Возрастные особенности nNOS иммунореактивных нейронов в неокортексе крыс

Цель исследования – оценить особенности морфологии nNOS-позитивных (nNOS-IR) нейронов в коре дорзолатеральной зоны лобной доли больших полушарий головного мозга у белых крыс на протяжении 180 суток постнатального развития.

Материал и методы. Исследование выполнено на 40 аутбредных белых крысах линии Wistar разного возраста, от 1 до 180 суток. Объектом исследования служили участки правого полушария головного мозга на дорзолатеральной поверхности вблизи лобного полюса (неокортекс). На парафиновых серийных срезах лобной доли проводили иммуногистохимическую реакцию с антителами к nNOS и системой детекции с пероксидазой хрена. Морфометрию нейронов осуществляли по микрофотографиям с помощью программы ImageJ-Fiji (NIH) 1.51h, измеряя площадь сечения тела нейрона, площадь ядра, ядерно-цитоплазматическое отношение, интенсивность реакции. Проведена оценка достоверности различий (парный t-критерий Стьюдента).

Результаты. Установлено, что у крыс зрелого возраста в коре лобной доли nNOS-IR проявляют одиночные крупные мультиполярные клетки с высокой активностью фермента, расположенные в надгранулярных слоях, клетки веретенообразной  формы с длинными позитивными  отростками на границе с белым веществом (тип 1), и две разновидности низкопозитивных нейронов – скопления в VI слое и одиночные в других слоях (тип 2). Полиморфизм nNOS-IR нейронов проявляется уже при рождении, но различить все субпопуляции возможно только с 21-х суток. Каждая субпопуляция отличается собственной возрастной динамикой изученных параметров и характером распределения позитивности. Кроме того, у крысят 3–7 суток транзиторной иммунореактивностью обладают многочисленные мелкие нейроны на границе коры и белого вещества.

Заключение. Таким образом, разделение nNOS-IR нейронов на два морфологических типа, предложенных в работах предшественников, не соответствует тому количеству субпопуляций, которое удалось описать в дорзолатеральной области префронтальной коры у крыс. Такое разнообразие nNOS-IR нейронов вполне соответствует многочисленным функциям, описанным для оксида азота. Для объективной характеристики различных классов nNOS-IR интернейронов коры необходимо использовать дополнительные данные, полученные из транскриптомных, гистологических, электрофизиологических,  функциональных экспериментов  с учетом  видовых,  топографических  и возрастных  особенностей.  Только  расширенный подход позволит селективно воздействовать на разные типы клеток и обоснованно трактовать результаты экспериментальных исследований.

1. Варенцов В.Е., Румянцева Т.А., Пшениснов К.К., Мясищева Т.С., Пожилов Д.А. Возрастная пластичность нитрэргических субпопуляций нейронов обонятельной луковицы крысы. Медицинский вестник Северного Кавказа. 2019;14(12):168–71 doi: 10.14300/mnnc.2019.14007

2. Обухов Д.К., Пущина Е.В., Вараксин А.А. Газообразные медиаторы в ЦНС позвоночных животных. Успехи современного естествознания. 2011;(12):49–51 EDN: OIPLQF

3. Barbaresi P, Mensà E, Lariccia V, Desiato G, Fabri M, Gratteri S. Intracallosal neuronal nitric oxide synthase neurons colocalize with neurokinin 1 substance P receptor in the rat. Journal of Comparative Neurology. 2014 Nov 18;523(4):589–607. doi: 10.1002/cne.23695

4. Dittrich L, Heiss JE, Warrier DR, Perez XA, Quik M, Kilduff TS. Cortical nNOS neurons coexpress the NK1 receptor and are depolarized by Substance P in multiple mammalian species. Frontiers in Neural Circuits. 2012;6:31A. doi: 10.3389/fncir.2012.00031.

5. Endo T, Yanagawa Y, Komatsu Y. Substance P Activates Ca2+-Permeable Nonselective Cation Channels through a Phosphatidylcholine-Specific Phospholipase C Signaling Pathway in nNOS-Expressing GABAergic Neurons in Visual Cortex. Cerebral Cortex. 2014 Oct 14;26:669–82. doi: 10.1093/cercor/bhu233

6. Gholipour T, Ghasemi M, Riazi K, Ghaffarpour M, Dehpour AR. Seizure susceptibility alteration through 5-HT3 receptor: Modulation by nitric oxide. Seizure. 2010 Jan;19(1):17–22. doi: 10.1016/j.seizure.2009.10.006

7. Kanold PO, Luhmann HJ. The Subplate and Early Cortical Circuits. Annual Review of Neuroscience. 2010 Jun;33(1):23–48. doi: 10.1146/annurev-neuro-060909-153244

8. Kourosh-Arami M, Hosseini N, Mohsenzadegan M, Komaki A, Joghataei MT. Neurophysiologic implications of neuronal nitric oxide synthase. Reviews in the Neurosciences. 2020 Aug 1;31(6):617–36. doi: 10.1515/revneuro-2019-0111

9. Kubota Y, Karube F, Nomura M, Kawaguchi Y. The Diversity of Cortical Inhibitory Synapses. Frontiers in Neural Circuits. 2016 Apr 25;10:27. doi: 10.3389/fncir.2016.00027

10. Lee JE, Jeon CJ. Immunocytochemical localization of nitric oxide synthase-containing neurons in mouse and rabbit visual cortex and co-localization with calcium-binding proteins. Mol Cells. 2005;19(3):408–17.

11. Magno L, Oliveira MG, Mucha M, Rubin AN, Kessaris N. Multiple embryonic origins of nitric oxide synthase-expressing GABAergic neurons of the neocortex. Frontiers in Neural Circuits. 2012;6:65. doi: 10.3389/fncir.2012.00065

12. Perrenoud Q, Geoffroy H, Gauthier B, Rancillac A, Alfonsi F, Kessaris N, et al. Characterization of Type I and Type II nNOS-Expressing Interneurons in the Barrel Cortex of Mouse. Frontiers in Neural Circuits. 2012;6:36. doi: 10.3389/fncir.2012.00036

13. Tasic B, Menon V, Nguyen TN, Kim TK, Jarsky T, Yao Z, et al. Adult mouse cortical cell taxonomy revealed by single cell transcriptomics. Nature Neuroscience [Internet]. 2016 Jan 4;19(2):335–46. doi: 10.1038/nn.4216

14. Vruwink M, Schmidt HHHW, Weinberg RJ, Burette A. Substance P and nitric oxide signaling in cerebral cortex: Anatomical evidence for reciprocal signaling between two classes of interneurons. The Journal of Comparative Neurology. 2001 Dec 24;441(4):288–301. doi: 10.1002/cne.1413

15. Williams RH, Black SW, Thomas AM, Piquet J, Cauli B, Kilduff TS. Excitation of Cortical nNOS/NK1R Neurons by Hypocretin 1 is Independent of Sleep Homeostasis. Cerebral Cortex. 2018 Feb 16;29(3):1090–108. doi: 10.1093/cercor/bhy015

16. Williams RH, Vazquez-DeRose J, Thomas AM, Piquet J, Cauli B, Kilduff TS. Cortical nNOS/NK1 Receptor Neurons are Regulated by Cholinergic Projections From the Basal Forebrain. Cerebral Cortex. 2017 May 2;28(6):1959–79. doi: 10.1093/cercor/bhx102

17. Williams RH, Riedemann T. Development, Diversity, and Death of MGE-Derived Cortical Interneurons. International Journal of Molecular Sciences. 2021 Aug 27;22(17):92–7. doi: 10.3390/ijms22179297

18. Yan XX, Garey LJ. Morphological diversity of nitric oxide synthesising neurons in mammalian cerebral cortex. J Hirnforsch. 1997;38:165–72.

19. Yousef T, Neubacher U, Eysel UT, Volgushev M. Nitric oxide synthase in rat visual cortex: an immunohistochemical study. Brain Research Protocols. 2004 Apr;13(1):57–67. doi: 10.1016/j.brainresprot.2004.01.004