времени, а

также позволяет избежать субъективности в определении границ (контура)

ячейки.

Сравнение результатов, полученных методами ручного и полуавтоматического обведения, показало высокую корреляцию между значениями площади ячеек в конфокальной плоскости и толщины ячеек в трехмерных конфокальных стаках. Этот результат можно рассматривать как дополнительное свидетельство в пользу надежности и воспроизводимости результатов двух сравниваемых методов, а также метода измерения толщины ячейки, предложенного нами в [169А]. На этом основании можно рекомендовать широкое применение полуавтоматического метода как более время-сберегающего для структурно-функциональных исследований PNN. В

то же время, в настоящей главе показано, что два сравниваемых метода дают существенно разные результаты измерения формы ячейки PNN. Это вполне объяснимо, поскольку алгоритмы обведения контура принципиально различны для двух методов. С точки зрения дальнейшего совершенствования метода количественного анализа микроструктуры ячеек PNN можно предложить комбинацию двух методов для таких исследовательских задач,

при которых детальный анализ формы двумерной проекции ячейки в конфокальной плоскости может иметь особенно важное значение. Примером

102

https://t.me/medicina_free

такой задачи может быть сравнение формы ячейки PNN и синаптической терминали в комплексе синапс-PNN.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

В настоящей работе решена задача разработки методов количественного исследования микроструктуры перинейрональных сетей по данным эпифлуоресцентной и конфокальной микроскопии. С

использованием этих методов получены результаты по количественным изменениям микроструктуры PNN в экспериментальных моделях шизофрении и травмы спинного мозга, а также неонатальной сенсорной депривации. Данные результаты представляю собой вклад в развитие структурно-функциональных исследований перинейрональных сетей в норме и патологии.

Выводы:

1) Разработан метод полуавтоматического анализа морфологии PNN с

использованием набора алгоритмов FIJI автоматического выбора порога интенсивности в изображениях с низким разрешением для оценки основных микросктруктурных параметров. Показаны изменения пространственного распределения количественных характеристик PNN — площади и интенсивности флуоресценции PNN в постравматическом спинном мозге,

что позволяет перейти к структурно-функциональным исследованиям роли

PNN в посттравматическом синдроме.

2) Разработан полуавтоматический метод для анализа микроструктуры

PNN по данным конфокальной микроскопии высокого разрешения,

включающий алгоритм автоматического определения контура ячейки.

Измерены ряд параметров двумерной и трехмерной структуры PNN и

получены структурные данные об участии PNN в механизме шизофрении.

3) Разработан метод анализа трёхмерной геометрии комплекса PNN и

синапсов. Показано, что микроструктура кортикальных ГАМКергических синаптических окончаний и окружающих ячеек PNN развивается

103

https://t.me/medicina_free

постнатально под влиянием сенсорного входа, так что блокирование этого входа приводит к снижению толщины ячеек PNN и объема VGAT-

положительных объектов в синаптической терминали.

4) Проведен сравнительный анализ результатов разработанных нами методов ручного и полуавтоматического обведения ячеек PNN для количественного исследования микроструктуры PNN по данным конфокальной микроскопии. Показана высокая корреляция (коэффициент корреляции Пирсона от 0.7 до 0.97) между данными этих методов для основных параметров, что свидетельствует о надежности и воспроизводимости полученных с их использованием результатов структурно-функциональных исследований PNN.

104

https://t.me/medicina_free

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ

Статьи:

1.Arnst, N.I. Spatial patterns and cell surface clusters in perineuronal nets / N.I. Arnst, S.V. Kuznetsova, N.S. Lipachev, N.M. Shaikhutdinov, A.A. Melnikova, M. Mavlikeev, P. Uvarov, T.V. Baltina, H. Rauvala, Yu.N. Osin, A.P. Kiyasov, M.N. Paveliev // Brain Research. – 2016. – Volume 1648 (Part A). – P. 214-223.

2.Lipachev, N.S. Quantitative changes in perineuronal nets in development and posttraumatic condition / N.S. Lipachev, N.I. Arnst, A.A. Melnikova, H. Jäälinoja,

A.A. Kochneva, A. Zhigalov, N. Kulesskaya, A.V. Aganov, M.O. Mavlikeev, H. Rauvala, A.P Kiyasov, M.N. Paveliev // Journal of Molecular Histology. – 2019. – Volume 50. Issue 3. – P. 203-216.

3.Kaushik, R. Fine structure analysis of perineuronal nets in the ketamine model of schizophrenia / R. Kaushik, N.S. Lipachev, G. Matuszko, A.A. Kochneva, A.S. Dvoeglazova, A. Becker, M.N. Paveliev, A.E. Dityatev // European Journal of Neuroscience. – 2021. – Volume 53. Issue 12. – P. 3988-4004.

4.Lipachev, N.S. Postnatal development of the microstructure of cortical GABAergic synapses and perineuronal nets requires sensory input / N.S. Lipachev, A.A. Melnikova, S.V. Kuznetsova, N.I. Arnst, A.A. Kochneva, N.M. Shaikhutdinov, A.S. Dvoeglazova, A.A. Titova, M.O. Mavlikeev, A.V. Aganov, Yu.N. Osin, A.P. Kiyasov, M.N. Paveliev // Neuroscience Research. – 2022. –

Volume 182. – P. 32-40.

5. Липачев, Н.С. Сравнительный анализ методов количественного исследования микроструктуры перинейрональных сетей / Н.С. Липачев,

А.С. Двоеглазова, А.А. Садреева, А.В. Аганов, М.Н. Павельев / Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. – 2022. – Т. 164, Кн. 4. – С. 519–534.

Тезисы докладов:

1. Мельникова, А.А. Структурные исследования комплекса ГАМКергического синапса и перинейрональной сети / А.А. Мельникова,

105

https://t.me/medicina_free

Н.И. Арнст, С.В. Кузнецова, Н.С. Липачев, Н.М. Шайхутдинов, А.А.

Кочнева, М.О. Мавликеев, Ю.Н. Осин, А.П. Киясов, М.Н. Павельев //

Международная конференция «Трансляционная медицина 2016», г. Казань,

13–14 октября 2016. Сборник тезисов – С. 67.

2.Lipachev, N.S. A quantitative approach to study developmental and pathology–related changes in perineuronal nets / N.S. Lipachev, N.I. Arnst, A.A. Melnikova, A.A. Kochneva, A. Rascheskov, M.O. Mavlikeev, H. Rauvala, A.P. Kiyasov, M.N. Paveliev // 8 Annual Meeting of the Nordic EMBL partnership for molecular medicine (Helsinki, 4–7 September, 2017). Book of abstracts – Helsinki, 2017 – С. 70.

3.Lipachev, N.S. Quantitative changes in perineuronal nets in development and post–traumatic condition / N.S. Lipachev, N.I. Arnst, A.A. A.A. Melnikova, N. Kulesskaya, A.A. Kochneva, A.S. Dvoeglazova, M.O. Mavlikeev, H. Rauvala, A.P. Kiyasov, M.N. Paveliev // Danish Bioimaging meeting 2018 (Odense, 2 October, 2018). Book of abstracts – Odense, 2018 – С. 12.

4.Melnikova, A.A. Quantitative changes in perineuronal nets in development and posttraumatic condition / A.A. Melnikova, N.S. Lipachev, N.I. Arnst, H.

Jäälinoja, A.A. Kochneva, A. Zhigalov, A.S. Dvoeglazova, N.M. Shaikhutdinov,

N. Kulesskaya, A.V. Aganov, M.O. Mavlikeev, H. Rauvala, A.P. Kiyasov, M.N. Paveliev // Neuroscience Day. Brain Jam (Aarhus, 13 May, 2019). Book of Abstracts – Aarhus, 2019 – С. 28.

5. Мельникова, А.А. Количественные изменения перинейрональных сетей в развитии и посттравматическом состоянии / А.А. Мельникова, Н.С.

Липачев, Н.И. Арнст, А.А. Кочнева, Х. Яаалиноя, А. Жигалов, Н. Карпова,

Н. Кулесская, М.О. Мавликеев, Х. Раувала, А.П. Киясов, М.Н. Павельев //

Международная конференция «Актуальные проблемы нейробиологиии»,

сателлитный симпозиум «От нейрона к мозгу», г. Казань, 9–12 сентября 2019.

Сборник тезисов – С. 118.

6. Kochneva, A.A. High resolution microstructure of the complex of GABAergic synapse with perineuronal net / A.A. Kochneva, A.A. Melnikova, A.S.

106

https://t.me/medicina_free

Dvoeglazova, M.N. Paveliev, N.I. Arnst, A.A. Sadreeva, E. Bilalov, M.O. Mavlikeev, A.A. Titova, A.V. Aganov, H. Rauvala, A.P. Kiyasov, N.S. Lipachev

// 22nd EMBL PhD Symposium «The Roaring 20s» (Heidelberg, 27–28 November, 2020). Book of Abstracts – Heidelberg, 2020 – С. 129.

7.Кочнева, А.А. Количественные изменения в перинейрональных сетях

впроцессе развития и посттравматической регенерации ЦНС / А.А. Кочнева,

А.А. Мельникова, Н.С. Липачев, Н.И. Арнст // Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ–2020». Второе издание:

переработанное и дополненное / Отв. ред. И.А. Алешковский, А.В.

Андриянов, Е.А. Антипов. [Электронный ресурс] – М.: МАКС Пресс, 2020. –

1электрон. опт. диск (DVD–ROM).

8.Kochneva, A.A. High resolution microstructure of the complex of GABAergic synapse with perineuronal net / A.A. Kochneva, N.S. Lipachev, A.A. Melnikova, S.V. Fedosimova, N.I. Arnst, A.S. Dvoeglazova, A.A. Sadreeva, E. Bilalov, M.O. Mavlikeev, R.Kh. Gaitnutdinova, A.A. Titiva, A.V. Aganov, H.

Rauvala, A.P. Kiyasov, M.N. Paveliev // Самойловские чтения. Современные проблемы нейрофизиологии, г. Москва, 27 февраля 2021. Сборник тезисов – С. 44.

9. Садреева, А.А. Количественный анализ посттравматических регенераторных процессов в спинном мозге / А.А. Садреева, Н.С. Липачев,

С. Пиирайнен, Н. Кулесская, Х. Раувала // Алмазовский Молодёжный Медицинский Форум – 2021, г. Санкт–Петербург, 12–15 мая 2021. Сборник тезисов – С. 188.

10. Кочнева, А.А. Изменения структуры перинейрональных сетей головного мозга крыс в кетаминовой модели шизофрении / А.А. Кочнева, Р.

Кошик, Н.С. Липачев, Г. Матюшко, А.С. Двоеглазова, А. Бекер // XVI

Международная / XXV Всероссийская Пироговская научная медицинская конференция студентов и молодых ученых, г. Москва, 18 марта 2021.

Сборник тезисов – С. 97.

107

https://t.me/medicina_free

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Hockfield, S. Expression of Neural Proteoglycans Correlates With the Acquisition of Mature Neuronal Properties in the Mammalian Brain // S. Hockfield, R.G. Kalb, S. Zaremba, H. Fryer // Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. – 1990. – V. 55. – P. 505–514. doi: 10.1101/sqb.1990.055.01.049

2.Pizzorusso, T. Reactivation of Ocular Dominance Plasticity in the Adult Visual Cortex // T. Pizzorusso, P. Medini, N. Berardi, S. Chierzi, J.W. Fawcett, L. Maffei // Science – 2002. – V. 298, I. 5596. – P. 1248–1251. doi: 10.1126/science.1072699

3.Brückner, G. Cortical Areas Abundant in Extracellular Matrix Chondroitin Sulphate Proteoglycans Are Less Affected by Cytoskeletal Changes in Alzheimer's Disease // G. Brückner, D. Hausen, W. Hartig, M. Drlicek, T. Arendt, K. Brauer // Neuroscience – 1999. – V. 92, I. 3. – P. 791–805. doi: 10.1016/s0306–

4522(99)00071–8

4.Morawski, M. Perineuronal Nets Potentially Protect Against Oxidative Stress // M. Morawski, M. K. Brückner, P. Riederer, G. Brückner, T. Arendt // Exp Neurol. – 2004. – V.188, I. 2. – P. 309–315. doi: 10.1016/j.expneurol.2004.04.017

5.Brückner, G. Perineuronal Nets Provide a Polyanionic, Glia–Associated Form of Microenvironment Around Certain Neurons in Many Parts of the Rat Brain // G. Brückner, K. Brauer, W. Hartig, J.R. Wolff, M.J. Rickmann, A. Derouiche, B. Delpech, N. Girard, W.H. Oertel, A. Reichenbach // Glia – 1993. – V. 8, I. 3. – P.183–200. doi: 10.1002/glia.440080306

6.Brückner, G. Extracellular Matrix Organization in Various Regions of Rat Brain Grey Matter // G. Brückner, W. Hartig, J. Kacza, J. Seeger, K. Welt, K. Brauer // J. Neurocytol. – 1996. – V. 25, I. 5. – P. 333–346. doi: 10.1007/BF02284806

7.Hartig, W. Cortical Neurons Immunoreactive for the Potassium Channel Kv3.1b Subunit Are Predominantly Surrounded by Perineuronal Nets Presumed as a Buffering System for Cations // W. Hartig, A. Derouiche, K. Welt, K. Brauer, J.

108

https://t.me/medicina_free

Grosche, M. Mader, A. Reichenbach, G. Brückner // Brain Res. – 1999. – V. 842,

I.1. – P. 15–29. doi: 10.1016/s0006–8993(99)01784–9

8.Kwok, J. C. Extracellular Matrix and Perineuronal Nets in CNS Repair // J.C. Kwok, G. Dick, D. Wang, J.W. Fawcett // Dev. Neurobiol. – 2011. – V. 71, I. 11. – P. 1073–1089. doi: 10.1002/dneu.20974

9.Miyata, S., Kitagawa, H. Mechanisms for Modulation of Neural Plasticity and Axon Regeneration by Chondroitin Sulphate // J. Biochem. – 2015 – V. 157, I. 1. – P. 13–22. doi: 10.1093/jb/mvu067.

10.Brakebusch, C. Brevican–deficient Mice Display Impaired Hippocampal CA1 Long–Term Potentiation but Show No Obvious Deficits in Learning and Memory // C. Brakebusch, C.I. Seidenbecher, F. Asztely, U. Rauch, H. Matthies, H. Meyer, M. Krug, T.M. Bockers, X. Zhou, M.R. Kreutz, D. Montag, E.D. Gundelfinger, R. Fassler // Mol. Cell. Biol. – 2002. – V. 22, I. 21. – P. 7417–7427. doi: 10.1128/mcb.22.21.7417–7427.2002

11.Maguire, J. Fast–Spiking Interneurons Exposed in Tumor–Associated Epilepsy // Epilepsy Curr. – 2019. – V. 19, I. 2. – P. 119–121. doi: 10.1177/1535759719835351

12.Rankin–Gee, E.K. Perineuronal net degradation in epilepsy. // E.K. Rankin–Gee, P.A. McRae, E. Baranov, S. Rogers, L. Wandrey, B.E. Porter // Epilepsia. – 2015. – V. 56, I. 7. – P. 1124–1133. doi: 10.1111/epi.13026

13.Rogers, S.L. Normal Development of the Perineuronal Net in Humans; In Patients with and without Epilepsy. // S.L. Rogers, E. Rankin–Gee, E.M. Risbud, B.E. Porter, E.D. Marsh // Neuroscience. – 2018. – V. 1, I. 384. – P. 350–

360.doi: 10.1016/j.neuroscience.2018.05.039

14.Cabungcal, J–H. Perineuronal Nets Protect Fast–Spiking Interneurons Against Oxidative Stress // J–H. Cabungcal, P. Steullet, H. Morishita, R. Kraftsik , M. Cuenod, T.K. Hensch, Kim Q Do // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. – 2013. – V. 110, I. 22. – P. 9130–9135. doi: 10.1073/pnas.1300454110

15.Dzyubenko, E. Topological remodeling of cortical perineuronal nets in focal cerebral ischemia and mild hypoperfusion // E. Dzyubenko , D. Manrique–

109

https://t.me/medicina_free

Castano, C. Kleinschnitz, A. Faissner, D.M. Hermann // Matrix biol. – 2018. – V

74.– P. 121–132. doi: 10.1016/j.matbio.2018.08.001

16.Golgi, C. Rend. R. Acc. Lincei 1893, № 2, P. 379–389

17.Ramón y Cajal, S. ed. Histologie du Système Nerveuxde l’Homme et des

Vertebrés (1909–1911), Vol. 1, 2. – P. 155–158, P. 550–552, Maloine

18.Veratti, E. ed. Su Alcune Particolarità dei Centri Acusticinei Mammiferi, 1900. – P. 1–81, Tipografia Cooperativa

19.Donaggio, A. Riv. Sper. Freniatria 1898, № 24. – P. 772–778

20.Donaggio, A. Riv. Sper. Freniatria 1901, № 27. – P. 127–131

21.Donaggio, A. Riv. Sper. Freniatria 1898, № 24. – P. 460–464

22.Donaggio, A. Riv. Sper. Freniatria 1900, № 26. – P. 897–900

23.Donaggio, A. Riv. Sper. Freniatria 1903, № 29. – P. 311–315

24.Held, H. Arch. Anat. Physiol. (Anat. Abtl.) 1902, № 5. – P. 189–224

25.Bethe, A. Arch., Mikrosk. Anat. 1900, № 55. – P. 513–558

26.Alzheimer, A. Nissl’s und Alzheimer’s Hist. und Histopath. Arbeiten 3 1910, Vol. 1. – P. 155–158

27.Adamkiewicz, A.Z. Ges. Neurol. Psychiat. 1919, № 51. – P. 297–309

28.Besta, C. Boll. Soc. Biol. Sper. 1928, № 3. – P. 966–973

29.Bielschowsky, M. Handbuch der mikroskopischenAnatomie des Menschen 1928, Vol. 4 (von Möllendorf, W., ed.). – P. 93–96, Springer–Verlag

30.von Economo, C.J. Arch. Psych. Nervenkrankh. 1906, № 41. – P. 158–

201

31.Ramón y Cajal, S. Rev. Trim. Micrográf. 1898, № 3. – P. 199–204

32.Celio, M.R. Perineuronal nets. Past and present // M.R. Celio, R. Spreafico, S. De Biasi, L. Vitellaro–Zuccarello // Trends Neurosci. 1998. V. 21, I

12.– P. 510–505. doi: 10.1016/s0166–2236(98)01298–3.

33.Rondinini, R. Boll. Soc. Biol. Sper. 1931, № 6. – P. 444–447

34.Belloni, G.B. Riv. Neurol. 1933, № 6. – P. 5–44

35.Hess, A.J. Comp. Neurol. 1953, № 98. – P. 69–91

36.Bairati, A. Experientia 1953, № 9. – P. 461–462

110

https://t.me/medicina_free