Гомоцистеин, серосодержащая аминокислота, образующаяся в ходе метаболизма метионина, в высоких концентрациях обладающая нейротоксическими эффектами. Генетические мутации ферментов метаболизма гомоцистеина, дефицит витаминов группы В, избыток метионина и нарушения выделительной функции, прием некоторых лекарственных препаратов приводит к повышению уровня гомоцистеина в организме – гипергомоцистеинемии (гГЦ). Показано, что высокий уровень ГЦ в крови в следствии оксидативного стресса, митохондриальных нарушений, ведет к повреждению нейронов и активации эндотелиальных клеток, и повышает риск тромбозов и ишемии, вызывает увеличение проницаемости гематоэнцефалического барьера и как следствие к развитию нейродегенеративных заболеваний. Клинические данные указывают на то, что повышение уровня гомоцистеина может являться фактором риска возникновения мигрени. Показано, что частота кортикальной депрессии (РКД), лежащей в основе мигрени с аурой, ассоциируется с высоким уровнем гомоцистеина. Целью работы анализ развития распространяющаяся кортикальная депрессия в соматосенсорной коре крыс с пренатальной гипергомоцистеинемией. Эксперименты проводились на животных в возрасте P14-26 (Р0 – день рождения). В таламокортикальных срезах (400 мкм) соматосенсорной коры крыс с помощью внеклеточного электрода регистрировали РКД и внутренней оптический сигнал (ВОС) в режиме пропускания света. РКД индуцировали при помощи двух протоколов: эквимолярной заменой NaCl на KCl во внеклеточном растворе в концентрациях 50 мМ в течение 5 мин или локальной аппликации 50-100 мМ KCl в течение 5с. Для оценки изменения синаптической активности регистрировали возбуждающие постсинаптические потенциалы (ВПСП) нейронов 4 слоя. Анализ экспериментальных данных в контрольных условиях показал, что аппликация KCl вызывала развитие РКД через 88±6 c (n=20). Амплитуда и длительность РКД составили 5.9±1.1 мВ и 342±24 с (n=20), соответственно. Предварительная инкубация срезов в метаболите гомоцистеина – гомоцистеин-тиолактон (Гц-Т, 500µМ) в течение 60 мин не вызывало достоверных изменений амплитуды и длительности РКД, но латентный период РКД уменьшался в 1.5-2 раза относительно контроля (n=6, p<0.05). В срезах коры крыс с пренатальной гГЦ регистрировалось уменьшение латентного периода развития РКД до 36±5 с (n=7, p>0.05), амплитуда и длительность достоверно не изменялись. Аппликация KCl приводило к полному ингибированию вызванных синаптических ответов в 4 слое. Восстановление синаптических ответов наблюдалось через 15-20 мин. К 60 мин после индукции РКД амплитуда ВПСП восстанавливалась до 84±9% (n=14) относительно контроля. В срезах крыс с пренатальной гГЦ или после предварительной инкубации в Гц-Т наблюдалось замедление восстановления амплитуды ВПСП и к 60 мин после индукции РКД составила 65±8% (n=6, p<0.05) относительно контроля. В следующей серии экспериментов анализировали ВОС, состоящий из 2 пиков: первый - отражающий деполяризацию нейронов, а второй – общее набухание клеток. В срезах коры крыс с гГЦ наблюдалось только снижение амплитуда 1 пика в 2 раза (n=7, p<0.05) относительно контроля и увеличение времени восстановления светопроницаемости с 236±31 с (n=29) до 346±47 с (n=27, p<0.05). Предварительная инкубация таламокортикальных срезов (10 мин) в присутствии селективного ингибитора АМПА-рецепторов – CNQX (10 µМ) не приводила к изменениям амплитуды и латентного периода РКД в срезах крыс, как контрольной, так и гГЦ групп. Блокирование НМДА-рецепторов (20 µМ d-APV) приводило к снижению амплитуды и увеличению латентного периода РКД, как в контрольных, так в срезах коры крыс с гГЦ. В условиях ингибирования NR2А (3µМ TCN) и NR 2В (3µМ Ro-256981) субъединиц НМДА-рецепторов у крыс контрольной группы регистрировалось угнетение амплитуды РКД. В срезах коры крыс с гГЦ достоверное снижение амплитуды РКД наблюдалось только при блокировании 2В-субъединицы НМДА-рецепторов. Время до пика РКД в присутствии блокаторов 2А/В субъединиц в контрольной группе крыс не отличалось достоверно, соответственно, относительно контрольных условий. В срезах крыс с гГЦ блокирование NR2А/В субъединиц приводило к увеличению времени до пика РКД, особенно ярко проявляющееся при ингибировании NR2В субъединицы. Блокирование различных субъединиц НМДА-рецепторов в коре крыс как в контрольной, так и в экспериментальной группах не приводило к достоверному изменение длительности РКД. Таким образом, было показано, что при инкубации срезов в Гц-Т, так и у крыс с пренатальной гГЦ происходит снижение латентного периода и увеличение амплитуды РКД, а также снижение скорости восстановления вызванных синаптических ответов, регистрируемых в соматосенсорной коре. Также, можно предположить, что глутаматные рецепторы НМДА-типа участвуют в развитии РКД в таламокортикальных срезах крыс как в контроле, так в условиях пренатальной гГЦ, при этом эффект блокирования НМДА рецепторов и особенно 2В субъединицы в больше степени проявлялся в группе гГЦ. Работа выполнена за счёт средств РНФ 20-15-00100.

Homocysteine, a sulfur-containing amino acid formed during the metabolism of methionine, has neurotoxic effects in high concentrations. Genetic mutations of enzymes of homocysteine metabolism, deficiency of B vitamins, excess of methionine and violations of the excretory function, taking certain drugs leads to an increase in the level of homocysteine in the body - hyperhomocysteinemia (hHCY). It has been shown that a high level of homocysteine in the blood as a result of oxidative stress, mitochondrial disorders, leads to neuronal damage and activation of endothelial cells, and increases the risk of thrombosis and ischemia, causes an increase in the permeability of the blood-brain barrier and, as a consequence, to the development of neurodegenerative diseases. Clinical data indicate that elevated homocysteine levels may be a risk factor for migraine. It has been shown that the frequency of cortical depression (CSD) underlying migraine with aura is associated with high levels of homocysteine. The aim of this work is to analyze the development of spreading cortical depression in the somatosensory cortex of rats with prenatal hyperhomocysteinemia. The experiments were carried out on animals aged P14-26 (Р0 – birthday). In thalamocortical sections (400 μm) of the somatosensory cortex of rats, using an extracellular electrode, the EC and the internal optical signal (IOS) were recorded in the light transmission mode. CSD was induced using two protocols: equimolar replacement of NaCl with KCl in extracellular solution at concentrations of 50 mM for 5 min or local application of 50–100 mM KCl for 5 s. To assess changes in synaptic activity, excitatory postsynaptic potentials (EPSPs) of layer 4 neurons were recorded. An analysis of the experimental data under control conditions showed that the application of KCl caused the development of DCM after 88±6 s (n=20). The amplitude and duration of the hHCY were 5.9±1.1 mV and 342±24 s (n=20), respectively. Pre-incubation of sections in the homocysteine metabolite homocysteine-thiolactone (HCY-Th, 500µM) for 60 min did not cause significant changes in the amplitude and duration of the CSD, but the latent period of the CSD decreased by 1.5-2 times relative to the control (n=6, p<0.05 ). In sections of the cortex of rats with prenatal hHCY, a decrease in the latent period of the development of CSD to 36±5 s (n=7, p>0.05) was recorded, the amplitude and duration did not change significantly. Application of KCl resulted in complete inhibition of evoked synaptic responses in layer 4. Restoration of synaptic responses was observed after 15–20 min. By 60 minutes after the induction of CSD, the EPSPs amplitude recovered to 84±9% (n=14) relative to the control. In sections of rats with prenatal hHCY or after pre-incubation in HCY-T, a slowdown in the recovery of the EPSPs amplitude was observed, and by 60 min after the induction of the EC, it was 65±8% (n=6, p<0.05) relative to the control. In the next series of experiments, IOS was analyzed, which consisted of 2 peaks: the first one reflecting the depolarization of neurons, and the second one, the general swelling of cells. In sections of the cortex of rats with hHCY, there was only a decrease in the amplitude of 1 peak by 2 times (n=7, p<0.05) relative to the control and an increase in the recovery time of light transmission from 236±31 s (n=29) to 346±47 s (n=27 , p<0.05). Pre-incubation of thalamocortical sections (10 min) in the presence of a selective inhibitor of AMPA-receptors, CNQX (10µM), did not lead to changes in the amplitude and latent period of hHCY in sections of rats, both control and hHCY groups. Blocking of NMDA-receptors (20µM d-APV) led to a decrease in the amplitude and an increase in the latent period of the hHCY, both in control and in sections of the cortex of rats with hHz. Under the conditions of inhibition of NR2A (3µM TCN) and NR 2B (3µM Ro-256981) subunits of NMDA receptors in rats of the control group, suppression of the amplitude of the HHCY was recorded. In sections of the cortex of rats with hHCY, a significant decrease in the amplitude of the H hHCY was observed only when the 2B subunit of NMDA receptors was blocked. The time to peak CSD in the presence of 2A/B subunit blockers in the control group of rats did not differ significantly, respectively, relative to control conditions. In sections of rats with hHCY, blocking of the NR2A/B subunits led to an increase in the time to the peak of the hHCY, which is especially pronounced when the NR2B subunit is inhibited. Blocking of various subunits of NMDA receptors in the cortex of rats in both the control and experimental groups did not lead to a significant change in the duration of the hHCY. Thus, it was shown that the incubation of slices in HCY-T, as well as in rats with prenatal hHCY, leads to a decrease in the latent period and an increase in the amplitude of CSD, as well as a decrease in the recovery rate of evoked synaptic responses recorded in the somatosensory cortex. Also, it can be assumed that NMDA-type glutamate receptors are involved in the development of hHCY in thalamocortical sections of rats both in control and under conditions of prenatal hHCY, while the effect of blocking NMDA receptors and especially the NR2B subunit was more pronounced in the hHCY group. This research was funded by RSF No.20-15-00100.