CHANGES IN CALBINDIN-CONTAINING NEURONS IN THE DORSAL HORN OF THE SPINAL CORD OF MICE AFTER SPACE FLIGHT IN BION-M1 BIOSATELLITE

Abstract

Calbindin (CAB)-containing interneurons of the dorsal horn of upper thoracic segments of the spinal cord (SC) were studied with the use of immunohistochemistry and Western-blotting in male C57/BL6 mice (n = 3) after 30 days-long space flight in Bion-M1 biosatellite (“flight “group). The control group consisted of mice kept in a vivarium (n = 3). In the “flight “ group, the number of CAB-containing interneurons in laminae I and II was increased. Also, Western-blotting data showed that the expression of CAB in the SC increased after the flight. These results, as well as predominantly nuclear localization of СAB in neurons of laminae I-V, together with the lack of CAB immunoreactivity in interneurons of the medial edge of the dorsal horn, reduction of the average cross-sectional area of lamina II CAB-immunoreactive interneurons, an increase of the average cross-sectional area in CAB-immunoreactive interneurons of laminae III, IV and V in mice of the “flight “ group indicate an imbalance in the calcium buffer system of SC neurons after the space flight. It may be concluded that the calcium system of SC neuronal functional modules (primarily, of the motor module) undergoes substantial changes under conditions of the space flight.

Keywords

spinal cord / dorsal horn / interneuron / calbindin / microgravitation

References

[1] Александрова Н. П., Донина Ж. А., Данилова Г. А. и др. Роль афферентной системы легких в механизмах компенсаторных реакций дыхательной системы в антиортостатическом положении // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 2007. Т. 93, № 6. С. 670-677.

[2] Андреев-Андриевский А. А., Шенкман Б. С., Попова А. С. и др. Экспериментальные исследования на мышах по программе полета биоспутнкиа «Бион-М1» // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2014. Т. 48, № 1. С. 14-27.

[3] Маслюков П. М., Коробкин А. А., Коновалов В. В. и др. Возрастное развитие кальбиндин-иммунопозитивных нейронов симпатических узлов крысы // Морфология. 2012. Т. 141, вып. 1. С. 77-80.

[4] Поляков И. В., Лоури О., Эджертон В. Р., Краснов И. Б. Гистохимия и морфология передних рогов спинного мозга крыс после 9-суточного космического полета // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1995. Т. 29, № 1. С. 30-32.

[5] Порсева В. В., Шилкин В. В., Стрелков А. А., Маслюков П. М. Субпопуляции кальбиндин-иммунореактивных интернейронов дорсального рога спинного мозга мышей // Цитология. 2014. Т. 56, № 8. С. 612-618.

[6] Шилкин В. В., Порсева В. В., Маслюков П. М., Стрелков А. А. Влияние сенсорной депривации на кальбиндин содержащие нейроны дорсального рога серого вещества спинного мозга и чувствительного узла спинномозгового нерва белой крысы // Морфология. 2014. Т. 146, вып. 6. С. 26-32.

[7] Alvarez F. J., Jonas P. C., Sapir T. et al. Postnatal phenotype and localization of spinal cord V1 derived interneurons // J. Comp. Neurol. 2005. Vol. 493, № 2. Р. 177-192.

[8] Anelli R., Heckman C. J. The calcium binding proteins calbindin, parvalbumin, and calretinin have specific patterns of expression in the gray matter of cat spinal cord // Neurocytology. 2005. Vol. 34, № 6. Р. 369-385.

[9] Antal M., Polgar E., Chalmers J. et al. Different populations of parvalbumin- and calbindin-D28k-immunoreactive neurons contain GABA and accumulate 3H-D-Aspartate in the dorsal horn of the rat spinal cord // J. Comp. Neurol. 1991. Vol. 314, № 1. P. 114-124.

[10] Craig A. D., Zhang E. T., Blomqvist A. Association of spinothalamic lamina I neurons and their ascending axons with calbindinimmunoreactivity in monkey and human // Pain. 2002. Vol. 97, № 1-2. Р. 105-115.

[11] Gibbons S. J., Brorson J. R., Bleakman D. et al. Calcium influx and neurodegeneration // Ann. NY Acad. Sci. 1993. Vol. 679. P. 22-33.

[12] Krasnov I. B. Gravitational Neuromorphology // Advances in Space Biology and Medicine. 1994. Vol. 4. P. 85-110.

[13] Krasnov I. B., Polyakov I. V., Drobyshev V. I. Neuron-gliacapillary system in spinal cord of rats after 14-day space flight // The Physiologist. 1992. Vol. 35, № 1. Suppl., S.218-S.219.

[14] Levine A. J., Hinckley C. A., Hilde K. L. et al. Identification of a cellular node for motor control pathways // Nat. Neurosci. 2014. Vol. 17, № 4. P. 586-593.

[15] Lu Y., Perl E. R. Modular organization of excitatory circuits between neurons of the spinal superficial dorsal horn (laminae I and II) // J. Neurosci. 2005. Vol. 25, № 15. P. 3900-3907.

[16] Molander C., Xu Q., Rivero-Melian C., Grant G. Cytoarchitectonic organization of the spinal cord in the rat: II. The cervical and upper thoracic cord // J. Comp. Neurol. 1989. Vol. 289, № 3. P. 375-385.

[17] Porseva V. V., Shilkin V. V., Krasnov I. B., Masliukov P. M. Cal-bin din-D28k immunoreactivity in the mice thoracic spinal cord after space flight // Int. J. Astrobiol. 2015. Vol. 14, № 4. Р. 555- 562.

[18] Punnakkal P., von Schoultz C., Haenraets K. et al. Morphological, biophysical and synaptic properties of glutamatergic neurons of the mouse spinal dorsal horn // J. Physiol. 2014. Vol. 592, № 4. Р. 759-776.

[19] Schwaller B. The use of transgenic mouse models to reveal the functions of Ca2+ buffer proteins in excitable cells // Biochim. Biophys. Acta. 2012. Vol. 1820, № 8. P. 1294-1303.

[20] Sojka D., Zacharova G., Spicarova D., Palecek J. Changes of calcium binding protein expression in spinothalamic tract neurons after peripheral inflammation // Physiol. Res. 2010. Vol. 59, № 6. P. 1011-1017.

[21] Todd A. J. Neuronal circuitry for pain processing in the dorsal horn // Nat. Rev. Neurosci. 2010. Vol. 11, № 12. P. 823-836.

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-Vector