Иммуноморфологическая оценка изменений функциональных белков астроглии на индуцированной каинатом модели склероза гиппокампа

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Участие астроцитов в медиаторном обмене, нейропластичности, энергетической поддержке нейронов и нейровоспалении определяет их патогенетическую роль при эпилепсии.

Цель исследования — оценка регионально-специфических изменений распределения функциональных белков астроглии в реактивных астроцитах при каинат-индуцированной модели мезиальной эпилепсии височной доли.

Материалы и методы. Иммунофлуоресцентным методом оценивали локализацию и экспрессию функциональных белков астроглии: аквапорина-4, коннексина-43, EAAT1/2 и глутаминсинтетазы в поле CA3 гиппокампа, зубчатой извилине, слое stratum lucidum у животных через 28 сут после интрагиппокампального введения каиновой кислоты.

Результаты. Выявленные изменения носили неоднородный характер в исследованных субрегионах гиппокампа. Астроциты stratum lucidum, ассоциированные с мшистыми волокнами, демонстрировали наибольшую уязвимость и снижение содержания и/или нарушение локализации каналов и транспортёров, формирующих мембранные комплексы в отростках. Нарушение гомеостатических функций астроцитов отягощает патологический процесс как на стороне введения токсина, так и в противоположном гиппокампе.

Об авторах

Дмитрий Николаевич Воронков

Научный центр неврологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: voronkov@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0001-5222-5322

к.м.н., с.н.с. лаб. нейроморфологии Института мозга Научного центра неврологии

Россия, Москва

Анна Валериевна Егорова

Научный центр неврологии; Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова

Email: av_egorova@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-7112-2556

к.м.н., н.с. лаб. нейроморфологии Института мозга Научного центра неврологии; доцент каф. гистологии, эмбриологии и цитологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова

Россия, Москва; Москва

Евгения Николаевна Федорова

Научный центр неврологии; Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова

Email: ewgenia.feodorowa2011@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2128-9056

лаборант-исследователь лаб. нейроморфологии Института мозга Научного центра неврологии; ассистент каф. гистологии, эмбриологии и цитологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова

Россия, Москва; Москва

Алла Вадимовна Ставровская

Научный центр неврологии

Email: stavrovskaya.al@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8689-0934

к.б.н., зав. лаб. экспериментальной патологии нервной системы и нейрофармакологии Института мозга Научного центра неврологии

Россия, Москва

Иван Александрович Потапов

Научный центр неврологии

Email: potapov.i.a@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0002-7471-3738

м.н.с. лаб. экспериментальной патологии нервной системы и нейрофармакологии Института мозга Научного центра неврологии

Россия, Москва

Анастасия Кирилловна Павлова

Научный центр неврологии

Email: pav_nastasya@mail.ru
ORCID iD: 0009-0006-5653-5524

лаборант-исследователь лаб. экспериментальной патологии нервной системы и нейрофармакологии Института мозга Научного центра неврологии

Россия, Москва

Владимир Сергеевич Сухоруков

Научный центр неврологии; Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова

Email: sukhorukov@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0002-0552-6939

д.м.н., зав. лаб. нейроморфологии Института мозга Научного центра неврологии; профессор каф. гистологии, эмбриологии и цитологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова

Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Janmohamed M., Brodie M.J., Kwan P. Pharmacoresistance — epidemio- logy, mechanisms, and impact on epilepsy treatment. Neuropharmacology. 2020;168:107790. doi: 10.1016/j.neuropharm.2019.107790
  2. Sumadewi K.T., Harkitasari S., Tjandra D.C. Biomolecular mechanisms of epileptic seizures and epilepsy: a review. Acta Epileptol. 2023;5(28). doi: 10.1186/s42494-023-00137-0
  3. Копачев Д.Н., Шишкина Л.В., Быченко В.Г. и др. Склероз гиппокампа: патогенез, клиника, диагностика, лечение. Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2016;80(4):109–116. doi: 10.17116/neiro2016804109-116
  4. Blümcke I., Thom M., Aronica E. et al. International consensus classification of hippocampal sclerosis in temporal lobe epilepsy: a Task Force report from the ILAE Commission on Diagnostic Methods. Epilepsia. 2013;54(7):1315–1329. doi: 10.1111/epi.12220.
  5. Tai X.Y., Bernhardt B., Thom M. et al. Review: neurodegenerative processes in temporal lobe epilepsy with hippocampal sclerosis: clinical, pathological and neuroimaging evidence. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2018;44(1):70–90. doi: 10.1111/nan.12458
  6. Verkhratsky A., Parpura V., Vardjan N., Zorec R. Physiology of astroglia. Adv. Exp. Med. Biol. 2019;1175:45–91. doi: 10.1007/978-981-13-9913-8_3
  7. Binder D.K., Steinhäuser C. Astrocytes and epilepsy. Neurochem. Res. 2021;46(10):2687–2695. doi: 10.1007/s11064-021-03236-x
  8. Johnson A.M., Sugo E., Barreto D. et al. The severity of gliosis in hippocampal sclerosis correlates with pre-operative seizure burden and outcome after temporal lobectomy. Mol. Neurobiol. 2016;53(8):5446–5456. doi: 10.1007/s12035-015-9465-y
  9. Grote A., Heiland D.H., Taube J. et al. 'Hippocampal innate inflammatory gliosis only' in pharmacoresistant temporal lobe epilepsy. Brain. 2023;146(2):549–560. doi: 10.1093/brain/awac293
  10. Twible C., Abdo R., Zhang Q. Astrocyte role in temporal lobe epilepsy and development of mossy fiber sprouting. Front. Cell Neurosci. 2021;15:725693. doi: 10.3389/fncel.2021.725693
  11. Falcón-Moya R., Sihra T.S., Rodríguez-Moreno A. Kainate receptors: role in epilepsy. Front. Mol. Neurosci. 2018;11:217. doi: 10.3389/fnmol.2018.00217
  12. Горина Я.В., Салмина А.Б., Ерофеев А.И. и др. Маркеры активации астроцитов. Биохимия. 2022;87(7):975-998. doi: 10.31857/S0320972522070119
  13. Huang X., Su Y., Wang N. et al. Astroglial connexins in neurodegenerative diseases. Front. Mol. Neurosci. 2021;14:657514. doi: 10.3389/fnmol.2021.657514
  14. Хаспеков Л.Г., Фрумкина Л.Е. Молекулярные механизмы, опосредующие участие глиальных клеток в пластических перестройках головного мозга при эпилепсии обзор. Биохимия. 2017;82(3):528–541.
  15. Viana J.F., Machado J.L., Abreu D.S. et al. Astrocyte structural heterogeneity in the mouse hippocampus. Glia. 2023;71(7):1667–1682. doi: 10.1002/glia.24362
  16. Prabhakar P., Pielot R., Landgraf P. et al. Monitoring regional astrocyte diversity by cell type-specific proteomic labeling in vivo. Glia. 2023;71(3):682–703. doi: 10.1002/glia.24304
  17. Makarava N., Mychko O., Molesworth K. et al. Region-specific homeosta- tic identity of astrocytes is essential for defining their response to pathological insults. Cells. 2023;12(17):2172. doi: 10.3390/cells12172172
  18. Batiuk M.Y., Martirosyan A., Wahis J. et al. Identification of region-specific astrocyte subtypes at single cell resolution. Nat. Commun. 2020;11(1):1220. doi: 10.1038/s41467-019-14198-8
  19. Su Y., Zhou Y., Bennett M.L. et al. A single-cell transcriptome atlas of glial diversity in the human hippocampus across the postnatal lifespan. Cell Stem. Cell. 2022;29(11):1594.e8–1610.e8. Erratum in: Cell Stem. Cell. 2023;30(1):113. doi: 10.1016/j.stem.2022.09.010
  20. Cibelli A., Stout R., Timmermann A. et al. Cx43 carboxyl terminal domain determines AQP4 and Cx30 endfoot organization and blood brain barrier permeability. Sci. Rep. 2021;11(1):24334. doi: 10.1038/s41598-021-03694-x
  21. Зиматкин С.М., Климуть Т.В., Заерко А.В. Структурная организация формации гиппокампа крысы. Сибирский научный медицинский журнал. 2023;43(3):4–14. doi: 10.18699/SSMJ20230301
  22. Воронков Д.Н., Ставровская А.В., Потапов И.А. и др. Глиальная реакция на нейровоспалительной модели болезни Паркинсона. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2022;174(11):658–664. doi: 10.47056/0365-9615-2022-174-11-658-664
  23. Aguilar-Arredondo A., López-Hernández F., García-Velázquez L. et al. Behavior-associated neuronal activation after kainic acid-induced hippocampal neurotoxicity is modulated in time. Anat. Rec. (Hoboken). 2017;300(2):425–432. doi: 10.1002/ar.23513
  24. Bond A.M., Berg D.A., Lee S. et al. Differential timing and coordination of neurogenesis and astrogenesis in developing mouse hippocampal subregions. Brain Sci. 2020;10(12):909. doi: 10.3390/brainsci10120909
  25. Khakh B.S., Deneen B. The emerging nature of astrocyte diversity. Annu. Rev. Neurosci. 2019;42:187–207. doi: 10.1146/annurev-neuro-070918-050443
  26. Dieni S., Matsumoto T., Dekkers M. et al. BDNF and its pro-peptide are stored in presynaptic dense core vesicles in brain neurons. J. Cell Biol. 2012;196(6):775–788. doi: 10.1083/jcb.201201038
  27. Fernández-García S., Sancho-Balsells A., Longueville S. et al. Astrocytic BDNF and TrkB regulate severity and neuronal activity in mouse models of temporal lobe epilepsy. Cell Death Dis. 2020;11(6):411. doi: 10.1038/s41419-020-2615-9
  28. Albini M., Krawczun-Rygmaczewska A., Cesca F. Astrocytes and brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Neurosci. Res. 2023;197:42–51. doi: 10.1016/j.neures.2023.02.001
  29. Hubbard J.A., Szu J.I., Yonan J.M., Binder D.K. Regulation of astrocyte glutamate transporter-1 (GLT1) and aquaporin-4 (AQP4) expression in a model of epilepsy. Exp. Neurol. 2016;283(Pt A):85–96. doi: 10.1016/j.expneurol.2016.05.003
  30. Lee T.S., Eid T., Mane S. et al. Aquaporin-4 is increased in the sclerotic hippocampus in human temporal lobe epilepsy. Acta Neuropathol. 2004;108(6):493–502. doi: 10.1007/s00401-004-0910-7
  31. Alvestad S., Hammer J., Hoddevik E.H. et al. Mislocalization of AQP4 precedes chronic seizures in the kainate model of temporal lobe epilepsy. Epilepsy Res. 2013;105(1–2):30–41. doi: 10.1016/j.eplepsyres.2013.01.006
  32. Szu J.I., Chaturvedi S., Patel D.D., Binder D.K. Aquaporin-4 dysregulation in a controlled cortical impact injury model of posttraumatic epilepsy. Neuroscience. 2020;428:140–153. doi: 10.1016/j.neuroscience.2019.12.006
  33. Wu N., Lu X.Q., Yan H.T. et al. Aquaporin 4 deficiency modulates morphine pharmacological actions. Neurosci. Lett. 2008;448(2):221–225. doi: 10.1016/j.neulet.2008.10.065
  34. Lan Y.L., Zou S., Chen J.J. et al. The neuroprotective effect of the association of aquaporin-4/glutamate transporter-1 against Alzheimer's disease. Neural. Plast. 2016;2016:4626593. doi: 10.1155/2016/4626593
  35. Gebreyesus H.H., Gebremichael T.G. The potential role of astrocytes in Parkinson's disease (PD). Med. Sci. (Basel). 2020;8(1):7. doi: 10.3390/medsci8010007
  36. Parkin G.M., Udawela M., Gibbons A., Dean B. Glutamate transporters, EAAT1 and EAAT2, are potentially important in the pathophysiology and treatment of schizophrenia and affective disorders. World J. Psychiatry. 2018;8(2):51–63. doi: 10.5498/wjp.v8.i2.51
  37. Todd A.C., Hardingham G.E. The regulation of astrocytic glutamate transporters in health and neurodegenerative diseases. Int. J. Mol. Sci. 2020;21(24):9607. doi: 10.3390/ijms21249607
  38. Bjørnsen L.P., Eid T., Holmseth S. et al. Changes in glial glutamate transporters in human epileptogenic hippocampus: inadequate explanation for high extracellular glutamate during seizures. Neurobiol. Dis. 2007;25(2):319–330. doi: 10.1016/j.nbd.2006.09.014
  39. Sarac S., Afzal S., Broholm H. et al. Excitatory amino acid transporters EAAT-1 and EAAT-2 in temporal lobe and hippocampus in intractable temporal lobe epilepsy. APMIS. 2009;117(4):291–301. doi: 10.1111/j.1600-0463.2009.02443.x
  40. Eid T., Lee T.W., Patrylo P., Zaveri H.P. Astrocytes and glutamine synthetase in epileptogenesis. J. Neurosci. Res. 2019;97(11):1345–1362. doi: 10.1002/jnr.24267
  41. Papageorgiou I.E., Gabriel S., Fetani A.F. et al. Redistribution of astrocytic glutamine synthetase in the hippocampus of chronic epileptic rats. Glia. 2011;59(11):1706–1718. doi: 10.1002/glia.21217
  42. Hayatdavoudi P., Hosseini M., Hajali V. et al. The role of astrocytes in epileptic disorders. Physiol. Rep. 2022;10(6):e15239. doi: 10.14814/phy2.15239
  43. Bedner P., Steinhäuser C. Role of impaired astrocyte gap junction coupling in epileptogenesis. Cells. 2023;12(12):1669. doi: 10.3390/cells12121669
  44. Philippot C., Griemsmann S., Jabs R. et al. Astrocytes and oligodendrocytes in the thalamus jointly maintain synaptic activity by supplying meta- bolites. Cell Rep. 2021;34(3):108642. doi: 10.1016/j.celrep.2020.108642
  45. Henneberger C. Does rapid and physiological astrocyte-neuron signalling amplify epileptic activity? J. Physiol. 2017;595(6):1917–1927. doi: 10.1113/JP271958
  46. Deshpande T., Li T., Herde M.K. et al. Subcellular reorganization and altered phosphorylation of the astrocytic gap junction protein connexin43 in human and experimental temporal lobe epilepsy. Glia. 2017;65(11):1809–1820. doi: 10.1002/glia.23196

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Интрагиппокампальное введение КК вызывает повреждение нейронов поля CA3 и активацию глии в DG. А — выявление нейронального маркера NeuN (окрашено красным), поле CA3, × 10; В — активация астроцитов, GFAP (окрашено зелёным), DG, × 20; С — гипертрофия микроглии, IBA1 (окрашено зелёным), поле CA3, × 40; D — экспрессия виментина (окрашено зелёным), реактивными астроцитами полиморфного слоя гиппокампа, × 20. CA3 pyr — пирамидный слой поля CA3; DG pol — полиморфный слой, DG gr — гранулярный слой, * область повреждения. Ядра окрашены DAPI (синим).

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменения экспрессии и локализации функциональных белков астроцитов в слоях поля CA3 гиппокампа под действием КК. А — выявление локализации GS (окрашено зелёным) и SF (окрашено красным) в слоях гиппокампа, × 10; В — выявление EAAT1, × 10; С — выявление Cx43 (окрашено зелёным), ядра докрашены DAPI (окрашено синим), × 20; D — выявление AQP4, × 10. so — stratum oriens; pyr — stratum pyramidalis; sl — stratum lucidum; sr — stratum radiatum; slm — stratum lacunosum molecularis.

Скачать (2MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменения интенсивности иммунофлюоресцентного окрашивания на функциональные белки астроцитов в поле CA3 гиппокампа (CA3 total), stratum lucidum (CA3 sl) и полиморфном слое DG (DG pl) под действием КК. А — транспортёр глутамата EAAT1 (GLAST); В — транспортёр глутамата EAAT2 (GLT-1); С — Cx43; D — GS; E — AQP4; F — GFAP. sham — ложнооперированные животные; ipsi — на стороне повреждения; contra — контралатерально повреждению; *p < 0,05 по сравнению с ложнооперированными животными; #p < 0,05 по сравнению со стороной повреждения (ANOVA, апостериорный тест Тьюки).

Скачать (204KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменения внутриклеточной локализации EAAT2 и GS в астроцитах под действием КК. А — интенсивное окрашивание на транспортёр глутамата EAAT2 (окрашено зелёным) в телах реактивных астроцитов полиморфного слоя, × 40; В — выявление GS (окрашено зелёным) и SF (окрашено красным) в отростках и телах реактивных астроцитов (стрелки) в stratum lucidum и клетках без выявляемых отростков (отрезки с точкой на конце), × 40. DG gr — гранулярный слой; DG pol — полиморфный слой; sl — stratum lucidum; sr — stratum radiatum.

Скачать (1019KB)
Метаданные

© Воронков Д.Н., Егорова А.В., Федорова Е.Н., Ставровская А.В., Потапов И.А., Павлова А.К., Сухоруков В.С., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии 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».