Immunocytochemical and morphometric changes in astroglial cells in the perifocal zone of the cerebral infarction model


Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The perifocal zone of cerebral infarction contains dying and reactively altered neurons whose fate depends on the type of intracellular interactions and, in particular, on the response of astrocytes partaking both in neuronal damage and neuroprotection. The features of the response of astrocytes to ischemic injury and the role of their activation in gliosis have been studied insufficiently.

Objective. To evaluate the changes in astroglia in the perifocal zone of cerebral infarction depending on its reproduction time by immunomorphology and computerassisted morphometry.

Materials and methods. Infarction was induced in the left hemisphere of rat brain cortex (n=10) by middle cerebral artery occlusion. Astrocyte distribution and shape were assessed on day 3 and 21 after surgery; localization of gliofibrillar acidic protein (GFAP), aquaporin 4 (AQP4), and glutamine synthetase (GlnS) in the perifocal zone was measured.

Results. Astrocyte shape and distribution, as well as GFAP expression, significantly altered depending on time that has passed since the infarction and distance to the injury focus. On day 3, the area occupied by astrocyte processes decreased by 15% of the control value, while increasing by 35% on day 21. Expression of GlnS and AQP4 near the infarction focus decreased on day 3, while opposite changes were observed on day 21. Redistribution of the studied proteins in processes of reactive astrocytes was also detected. Two morphological types of astrocytes were differentiated: the scarring polarized astrocytes, which were characterized by redistribution of marker proteins in processes, and the moderately altered transiently activated ones.

Conclusions. Astrocytes were found to be heterogeneous in the perifocal zone of cerebral infarction; a dependence between changes in their structure and function and the distance to the injury focus and time that passed after the infarction was revealed. The scarring and transiently activated astrocytes, which play different roles in remodeling and repair of ischemic neural tissue in the perifocal zone of cerebral infarction, were characterized by immunohistochemical and morphometric analysis.

About the authors

Dmitriy N. Voronkov

Research Center of Neurology

Author for correspondence.
Email: voronkovdm@gmail.com
Russian Federation, Moscow

Olga V. Salnikova

Research Center of Neurology

Email: voronkovdm@gmail.com
Russian Federation, Moscow

Rudolf M. Khudoerkov

Research Center of Neurology

Email: voronkovdm@gmail.com
Russian Federation, Moscow

References

  1. Gusev E.I, Skvortsova V.I. Ishemiya golovnogo mozga. [Brain Ishaemia]. Moscow, Meditsina., 2001. 328 p. (In Russ.)
  2. Fernaud-Espinosa I., Nieto-Sampedro M., Bovolenta P. Differential activation of microglia and astrocytes in aniso-and isomorphic gliotic tissue. Glia. 1993; 8: 277–291, doi: 10.1002/glia.440080408. PMID: 8406684.
  3. Rusnakova V., Honsa P., Dzamba D. et al. Heterogeneity of astrocytes: from development to injury – single cell gene expression. PLoS ONE. 2013; 8: e69734. doi: 10.1371/journal.pone.0069734. PMID: 23940528.
  4. Sofroniew M.V., Vinters H.V. Astrocytes: biology and pathology. Acta Neuropathol. 2010; 119: 7–35. doi: 10.1007/s00401-009-0619-8. PMID: 20012068.
  5. Sosunov A.A., Wu X., Tsankova N.M. et al. Phenotypic heterogeneity and plasticity of isocortical and hippocampal astrocytes in the human brain. J. Neurosci. 2014; 34: 2285–2298. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4037-13.2014. PMID: 24501367.
  6. Wilhelmsson U., Bushong E.A., Price D.L. et al. Redefining the concept of reactive astrocytes as cells that remain within their unique domains upon reaction to injury. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 2006; 103: 17513–17518. DOI: 10.1073/ pnas.0602841103. PMID: 17090684.
  7. Wagner D.C., Scheibe J., Glocke I. et al. Object-based analysis of astroglial reaction and astrocyte subtype morphology after ischemic brain injury. Acta Neurobiol. Exp. 2013; 73: 79–87. PMID: 23595285.
  8. Morgun A.V., Malinovskaya N.A., Komleva Y.K. et al. [Structural and functional heterogeneity of astrocytes in the brain: Role in neurodegeneration and neuroinflammation]. Byulleten' sibirskoy meditsiny. 2014; 5: 138–148. DOI: http://dx.doi.org/10.20538/1682-0363-2014-5-138-148. (In Russ.)
  9. Anderson M.A., Ao Y., Sofroniew M.V. Heterogeneity of reactive astrocytes. Neurosci. Lett. 2014; 565: 23–29. doi: 10.1016/j.neulet.2013.12.030. PMID: 24361547.
  10. Villarreal A., Rosciszewski G., Murta V. et al. Isolation and characterization of ischemia-derived astrocytes (IDAs) with ability to transactivate quiescent astrocytes. Front Cell Neurosci. 2016; 10: 139. doi: 10.3389/fncel.2016.00139. PMID: 27313509.
  11. Samoilenkova N.S., Gavrilova S.A., Koshelev V.B. [Protective effect of hypoxic and ischemic preconditioning in rat brain local ischemia]. Dokl Biol Sci. 2007; 414: 183–184. doi: 10.1134/S0012496607030039. PMID: 17668615. (In Russ.)
  12. Khudoerkov R.M., Samoylenkova N.S., Gavrilova S.A. et al. [Preconditioning as a method of neuroprotection in a model of brain infarct]. Annals of clinical and experimental neurology. 2009; 2: 26–30. (In Russ.)
  13. Khudoerkov R.M., Savinkova I.G., Strukova S.M. et al. [Effects of activated protein C on the size of modeled ischemic focus and morphometric parameters of neurons and neuroglia in its perifocal zone]. Bull Exp Biol Med. 2014; 157: 530–534. doi: 10.1007/s10517-014-2607-9. PMID: 25110099 (In Russ.)
  14. Lutsik B.D., Iashchewnko A.M., Lutsik A.D.[Lectin-peroxidase markers of the microglia in paraffin sections]. Arkh Patol. 1991; 10: 60–3. PMID: 1793382 (In Russ.)
  15. Khudoerkov R.M., Voronkov D.N. [Modern possibilities of computer-assisted morphometry in immunohistochemical studies of brain]. In: XXI Century Neurology: diagnostic, treatment and research technologies. Eds. Piradov M.A., Illarioshkin S.N., Tanashyan M.M.. Moscow. ATMO, 2015. 3: 198–248. (In Russ.)
  16. Galea E., Morrison W., Hudry E. et al. Topological analyses in APP/PS1 mice reveal that astrocytes do not migrate to amyloid-β plaques. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015; 112: 15556–15561. doi: 10.1073/pnas.1516779112. PMID: 26644572.
  17. Khiripet N., Khantuwan W., Jungck J.R. Ka-me: a Voronoi image analyzer. Bioinformatics. 2012; 28: 1802–1804. doi: 10.1093/bioinformatics/bts253. PMID: 22556369
  18. Kharitonov S.P. [Nearest-neighbor distance method for the evaluation of distribution of different biological objects in a plane or in a line]. Vestnik nizhegorodskogo universiteta. Seriya biologiya. 2005; 1: 213–221. (In Russ.)
  19. Gunnarson E., Zelenina M., Axehult G. et al. Identification of a molecular target for glutamate regulation of astrocyte water permeability. Glia. 2008; 56: 587–596. doi: 10.1002/glia.20627. PMID: 18286643.
  20. Anlauf E., Derouiche A. Glutamine synthetase as an astrocytic marker: its cell type and vesicle localization. Front Endocrinol. 2013; 4: 144. DOI: 10.3389/ fendo.2013.00144. PMID: 24137157.
  21. Zelenina M. Regulation of brain aquaporins. Neurochem. Int. 2010; 57: 468–488. doi: 10.1016/j.neuint.2010.03.022. PMID: 20380861.
  22. Hubbard J.A., Hsu M.S., Seldin M.M., Binder D.K. Expression of the astrocyte water channel aquaporin-4 in the mouse brain. ASN Neuro. 2015; 7: PII: 1759091415605486. doi: 10.1177/1759091415605486. PMID: 26489685.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2017 Voronkov D.N., Sal’nikova O.V., Khudoerkov R.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».