Двигательная разгрузка задних конечностей вызывает апоптоз и аутофагию, но не нейродегенерацию в гиппокампе крыс

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Хорошо известно, что физическая активность благотворно влияет на функции всего организма, в то время как малоподвижный образ жизни способствует развитию метаболических и других заболеваний и может привести к снижению когнитивных способностей и повышению риска развития деменции. Когнитивные способности в основном контролируются гиппокампом, а нейродегенерация гиппокампа напрямую коррелирует с прогрессированием деменции. Двигательная разгрузка задних конечностей, или антиортостатическое вывешивание, является широко используемым методом имитации воздействия микрогравитации у грызунов и может быть использована в качестве модели ограничения подвижности, поскольку одним из основных факторов вывешивания является истощение мышц. Кроме того, у грызунов наблюдается ухудшение обучения и памяти после длительного пребывания в условиях вывешивания. В данной работе мы исследовали, влияет ли вывешивание на выживание или гибель клеток гиппокампа. Наши данные показали, что после 3-дневного вывешивания в гиппокампе активируются как аутофагия, так и апоптоз, о чем свидетельствуют увеличение количества клеток, ко-экспрессирующих катепсин D и LC3b, и активация каспаз 3 и 9 соответственно. Наши данные свидетельствуют о том, что вывешивание не оказывает воздействия, приводящего к нейродегенерации, в течение 14 дней. Более того, наши результаты также показали, что активация аутофагии при кратковременном воздействии вывешивания имеет защитный эффект, поскольку мы не наблюдали потери или повреждения клеток.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. А. Олейник

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН; Венский технический университет

Email: mglazova@iephb.ru
Россия, Санкт-Петербург; Вена, Австрия

А. С. Березовская

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: mglazova@iephb.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. А. Куликов

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: mglazova@iephb.ru
Россия, Санкт-Петербург

С. А. Тыганов

Институт медико-биологических проблем РАН

Email: mglazova@iephb.ru
Россия, Москва

А. А. Наумова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: mglazova@iephb.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. В. Черниговская

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: mglazova@iephb.ru
Россия, Санкт-Петербург

Б. С. Шенкман

Институт медико-биологических проблем РАН

Email: mglazova@iephb.ru
Россия, Москва

М. В. Глазова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: mglazova@iephb.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Herold F., Törpel A., Schega L., Müller N.G. // Eur. Rev. Aging Phys. Act. 2019. V. 16. P. 1–33.
  2. Kempermann G. // Eur. J. Neurosci. 2011. V. 33. P. 1018–1024.
  3. Liu P.Z., Nusslock R. // Front. Neurosci. 2018. V. 12. P. 1–6.
  4. Lee J.H., Jun H.S. // Front. Physiol. 2019. V. 10. P. 1–9.
  5. Sakuma K., Yamaguchi A. // J. Biomed. Biotechnol. 2011. V. 2011. P. 1–12.
  6. Delezie J., Handschin C. // Front. Neurol. 2018. Endocrine crosstalk between Skeletal muscle and the brain. V. 9. V. 1–14.
  7. Pan W., Banks W.A., Fasold M.B., Bluth J., Kastin A.J. // Neuropharmacology. 1998. V. 37. P. 1553–1561.
  8. Klein A.B., Williamson R., Santini M.A., Clemmensen C., Ettrup A., Rios M., Knudsen G.M., Aznar S. // Int. J. Neuropsychopharmacol. 2011. V. 14. P. 347–353.
  9. Lurati A.R. // Work Heal. Saf. 2018. V. 66. P. 285–290.
  10. Aichberger M.C., Busch M.A., Reischies F.M., Ströhle A., Heinz A., Rapp M.A. // GeroPsych: J. Gerontopsychology Geriatr. Psychiatry. V. 23. P. 7–15.
  11. Yan S., Fu W., Wang C., Mao J., Liu B., Zou L., Lv C. // Transl. Psychiatry. 2020. V. 10. P. 1–8.
  12. Mathews S.B., Arnold S.E., Epperson C.N. // Am. J. Geriatr. Psychiatry. 2014. V. 22. P. 465–480.
  13. Marusic U., Kavcic V., Pisot R., Goswami N. // Front. Physiol. 2019. V. 9. P. 1–6.
  14. De la Torre G. // Life. 2014. V. 4. P. 281–294.
  15. Casler J.G., Cook J.R. // Int. J. Cogn. Ergon. 1999. V. 3. P. 351–372.
  16. Wang T., Chen H., Lv K., Ji G., Zhang Y., Wang Y., Li Y., Qu L. // J. Proteomics. 2017. V. 160. P. 64–73.
  17. Morey-Holton E.R., Globus R.K. // J. Appl. Physiol. 2002. V. 92. P. 1367–1377.
  18. Qaisar R., Karim A., Elmoselhi A.B. // Acta Physiol. 2020. V. 228. P. 1–22.
  19. Naumova A.A., Oleynik E.A., Grigorieva Y.S., Nikolaeva S.D., Chernigovskaya E.V., Glazova M.V. // Neurol. Res. 2023. V. 45. P. 957–968.
  20. Lisman J., Buzsáki G., Eichenbaum H., Nadel L., Ranganath C., Redish A.D. // Nat. Neurosci. 2017. V. 20. P. 1434–1447.
  21. Moodley K.K., Chan D. // The Hippocampus in Neurodegenerative Disease. In: The Hippocampus in Clinical Neuroscience / Ed. Szabo K., Hennerici M.G. Front. Neurol.Neurosci, 2014. P. 95–108.
  22. Zhang Y., Wang Q., Chen H., Liu X., Lv K., Wang T., Wang Y., Ji G., Cao H., Kan G., Li Y., Qu L. // Biomed. Res. Int. 2018. V. 2018. P. 1–11.
  23. Yasuhara T., Hara K., Maki M., Matsukawa N., Fujino H., Date I., Borlongan C.V. // Neuroscience. 2007. V. 149. P. 182–191.
  24. Nomura S., Kami K., Kawano F., Oke Y., Nakai N., Ohira T., Fujita R., Terada M., Imaizumi K., Ohira Y. // 2012. Neurosci. Lett. V. 509. P. 76–81.
  25. Berezovskaya A.S., Tyganov S.A., Nikolaeva S.D., Naumova A.A., Shenkman B.S., Glazova M.V. // Life. 2021. V. 11. P. 1–8.
  26. Berezovskaya A.S., Tyganov S.A., Nikolaeva S.D., Naumova A.A., Merkulyeva N.S., Shenkman B.S., Glazova M.V. // Cell. Mol. Neurobiol. 2021. V. 41. P.1549–1561.
  27. Thorburn A. // Apoptosis. 2008. V. 13. P. 1–9.
  28. Nixon R.A. // Trends Neurosci. 2006. V. 29. P. 528–535.
  29. Fricker M., Tolkovsky A.M., Borutaite V., Coleman M., Brown G.C. // Physiol. Rev. 2018. V. 98. P. 813–880.
  30. Wilson R.S., Leurgans S.E., Boyle P.A., Schneider J.A., Bennett D.A. // Neurology. 2010. V. 75. P. 1070–1078.
  31. Shin W.H., Park J.H., Chung K.C. // BMB Rep. 2020. Neuronal Cell Death. 53. P.56–63.
  32. Tanida I., Ueno T., Kominami E. // Int. J. Biochem. Cell. Biol. 2004. V. 36. P. 2503–2518.
  33. Sevlever D., Jiang P., Yen S.H.C. // Biochemistry. 2008. V. 47. P. 9678–9687.
  34. Vega-Rubín-de-Celis S. // Biology (Basel). 2020. V. 9. P. 1–13
  35. Kang R., Zeh H.J., Lotze M.T., Tang D. // 2011. Cell. Death Differ. V. 18. 571–580.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Число клеток в зубчатой извилине и CA3c не изменилось в процессе вывешивания. Количество клеток подсчитывали в гранулярном слое зубчатой извилины (DG) (а) и в CA3c (б) после 1 (1HU), 3 (3HU), 7 (7HU) и 14 (14HU) дней вывешивания на 10000 mm2. Данные представлены как медиана ± интерквартильный интервал. в, г - репрезентативные изображения гиппокампов контрольных крыс (в) и крыс после 7-дневного вывешивания (7HU), окрашенных метиленовым синим (г). DG - гранулярный слой зубчатой извилины; CA3c - клетки поля CA3c

Скачать (543KB)
3. Рис. 2. Трёхдневное вывешивание привело к изменениям белков, связанных с апоптозом. Вестерн-блоттинг выявил значительное увеличение уровня расщеплённых каспаз 3 (cl-casp3) (а) и 9 (cl-casp9) (б) в гиппокампе после 3-дневного вывешивания. Напротив, уровень Bcl-2 после 3-дневного вывешивания был снижен (в). Данные представлены в условных единицах как медиана ± интерквартильный интервал. * – p < 0.05. г – репрезентативные иммуноблоты расщепленных каспаз 3 (cl-casp3) и 9 (cl-casp9), Bcl-2 и актина (actin). Для анализа активных каспаз 3 и 9 использовали бэнды 17 и 35 кДа соответственно

Скачать (228KB)
4. Рис. 3. Аутофагия активировалась в хилусе и CA3c после кратковременного вывешивания. а, б – Вестерн-блот анализ показал снижение экспрессии беклина-1 (beclin-1, a) и p62 (б) в гиппокампе. в – репрезентативные иммуноблоты беклина-1 (beclin-1), p62 и актина (actin). г-е – оценка количества катепсин D- (cathepsin D, зеленый) и LC3b- (красный) позитивных клеток в хилусе (г), CA3c (д) и гранулярном слое DG (DG). Данные представлены в виде среднего количества клеток на 10000 µm в виде медианы ± интерквартильный интервал. * – p < 0.05. ж, з – репрезентативные изображения гиппокампа контрольных (ж) крыс и (з) крыс после 3-дневного вывешивания (3HU). Стрелки указывают на катепсин D+LC3b позитивные клетки

Скачать (828KB)

© Российская академия наук, 2024