SMI-32 — a novel axonal injury marker for investigation of ischemic brain pathology

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The relevance of this work is determined by the high prevalence and social significance of cerebrovascular diseases and the need to develop effective methods for verifying neuronal damage due to cerebral ischemia in experimental models.

The aim of this study was to assess the possibility of immunohistochemical revealing of neurofilaments to detect axonal injury in cerebral ischemia models.

Materials and methods. A model of transient focal cerebral ischemia by the left middle cerebral artery occlusion was reproduced in male Wistar, SHR and WKY rats. Axonal injury was assessed by immunohistochemical reactions for neurofilament proteins using SMI-32 and 2F11 antibodies.

Results. In cerebral ischemia, damage to nerve fibers occurs, manifested by thickening of axons, their varicose expansion and segmental accumulation of neurofilament proteins. These changes are more noticeable with an immunohistochemical reaction to the SMI-32 marker of neurofilament heavy chain.

Conclusions. The use of antibodies to the non-phosphorylated neurofilament heavy chain makes it easy to identify degenerating nerve fibers and can be recommended as an alternative method for detecting axonal injury.

About the authors

Daria L. Tsyba

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: dariasnow97@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3016-4260
SPIN-code: 1656-7652

Research Assistant, Laboratory of Functional Morphology of the Central and Peripheral Nervous System, Department of General and Special Morphology

Russian Federation, Saint Petersburg

Olga V. Kirik

Institute of Experimental Medicine

Email: olga_kirik@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6113-3948
SPIN-code: 5725-8742
Scopus Author ID: 27171304100

PhD, Senior Researcher, Laboratory of Functional Morphology of the Central and Peripheral Nervous System, Department of General and Special Morphology

Russian Federation, Saint Petersburg

Dmitrii E. Korzhevskii

Institute of Experimental Medicine

Email: DEK2@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2456-8165
SPIN-code: 3252-3029
Scopus Author ID: 12770589000

MD, PhD, Professor of the RAS, Head of the Laboratory of Functional Morphology of the Central and Peripheral Nervous System, Department of General and Special Morphology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Скворцова В.И., Шетова И.М., Какорина Е.П. и др. Организация помощи пациентам с инсультом в России. Итоги 10 лет реализации комплекса мероприятий по совершенствованию медицинской помощи пациентам с острыми нарушениями мозгового кровообращения // Анналы клинической и экспериментальной неврологии. – 2018. – Т. 12. – № 3. – С. 5–12. [Skvortsova VI, Shetova IM, Kakorina EP, et al. Healthcare system for patients with stroke in Russia. Results of 10 years implementation of the measures aimed at improvement of medical care for patients with acute cerebrovascular events. Annals of Clinical and Experimental Neurology. 2018;12(3):5–12. (In Russ.)]
  2. Гусельникова В.В., Коржевский Д.Э. NeuN – нейрональный ядерный антиген и маркер дифференцировки нервных клеток // Acta Naturae. – 2015. – Т. 7. – № 2 (25). – С. 46–51. [Guselnikova VV, Korzhevskiy DE. NeuN as a neuronal nuclear antigen and neuron differentiation marker. Acta Naturae. 2015;7(2);42–47]. https://doi.org/10.32607/20758251-2015-7-2-42-47.
  3. Жаботинский Ю.М. Нормальная и патологическая морфология нейрона. – М.: Медицина, 1965. [Zhabotinskiy YuM. Normal’naya i patologicheskaya morfologiya neyrona. Moscow: Meditsina; 1965. (In Russ.)]
  4. Avci B, Kahveci N, Kahveci Z, Sirmali SA. Using microwave irradiation in Marchi's method for demonstrating degenerated myelin. Biotech Histochem. 2006;81(2–3):63–69. https://doi.org/10.1080/10520290600783044.
  5. Коржевский Д.Э., Петрова Е.С., Кирик О.В. и др. Нейральные маркеры, используемые при изучении дифференцировки стволовых клеток // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. – 2010. – Т. 5. – № 3. – С. 57–63. [Korzhevskii DE, Petrova ES, Kirik OV, et al. Neural markers in investigation of stem cells differentiation. Cellular Transplantation and Tissue Engineering. 2010;5(3):57–63. (In Russ.)]
  6. Михалкин А.А., Меркульева Н.С. Динамика накопления тяжелых нейрофиламентов как маркер развития зрительного таламуса кошки // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. – 2020. – Т. 56. – № 7. – С. 646. [Mikhalkin AA, Merkulyeva NS. Dinamika nakopleniya tyazhelykh neyrofilamentov kak marker razvitiya zritel’nogo talamusa koshki. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. 2020;56(7):646. (In Russ.)]. https://doi.org/10.31857/S0044452920070979.
  7. Коржевский Д.Э., Кирик О.В., Байса А.Е., Власов Т.Д. Моделирование одностороннего ишемического повреждения нейронов стриатума с помощью непродолжительной окклюзии средней мозговой артерии // Бюллетень экспериментальной биологии. – 2009. – Т. 147. – № 2. – С. 217–219. [Korzhevskii DE, Kirik OV, Baisa AE, Vlasov TD. Simulation of unilateral ischemic injury to the striatal neurons inflicted by short-term occlusion of the middle cerebral artery. Bull Exp Biol Med. 2009;147(2):255–256]. https://doi.org/10.1007/s10517-009-0487-1.
  8. Колпакова М.Э., Бельдиман Л.Н., Яковлева А.А. и др. Применение иммуногистохимической реакции на нестин для определения размеров повреждения мозга при транзиторной окклюзии средней мозговой артерии // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. – 2019. – Т. 63. – № 3. – С. 148–154. [Kolpakova ME, Beldiman LN, Yakovleva AA, et al. The use of a immunohistochemical reaction for nestin in determining the size of brain injury after transient occlusion of the middle cerebral artery. Pathological physiology and experimental therapy. 2019;63(3):148–154. (In Russ.)]. https://doi.org/10.25557/0031-2991.2019.03.148-154.
  9. Патент РФ на изобретение № RU 2719163 C1/17.04.2020. Коржевский Д.Э., Кирик О.В., Алексеева О.С. Способ демаскирования антигенов при проведении иммуноцитохимических реакций. [Patent RUS No. RU 2719163 C1/17.04.2020. Korzhevskii DE, Kirik OV, Alexeeva OS. Method of antigen retrieval during immunocytochemical reactions.]
  10. Григорьев И.П., Алексеева О.С., Кирик О.В. и др. Распределение низкомолекулярных белков нейрофиламентов в поясной коре головного мозга крысы // Морфология. – 2018. – Т. 154. – № 5. – С. 7–12. [Grigoriyev IP, Alekseyeva OS, Kirik OV, et al. Distribution of neurofilament light chain proteins in rat brain cingulate cortex. Morphology. 2018;154(5):7–12. (In Russ.)]
  11. Kluver H, Barrera E. A method for the combined staining of cells and fibers in the nervous system. J Neuropathol Exp Neurol. 1953;12(4):400–403. https://doi.org/10.1097/00005072-195312040-00008.
  12. Коржевская В.Ф., Сухорукова Е.Г., Кирик О.В., Коржевский Д.Э. Особенности судебно-гистологического исследования головного мозга при смерти от тупой травмы головы. – СПб., 2011. [Korzhevskaya VF, Sukhorukova YeG, Kirik OV, Korzhevskii DE. Osobennosti sudebno-gistologicheskogo issledovaniya golovnogo mozga pri smerti ot tupoy travmy golovy. Saint Petersburg; 2011.]
  13. Жданов Г.Н., Герасимова М.М. Иммунологические критерии в прогнозировании течения и исхода ишемического инсульта // Неврологический журнал. – 2005. – Т. 10. – № 1. – С. 19–21. [Zhdanov GN, Gerasimova ММ. Immunological criteria in pre-dieting the course and outcome of ischemic stroke. Neurological Journal. 2005;10(1):19–21. (In Russ.)]
  14. Gregersen R, Christensen T, Lehrmann E, et al. Focal cerebral ischemia induces increased myelin basic protein and growth-associated protein-43 gene transcription in peri-infarct areas in the rat brain. Exp Brain Res. 2001;138(3):384–392. https://doi.org/10.1007/s002210100715.
  15. Zhan X, Cox C, Ander BP, et al. Inflammation combined with ischemia produces myelin injury and plaque-like aggregates of myelin, amyloid-β and AβPP in adult rat brain. J Alzheimers Dis. 2015;46(2):507–523. https://doi.org/10.3233/JAD-143072.
  16. Yam PS, Takasago T, Dewar D, et al. Amyloid precursor protein accumulates in white matter at the margin of a focal ischaemic lesion. Brain Res. 1997;760(1–2):150–157. https://doi.org/10.1016/s0006-8993(97)00290-4.
  17. Morel A, Loup F, Magnin M, Jeanmonod D. Neurochemical organization of the human basal ganglia: anatomofunctional territories defined by the distributions of calcium-binding proteins and SMI-32. J Comp Neurol. 2002;443(1):86–103. https://doi.org/10.1002/cne.10096.
  18. Balaram P, Young NA, Kaas JH. Histological features of layers and sublayers in cortical visual areas V1 and V2 of chimpanzees, macaque monkeys, and humans. Eye Brain. 2014;6(1):5–18. https://doi.org/10.2147/EB.S51814.
  19. Voelker CC, Garin N, Taylor JS, et al. Selective neurofilament (SMI-32, FNP-7 and N200) expression in subpopulations of layer V pyramidal neurons in vivo and in vitro. Cereb Cortex. 2004;14(11):1276-1286. https://doi.org/10.1093/cercor/bhh089.
  20. Михалкин А.А., Меркульева Н.С. Методика анализа популяций γ-нейронов в латеральном коленчатом теле у кошки // Морфология. – 2016. – Т. 150. – № 4. – С. 84–89. [Mikhalkin AA, Merkulyeva NS. The method of analysis of g-neuron populations in the lateral geniculate body of the cat. Morphology. 2016;150(4):84–89. (In Russ.)]
  21. Ouda L, Druga R, Syka J. Distribution of SMI-32-immunoreactive neurons in the central auditory system of the rat. Brain Struct Funct. 2012;217(1):19–36. https://doi.org/10.1007/s00429-011-0329-6.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Axial cylinders of nerve fibers in the rat brain: a — control SHR rat (striatum); b, c — SHR rats 48 h after 30 min of middle cerebral artery occlusion (b — thalamus, с — striatum). Arrow shows the varicose expansion of the axon segment. Immunocytochemical reaction for the unphosphorylated neurofilament heavy chain using SMI-32 antibodies and visualization with diaminobenzidine chromogen without counterstaining. Scales are 20 (a, b) and 10 μm (c)

Download (557KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2021 Tsyba D.L., Kirik O.V., Korzhevskii D.E.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 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».