Dynamic Changes in the Activity and Content of Particular Proteasome Forms in Cerebral Cortex of C57BL/6 Mice during Aging

A. V. Burov; Буров А. В.; S. Yu. Funikov; Фуников С. Ю.; T. M. Astakhova; Астахова Т. М.; E. V. Teterina; Тетерина Е. В.; V. O. Nebogatikov; Небогатиков В. О.; P. A. Erokhov; Ерохов П. А.; A. A. Ustyugov; Устюгов А. А.; V. L. Karpov; Карпов В. Л.; A. V. Morozov; Морозов А. В.

doi:10.31857/S0026898423050038

Динамические изменения активности и содержания отдельных форм протеасом в образцах коры головного мозга при старении мышей C57BL/6

Авторы: Буров А.В.¹, Фуников С.Ю.¹, Астахова Т.М.², Тетерина Е.В.³, Небогатиков В.О.³, Ерохов П.А.², Устюгов А.А.³, Карпов В.Л.¹, Морозов А.В.¹
Учреждения:
1. Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук
2. Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова Российской академии наук
3. Институт физиологически активных веществ Российской академии наук
Выпуск: Том 57, № 5 (2023)
Страницы: 886-894
Раздел: МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ
URL: https://ogarev-online.ru/0026-8984/article/view/138707
DOI: https://doi.org/10.31857/S0026898423050038
EDN: https://elibrary.ru/VFWCPU
ID: 138707

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Протеасомы ‒ ключевые компоненты убиквитин-протеасомной системы. Известны различные формы протеасом. При старении выявлены нарушения в функционировании протеасом, а также повышенная экспрессия отдельных их форм. Учитывая эти данные, мы изучили экспрессию генов, кодирующих конститутивные и иммунные субъединицы протеасом, в образцах коры головного мозга мышей линии C57BL/6 в возрасте 60, 190, 380 и 720 сут. Кроме того, в осветленных гомогенатах тканей исследовано содержание конститутивных и иммунных субъединиц протеасом, химотрипсинподобная и каспазаподобная активности протеасомных пулов, а также активность иммунной субъединицы β5i. Охарактеризованы химотрипсинподобная активность и активность субъединицы β5i разных форм протеасом, разделенных электрофорезом в нативных условиях. По сравнению с молодыми особями в коре головного мозга животных в возрасте 720 сут выявлены следующие изменения в паттернах экспрессии генов протеасом: снижение для гена PSMB5, кодирующего конститутивную субъединицу протеасом β5; активация генов, кодирующих иммунные субъединицы β5i и β1i. В осветленных гомогенатах тканей возрастных мышей увеличено содержание иммунных субъединиц β1i и β2i. В образцах от старых животных также выявлено снижение общей химотрипсинподобной активности и тенденция к снижению каспазаподобной, а также активности β5i субъединицы протеасом. По результатам анализа нативных комплексов в тканях старых животных обнаружено снижение химотрипсинподобной активности как 26S, так и 20S протеасом, содержащих субъединицу β5i. На основании полученных данных можно предполагать, что в пуле неконститутивных протеасом головного мозга мышей происходят изменения, отражающие адаптационные процессы при старении.

Ключевые слова

старение, неконститутивные протеасомы, экспрессия генов, головной мозг, мыши

Список литературы

Ciechanover A., Kwon Y.T. (2015) Degradation of misfolded proteins in neurodegenerative diseases: therapeutic targets and strategies. Exp. Mol. Med. 47, e147.
Ferrington D.A., Gregerson D.S. (2012) Immunoproteasomes: structure, function, and antigen presentation. Prog. Mol. Biol. Transl. Sci. 109, 75–112.
Morozov A.V., Karpov V.L. (2018) Biological consequences of structural and functional proteasome diversity. Heliyon. 4, e00894.
Chondrogianni N., Petropoulos I., Franceschi C., Friguet B., Gonos E.S. (2000) Fibroblast cultures from healthy centenarians have an active proteasome. Exp. Gerontol. 35, 721–728.
Husom A.D., Peters E.A., Kolling E.A., Fugere N.A., Thompson L.V., Ferrington D.A. (2004) Altered proteasome function and subunit composition in aged muscle. Arch. Biochem. Biophys. 421, 67–76.
Ferrington D.A., Husom A.D., Thompson L.V. (2005) Altered proteasome structure, function, and oxidation in aged muscle. FASEB J. 19, 644–646.
Gavilán M.P., Castaño A., Torres M., Portavella M., Caballero C., Jiménez S., García-Martínez A., Parrado J., Vitorica J., Ruano D. (2009) Age-related increase in the immunoproteasome content in rat hippocampus: molecular and functional aspects. J. Neurochemistry. 108, 260–272.
Giannini C., Kloß A., Gohlke S., Mishto M., Nicholson T.P., Sheppard P.W., Kloetzel P.M., Dahlmann B. (2013) Poly-Ub-substrate-degradative activity of 26S proteasome is not impaired in the aging rat brain. PLoS One. 7, e64042.
Морозов А.В., Буров А.В., Фуников С.Ю., Тетерина Е.В., Астахова Т.М., Ерохов П.А., Устюгов А.А., Карпов В.Л. (2023) Изменения активности и содержания отдельных форм протеасом в образцах коры головного мозга при развитии патологии у мышей линии 5×FAD. Молекуляр. биология. 57(5), 873–885.
Фуников С.Ю. Спасская Д.С., Буров А.В., Тетерина Е.В., Устюгов А.А., Карпов В.Л., Морозов А.В. (2021) Отделы центральной нервной системы мыши отличаются по количеству транскриптов протеасомных генов. Молекуляр. биология. 55(1), 54–63.
Erokhov P.A., Lyupina Y.V., Radchenko A.S., Kolacheva A.A., Nikishina Y.O., Sharova N.P. (2017) Detection of active proteasome structures in brain extracts: proteasome features of August rat brain with violations in monoamine metabolism. Oncotarget. 8, 70941–70957.
Morozov A.V., Kulikova A.A., Astakhova T.M., Mitkevich V.A., Burnysheva K.M., Adzhubei A.A., Erokhov P.A., Evgen’ev M.B., Sharova N.P., Karpov V.L., Makarov A.A. (2016) Amyloid-β increases activity of proteasomes capped with 19S and 11S regulators. J. Alzheimers Dis. 54, 763–776.
Chondrogianni N., Stratford F.L., Trougakos I.P., Friguet B., Rivett A.J., Gonos E.S. (2003) Central role of the proteasome in senescence and survival of human fibroblasts: induction of a senescence-like phenotype upon its inhibition and resistance to stress upon its activation. J. Biol. Chem. 278, 28026–28037.
López-Otín C., Blasco M.A., Partridge L., Serrano M., Kroemer G. (2013) The hallmarks of aging. Cell. 153, 1194–1217.
Saez I., Vilchez D. (2014) The mechanistic links between proteasome activity, aging and agerelated diseases. Curr. Genomics. 15, 38–51.
Ly D.H., Lockhart D.J., Lerner R.A., Schultz P.G. (2000) Mitotic misregulation and human aging. S-cience. 287, 2486–2492.
Pickering A.M., Koop A.L., Teoh C.Y., Ermak G., Grune T., Davies K.J. (2010) The immunoproteasome, the 20S proteasome and the PA28αβ proteasome regulator are oxidative-stress-adaptive proteolytic complexes. Biochem. J. 432, 585–595.
Pickering A.M., Davies K.J.A. (2012) Degradation of damaged proteins: the main function of the 20S proteasome. Prog. Mol. Biol. Transl. Sci. 109, 227–248.
Grune T., Jung T., Merker K., Davies K.J. (2004) Decreased proteolysis caused by protein aggregates, inclusion bodies, plaques, lipofuscin, ceroid, and 'aggresomes' during oxidative stress, aging, and disease. Int. J. Biochem. Cell Biol. 36, 2519–2530.
Abi Habib J., De Plaen E., Stroobant V., Zivkovic D., Bousquet M.P., Guillaume B., Wahni K., Messens J., Busse A., Vigneron N., Van den Eynde B.J. (2020) Efficiency of the four proteasome subtypes to degrade ubiquitinated or oxidized proteins. Sci. Rep. 10, 15765.
Sparkman N.L., Johnson R.W. (2008) Neuroinflammation associated with aging sensitizes the brain to the effects of infection or stress. Neuroimmunomodulation. 15, 323–330.
Stratford F.L., Chondrogianni N., Trougakos I.P., Gonos E.S., Rivett A.J. (2006) Proteasome response to interferon-γ is altered in senescent human fibroblasts. FEBS Lett. 580, 3989–3994.
Powell S.R., Wang P., Divald A., Teichberg S., Haridas V., McCloskey T.W., Davies K.J., Katzeff H. (2005) Aggregates of oxidized proteins (lipofuscin) induce apoptosis through proteasome inhibition and dysregulation of proapoptotic proteins. Free Radic. Biol. Med. 38, 1093–1101.
Johnston-Carey H.K., Pomatto L.C.D., Davies K.J.A. (2015) The immunoproteasome in oxidative stress, aging, and disease. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 51, 268–281.
Pérez V.I., Buffenstein R., Masamsetti V., Leonard S., Salmon A.B., Mele J., Andziak B., Yang T., Edrey Y., Friguet B., Ward W., Richardson A., Chaudhuri A. (2009) Protein stability and resistance to oxidative stress are determinants of longevity in the longest-living rodent, the naked mole-rat. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 106, 3059–3064.
Ungvari Z., Csiszar A., Sosnowska D., Philipp E.E., Campbell C.M., McQuary P.R., Chow T.T., Coelho M., Didier E.S., Gelino S., Holmbeck M.A., Kim I., Levy E., Sonntag W.E., Whitby P.W., Austad S.N., Ridgway I. (2013) Testing predictions of the oxidative stress hypothesis of aging using a novel invertebrate model of longevity: the giant clam (Tridacna derasa). J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 68, 359–367.
Pickering A.M., Lehr M., Miller R.A. (2015) Lifespan of mice and primates correlates with immunoproteasome expression. J. Clin. Invest. 125, 2059–2068.
Chondrogianni N., Voutetakis K., Kapetanou M., Delitsikou V., Papaevgeniou N., Sakellari M., Lefaki M., Filippopoulou K., Gonos E.S. (2015) Proteasome activation: an innovative promising approach for delaying aging and retarding age-related diseases. Ageing Res. Rev. 23, 37–55.
Chondrogianni N., Voutetakis K., Kapetanou M., Delitsikou V., Papaevgeniou N., Sakellari M., Lefaki M., Filippopoulou K., Gonos E.S. (2005) Overexpression of proteasome β5 assembled subunit increases the amount of proteasome and confers ameliorated response to oxidative stress and higher survival rates. J. Biol. Chem. 280, 11840–11850.
Tonoki A., Kuranaga E., Tomioka T., Hamazaki J., Murata S., Tanaka K., Miura M. (2009) Genetic evidence linking age-dependent attenuation of the 26S proteasome with the aging process. Mol. Cell Biol. 29, 1095–1106.
Vilchez D., Morantte I., Liu Z., Douglas P.M., Merkwirth C., Rodrigues A.P., Manning G., Dillin A. (2012) RPN-6 determines C. elegans longevity under proteotoxic stress conditions. Nature. 489, 263–268.