Изменения соматодендритной структуры шипиковых нейронов скорлупы человека при физиологическом старении

M. V. Ivanov1, K. A. Kutukova1, L. A. Berezhnaya1
1ФГБНУ «Научный центр неврологии», Москва, Россия

Аннотация


Введение. Полосатое тело вовлечено в регуляцию когнитивных функций и поведения, включая планирование моторного поведения, произведение решений, мотивацию и награду. В состав полосатого тела человека входит скорлупа, средние шипиковые нейроны которой претерпевают определенные качественные и количественные изменения соматодендритной структуры при старении.  

Материалы и методы. В работе были исследованы морфометрические параметры шипиковых нейронов в скорлупе человека (женщин) второго периода зрелого возраста и старческого возраста. В качестве методики окраски применена импрегнация серебром по Гольджи. Оценивались следующие параметры: площадь тела нейрона, число дендритов, число свободных концов всех дендритов, наибольший радиус дендритного поля, общая длина всех дендритов, площадь дендритного поля, удельная плотность дендритов. 

Результаты. Было показано, что по размеру сомы, числу дендритов, числу свободных концов дендритов и удельной плотности дендритов шипиковые нейроны в скорлупе человека обоих возрастов в исследованных выборках различаются незначительно. Показатели же наибольшего радиуса дендритного поля, общей длины всех дендритов и площади дендритного поля в старческом возрасте были статистически значимо ниже (p<0,05), чем в зрелом, на 11%, 13% и 15%, соответственно. Общее количество шипиков на 100 мкм дендрита в старческом возрасте было на 18% меньше по сравнению со II периодом зрелого возраста. Особенности распределения шипиков разных видов на нейронах скорлупы человека зрелого и старческого возраста показывает роль грибовидных шипиков в сохранении и поддержании синаптических связей, необходимых для обеспечения элементарных функций нейронов скорлупы. 

Заключение. Таким образом, нами было показано уменьшение длины дендритов и снижение плотности дендритных шипиков при старении у женщин. Полученные данные расширяют представление о характере пластических изменений нейронов головного мозга при старении человека

Ключевые слова

мозг; скорлупа; нейроны; дендриты; дендритные шипики; морфометрия; старение

Полный текст:

PDF

Литература

Ashby F.G., Turner B.O., Horvitz J.C. Cortical and basal ganglia contributions to habit learning and automaticity. Trends Cg Sci. 2010; 14(5): 208-215. DOI: 10.1016/j.tics.2010.02.001 PMID: 20207189

Mizumori S., Puryear C.B., Martiga A.K. Basal ganglia contributions to adaptive navigation. Behav Brain Res. 2009; 199(1): 32-42. DOI: 10.1016/j.bbr.2008.11.014 PMID: 19056429

Yager L.M., Garcia A.F., Wunsch A.M., Ferguson S.M. The ins and outs of the striatum: Role in drug addiction. J Neurosci. 2015; 301: 529–541. DOI: 10.1016/j.neuroscience.2015.06.033 PMID: 26116518

Stancheva S.L., Alova L.G. Biogenic monoamine uptake by rat brain synaptosomes during aging effects of nootropic drugs. Gen. Pharmacol. 1994; 25(5): 981–987. PMID: 7835648

Birkmayer J.G.D., Birkmayer W. Improvement of disability and akinesia of patients with Parkinson’s disease by intravenous substitution. Ann Clin & Lab Sci. 1987; 17(1): 32-35. PMID: 3579206

Green C.R., Wilson C.J. The basal ganglia. In: Swanson L.W., Bjorklund A., Hokfelt T. (eds) Integrated systems of the CNS, Part III. Cerebellum, Basal ganglia, Olfactory system. Handbook of chemical neuroanatomy. Amsterdam: Elsevier, 1996. 12. 583 p.

Nieuwenhuys R., Voogd J., Huijzen C. van. The Human Central Nervous System. Springer, 2008. 967 p. DOI 10.1007/978-3-540-34686-9

Steiner H., Tseng K.Y. Handbook of basal ganglia structure and function. London: Academic, 2010. 704 p.

Dickstein D.L., Weaver C.M., Luebke J.I., Hof P.R. Dendritic spine changes associated with normal aging. Neuroscience. 2013; 251: 21-32. DOI:10.1016/j.neuroscience.2012.09.077 PMID: 23069756

Levine M.S., Adinolfi A.M., Fisher R.S. et al. Quantitative morphology of medium-sized caudate spiny neurons in aged cats. Neurobiology of aging. 1986; 7(4): 277-286. PMID: 3748270

Itzev D.E., Lolova I., Lolov S., Usunoff K.G. Age-related changes in the synapses of the rat’s neostriatum. Arch Physiol Biochem. 2001; 109(1):80–89. DOI:10.1076/apab.109.1.80.4279 PMID: 11471075

Leontovich T.A., Fedorov A.A., Mukhina J.K. et al. Neuron species and neuron categories of human striatum. Moscow: «Sputnik +». 2015. 132 p.

Peters A., Kaiserman-Abramof I.R. The small pyramidal neuron of the rat cerebral cortex. The perikaryon, dendrites and spines. Am J Anat. 1970; 127(4): 321-356.

Pickel V.M., Segal M. The Synapse: Structure and Function. Elsevier, 2013. 512 p.

Wilson, C., Groves, P., Kitai, S., Linder, J. Three-dimensional structure of dendritic spines in the rat neostriatum. J Neurosci. 1983; 3(2): 383-388.

Dall'Oglio A., Dutra A.C., Jorge E., et al. The human medial amygdala: structure, diversity, and complexity of dendritic spines. Journal of Anatomy. 2015; 227(4): 440–459. DOI:10.1111/joa.12358 PMID: 26218827

von Bossanyi P, Becher M. Quantitative study of the dendritic spins of lamina V pyramidal neurons of the frontal lobe in children with severe mental retardation. J Hirnforsch. 1990; 31(2):181–192. PMID: 2358662

Young K.A., Thompson P.M., Cruz D.A. et al. BA11 FKBP5 expression levels correlate with dendritic spine density in postmortem PTSD and controls. Neurobiology of Stress. 2015; 2: 67–72. DOI: 10.1016/j.ynstr.2015.07.002 PMID: 26844242

Krstonošić B., Milošević N., Gudović R. et al. Neuronal images of the putamen in the adult human neostriatum: a revised classification supported by a qualitative and quantitative analysis. Anatomical Science International. 2012; 87(3):115-125. DOI: 10.1007/s12565-012-0131-4 PMID: 22467038

Graveland G.A, DiFiglia M. The frequency and distribution of medium-sized neurons indented nuclei in the primate and rodent neostriatum. Brain Res. 1985; 327(1-2):307–311 PMID: 3986508

Duan H., Wearne S.L., Rocher A.B. et al. Age-related dendritic and spine changes in corticocortically projecting neurons in macaque monkeys. Cereb Cortex. 2003; 13(9): 950-61. PMID: 12902394

Jacobs B., Driscoll L., Schall M. Life-span dendritic and spine changes in areas 10 and 18 of human cortex: a quantitative Golgi study. J Comp Neurol. 1997; 386(4):661–680. PMID: 9378859

Mukhina Yu.K., Fedorov A.A. [Study of structural changes of neurons in adult human entorhinal cortex, layer two]. In: [Fundamental problems of neuroscience: functional asymmetry, neuroplasticity and neurodegeneration. Materials of the All-Russian Scientific Conference]. Moscow; 2014: 705-710. (in Russ.)

Rubinow M.J., Drogos L.L., Juraska J.M. Age-related dendritic hypertrophy and sexual dimorphism in rat basolateral amygdala. Neurobiol Aging. 2009; 30(1):137–146. DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2007.05.006 PMID: 17570563

Nakamura S., Akiguchi I., Kameyama M., Mizuno N. Age-related changes of pyramidal cell basal dendrites in layers III and V of human motor cortex: a quantitative Golgi study. Acta Neuropathol. 1985; 65(3-4):281–284. PMID: 3976364

Scheibel M.E., Lindsay R.D., Tomiyasu U., Scheibel A.B. Progressive dendritic changes in aging human cortex. Exp Neurol. 1975; 47(3):392–403. PMID: 48474

Cruz-Sanchez F.F., Cardozo A., Tolosa E. Neuronal changes in the substantia nigra with aging: a Golgi study. J Neuropathol Exp Neurol. 1995; 54(1):74–81. PMID: 7815082

Cupp C.J., Uemura E. Age-related changes in prefrontal cortex of Macaca mulatta: quantitative analysis of dendritic branching patterns. Exp Neurol. 1980; 69(1):143–163. PMID: 6771151

Dumitriu D., Hao J., Hara Y. et al. Selective changes in thin spine density and morphology in monkey prefrontal cortex correlate with aging-related cognitive impairment. J Neurosci. 2010; 30(22):7507–7515. DOI:10.1523/JNEUROSCI.6410-09.2010 PMID: 20519525

Geinisman Y., deToledo-Morrell L., Morrell F. et al. Age-related loss of axospinous synapses formed by two afferent systems in the rat dentate gyrus as revealed by the unbiased stereological dissector technique. Hippocampus. 1992; 2(4): 437–444. DOI: 10.1002/hipo.450020411 PMID: 1308200

Itzev D.E, Lolov S.R, Usunoff K.G. Aging and synaptic changes in the paraventricular hypothalamic nucleus of the rat. Acta Physiol Pharmacol Bulg. 2003; 27(2-3):75–82. PMID: 14570152

Arellano J.I., Benavides-Piccione R., DeFelipe J., Yuste R. Ultrastructure of dendritic spines: correlation between synaptic and spine morphologies. Front Neurosci. 2007; 1(1): 131-143. DOI: 10.3389/neuro.01.1.1.010.2007 PMID: 18982124

Spacek, J. and Hartmann, M. Three-dimensional analysis of dendritic spines. Quantitative observations related to dendritic spine and synaptic morphology in cerebral and cerebellar cortices Anat Embryol. 1983; 167(2): 289-310. PMID: 6614508




DOI: http://dx.doi.org/10.18454/ACEN.2017.2.6