Гомоцистеин – серосодержащая аминокислота, образующаяся из метионина, является фактором риска развития целого ряда патологий. Повышение уровня гомоцистеина (гипергомоцистеинемия, гГц) во время беременности приводит к различным осложнениям беременности, гипоксии плода и, как следствие, развитию ранних и отсроченных постнатальных патологий. Одним из механизмов нейротоксического действия гомоцистеина является активация ионотропных и метаботропных рецепторов глутамата в клетках, стимуляция которых приводит к развитию гипервозбудимости нейронов, а длительное воздействие высоких доз в пренатальный период может приводить к изменению экспрессии, регуляции или активности ионотропных глутаматных рецепторов. Цель исследования проанализировать роль глутаматных рецепторов в развитии пренатальной ГГЦ в нейронах гиппокампа крыс в первую неделю постнатального развития. Эксперименты проводились на горизонтальных срезах гиппокампа крысят в первую неделю после рождения. Для создания хронической модели пренатальной ГГЦ использовалась пищевая метиониновая нагрузка в течение всей беременности самок крыс. Регистрация синаптической активности и соотношения АМПА/НМДА рецепторов в синапсах пирамидных нейронов гиппокампа осуществлялась при помощи пэтч-кламп регистрации: АМПА-рецептор-опосредованные возбуждающие постсинаптические токи (АМПА-ВПСТ) регистрировались при потенциале фиксации равном -70 мВ, а НМДА-рецептор-опосредованные ВПСТ (НМДА-ВПСТ) при +40 мВ и в присутствии блокатора АМПА-рецепторов СNQX (10 µM). Регистрация активности постсинаптических НМДА или АМПА-рецепторов осуществлялся с помощью фокальной аппликации NMDA (50 µM, 50 µM глицин, 10 мкМ СNQX), или глутамата (1 mM, 40 µM d-APV) на расстоянии 150-200 μм от сомы нейронов. Для избежание десенситизации рецепторов агонисты апплицировалось 5 мин интервалом. Все эксперименты по регистрации возбуждающих постсинаптических токов в синапсах СА3 гиппокампа выполнялись в присутствии блокатора ГАМК(A) рецептора – бикукуллина (10 µМ). В контрольных условиях в первую неделю постнатального развития мозга амплитуда и время спада спонтанных НМДА-ВПСТ в нейронах СА3 области гиппокампа составляли 27±1 пА и 76±13 мс и (n=20) соответственно, а частота событий - 0.2±0.1 Гц (n=20). В срезах гиппокампа крыс с пренатальной гГЦ регистрировалось уменьшение амплитуды и увеличение частоты спонтанных событий, без изменения времени спада. Фокальная аппликация агониста в контрольных условиях вызывала НМДА-опосредованный входящий ток в нейронах гиппокампа с амплитудой 0.9±0.1 нА (n=26), а в условиях пренатальной гГЦ наблюдалось увеличение амплитуды ответов, постсинаптических НМДА-рецепторов до 1.6±0.2 нА (n=39, p<0.05). Анализ амплитудно-временных характеристик АМРА-ВПСТ показал увеличение как амплитуды, так и частоты спонтанных возбуждающих токов в нейронах гиппокампа. Амплитуда и время спада спонтанных АМРА-ВПСТ в контрольных условиях составили 17±1 пА и 20±2 мс (n=16), соответственно, а частота – 0.06±0.01 Гц (n=16). Регистрация АМПА-опосредованных спонтанных событий в нейронах СА3 области гиппокампа крыс с пренатальной гГЦ показало достоверное увеличение как амплитуды, так и частоты АМРА-ВПСТ, без достоверного изменения времени спада. Анализ распределения амплитуд АМРА-ВПСТ в нейронах гиппокампа показал увеличения количества событий с высокой амплитудой в условиях пренатальной гГЦ. Фокальная аппликация глутамата в контрольных условиях вызывала AMPA-опосредованный входящий ток в нейронах гиппокампа с амплитудой 0.4±0.02 нА (n=55), а в условиях пренатальной гГЦ наблюдалось увеличение амплитуды ответов, постсинаптических AMPA-рецепторов до 0.6±0.03 нА (n=29, p<0.05). Таким образом, полученные данные свидетельствуют что хроническая высокая концентрация гомоцистеина в пре и постнатальный период развития мозга крыс вызывает изменение активность НМДА и АМПА-рецепторов нейронов гиппокампа. Можно предположить, в условиях пренатальной гГц в нейронах происходит изменение субъединичного состава или количеством рецепторов на постсинаптической мембране, что лежать в основе повышенной чувствительности гиппокампа крыс с пренатальной ГГЦ к генерации эпилептоформной активности. Работа выполнена за счёт средств РНФ 20-15-00100.

Homocysteine, a sulfur-containing amino acid formed from methionine, is a risk factor for the development of a number of pathologies. An increase in the level of homocysteine (hyperhomocysteinemia, hHCY) during pregnancy leads to various complications of pregnancy, fetal hypoxia and, as a result, the development of early and delayed postnatal pathologies. One of the mechanisms of the neurotoxic action of homocysteine is the activation of ionotropic and metabotropic glutamate receptors in cells, the stimulation of which leads to the development of neuronal hyperexcitability, and prolonged exposure to high doses in the prenatal period can lead to changes in the expression, regulation, or activity of ionotropic glutamate receptors. The aim of the study was to analyze the role of glutamate channels in the development of prenatal hHCY in rat hippocampal neurons in the first week of postnatal development. The experiments were carried out on rat horizontal slices of rat pups in the first week after birth. For chronic model of prenatal hHCY we used high methionine diet during the pregnancy of female rats. The synaptic activity and the ratio of AMPA/NMDA receptors of pyramidal neurons of the hippocampus was carried out using patch clamp registration: AMPA-receptor-mediated excitatory postsynaptic currents (AMPA-EPSC) were recorded at a fixation potential of -70 mV, and NMDA-receptor-mediated excitatory postsynaptic currents (NMDA-EPSC) at +40 mV, in the presence of the AMPA receptor blocker - CNQX (10 µM). The activity of postsynaptic NMDA or AMPA receptors was recorded using focal application of NMDA (50 µM, 50 µM glycine, 10 µM CNQX) or glutamate (1 mM, 40 µM d-APV) at a distance of 150–200 µm from the soma of neurons. To avoid receptor desensitization, agonists were applied at 5 min intervals. All experiments on registration of excitatory postsynaptic currents in hippocampal CA3 synapses were performed in the presence of a GABA(A)-receptor blocker, bicuculline (10 µM). Under control conditions, in the first week of postnatal brain development, the amplitude and decay time of spontaneous NMDA-EPSC in hippocampal CA3 neurons were 27±1 pA and 76±13 ms and (n=20), respectively, and the NMDA-EPSC frequency was 0.2±0.1 Hz (n =20). In slices of the hippocampus from rats with prenatal hHCY, it was observed the decreasing of NMDA-EPSC amplitude and an increasing frequency, without changing the decay time. Focal application of the agonist NMDA induced an NMDA-mediated postsynaptic current in hippocampal neurons with an amplitude of 0.9±0.1 nA (n=26), while under conditions of prenatal hHCY, the amplitude of postsynaptic NMDA response increased up to 1.6±0.2 nA (n=39 , p<0.05). An analysis of the amplitude-temporal characteristics of AMPA-EPSC indicated rising of amplitude and frequency of spontaneous excitatory currents. In hippocampal CA3 neurons of rats with prenatal hHCY it was observed a significant increasing in both the amplitude and frequency of AMPA-EPSC, without a significant change in the decay time. The analysis of the distribution of AMPA-EPSC amplitudes in hippocampal neurons showed an increase in the number of high-amplitude events in rats with prenatal hHCY. The focal application of glutamate caused an AMPA-mediated postsynaptic current in hippocampal neurons with an amplitude of 0.4±0.02 nA (n=55), and under conditions of prenatal hHCY, an increase in the amplitude of responses of postsynaptic AMPA receptors up to 0.6±0.03 nA was observed (n=29 , p<0.05). Thus, the data obtained indicate that a chronic high concentration of homocysteine during the pre and postnatal period of rat brain development causes a change in the activity of NMDA and AMPA-receptors in hippocampal neurons. It can be assumed that under conditions of prenatal hHCY in neurons there is a change in the subunit composition or the number of receptors on the postsynaptic membrane, which underlies the increased sensitivity of the hippocampus of rats with prenatal hHCY to the generation of epileptiform activity. This research was funded by RSF No.20-15-00100.