短期間の後肢アンローディング時の動的足刺激がラットの海馬における神経伝達の調節障害を予防することを明らかにした

Dynamic Foot Stimulations During Short-Term Hindlimb Unloading Prevent Dysregulation of the Neurotransmission in the Hippocampus of Rats.

• Anna S Berezovskaya
• Sergey A Tyganov
• Svetlana D Nikolaeva
• Alexandra A Naumova
• Natalia S Merkulyeva
• Boris S Shenkman
• Margarita V Glazova

抄録

宇宙飛行と模擬微小重力の両方が学習と記憶に影響を与え、その大部分は海馬によって制御されている。しかし、実際の微小重力環境や模擬微小重力環境下での海馬の分子変化に関するデータは限られている。実験にはWistarラットの成体を用いた。本研究では、3日間の後肢アンローディング(HU)による模擬微小重力が海馬のグルタミン酸系およびGABA作動系に影響を与えるかどうか、また、HU中に足底面への動的刺激(DFS)が海馬機能の調節にどのように寄与するかを解析した。その結果、HU3日後の海馬では、小胞性グルタミン酸トランスポーター1および2（VGLUT1/2）の発現が減少したが、グルタミン酸脱炭酸酵素67（GAD67）の発現は影響を受けなかった。また、HUは神経保護機構を活性化するとされるAktシグナルや転写因子CREBを有意に誘導した。一方、DFSはVGLUT1/2の発現とAktおよびCREBの活性の正常化をもたらした。また、エキソサイトーシスタンパクの解析から、DFS群ではSNAP-25、VAMP-2、シンタキシン1の発現が抑制され、興奮性神経伝達が抑制されていることが示唆された。このように、短期HUは海馬のグルタミン酸系の調節障害を引き起こすが、同時にAkt依存性の神経保護機構を刺激することを明らかにした。さらに、最も重要なことは、神経伝達物質のエクソサイトーシスの調節に依存していると考えられる海馬機能に対するDFSの効果を実証したことである。

Spaceflight and simulated microgravity both affect learning and memory, which are mostly controlled by the hippocampus. However, data about molecular alterations in the hippocampus in real or simulated microgravity conditions are limited. Adult Wistar rats were recruited in the experiments. Here we analyzed whether short-term simulated microgravity caused by 3-day hindlimb unloading (HU) will affect the glutamatergic and GABAergic systems of the hippocampus and how dynamic foot stimulation (DFS) to the plantar surface applied during HU can contribute in the regulation of hippocampus functioning. The results demonstrated a decreased expression of vesicular glutamate transporters 1 and 2 (VGLUT1/2) in the hippocampus after 3 days of HU, while glutamate decarboxylase 67 (GAD67) expression was not affected. HU also significantly induced Akt signaling and transcriptional factor CREB that are supposed to activate the neuroprotective mechanisms. On the other hand, DFS led to normalization of VGLUT1/2 expression and activity of Akt and CREB. Analysis of exocytosis proteins revealed the inhibition of SNAP-25, VAMP-2, and syntaxin 1 expression in DFS group proposing attenuation of excitatory neurotransmission. Thus, we revealed that short-term HU causes dysregulation of glutamatergic system of the hippocampus, but, at the same time, stimulates neuroprotective Akt-dependent mechanism. In addition, most importantly, we demonstrated positive effect of DFS on the hippocampus functioning that probably depends on the regulation of neurotransmitter exocytosis.