Центральные ответы на периферическое воспаление могут включать снижение экспрессии ключевой протеазы апоптоза каспазы-3 в стволе мозга

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Активация микроглии провоспалительными стимулами, включающими липополисахарид (ЛПС), рассматривается среди факторов риска нейродегенерации, однако ЛПС может оказывать также нейропротективный эффект, что обусловливает дальнейший анализ взаимосвязи микроглиальной активации и регуляторов клеточной гибели. В настоящей работе было проведено сравнительное исследование экспрессий белков маркера активированной микроглии Iba-1 и исполнительной протеазы апоптоза каспазы-3 в стволе мозга и префронтальной коре крыс в зависимости от дозы и режима внутрибрюшинного введения эндотоксина. Через сутки после ЛПС в дозе 0.5 мг/кг, однократно, экспрессии Iba-1 и каспазы-3 в обеих структурах не отличались от контрольных значений. Введение эндотоксина в этой же дозе четырехкратно в течение 7-ми дней (1 раз в 2 дня) привело через сутки после последнего введения к значительному увеличению уровня Iba-1 в стволе мозга, которому сопутствовало достоверное уменьшение экспрессии каспазы-3. Такие же эффекты в этой структуре наблюдались и через 7 дней после однократного введения ЛПС в более высокой дозе — 5 мг/кг. В 7-дневном эксперименте во фронтальной коре, в отличие от ствола мозга, не было обнаружено изменений в экспрессии каспазы-3, а увеличение экспрессии Iba-1 наблюдалось только после однократного введения ЛПС в высокой дозе. Выявленное снижение уровня каспазы-3 в стволе мозга в условиях нейровоспаления может отражать развитие адаптивных нейропротективных процессов, особенно важных для структуры, отвечающей за такие ключевые функции организма, как дыхание, артериальное давление и сердцебиение.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Баннова

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: anitik@bionet.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Г. Т. Шишкина

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН

Email: anitik@bionet.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Н. Н. Дыгало

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН

Email: anitik@bionet.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. McGeer PL, Itagaki S, Boyes BE, McGeer EG (1988) Reactive microglia are positive for HLA-DR in the substantia nigra of Parkinson's and Alzheimer's disease brains. Neurology 38:1285–1291. https://doi.org/10.1212/wnl.38.8.1285
  2. Nguyen MD, Julien JP, Rivest S (2002) Innate immunity: the missing link in neuroprotection and neurodegeneration? Nat Rev Neurosci 3:216–227. https://doi.org/10.1038/nrn752
  3. Leng F, Edison P (2021) Neuroinflammation and microglial activation in Alzheimer disease: where do we go from here? Nat Rev Neurol 17:157–172. https://doi.org/10.1038/s41582-020-00435-y
  4. Shishkina GT, Kalinina TS, Gulyaeva NV, Lanshakov DA, Dygalo NN (2021) Changes in Gene Expression and Neuroinflammationin the Hippocampus after Focal Brain Ischemia: Involvement in the Long-Term Cognitive and Mental Disorders. Biochemistry (Mosc) 86:657–666. https://doi.org/10.1134/S0006297921060043
  5. Guo S, Wang H, Yin Y (2022) Microglia Polarization From M1 to M2 in Neurodegenerative Diseases. Front Aging Neurosci 14:815347. https://doi.org/10.3389/fnagi.2022.815347
  6. Xu Y, Gao W, Sun Y, Wu M (2023) New insight on microglia activation in neurodegenerative diseases and therapeutics. Front Neurosci 17:1308345. https://doi.org/10.3389/fnins.2023.1308345
  7. Liu B, Wang K, Gao HM, Mandavilli B, Wang JY, Hong JS (2001) Molecular consequences of activated microglia in the brain: overactivation induces apoptosis. J Neurochem 77:182–189. https://doi.org/10.1046/j.1471-4159.2001.t01-1-00216.x
  8. Batista CRA, Gomes GF, Candelario-Jalil E, Fiebich BL, de Oliveira ACP (2019) Lipopolysaccharide-Induced Neuroinflammation as a Bridge to Understand Neurodegeneration. Int J Mol Sci 20:2293. https://doi.org/10.3390/ijms20092293
  9. Kalyan M, Tousif AH, Sonali S, Vichitra C, Sunanda T, Praveenraj SS, Ray B, Gorantla VR, Rungratanawanich W, Mahalakshmi AM, Qoronfleh MW, Monaghan TM, Song BJ, Essa MM, Chidambaram SB (2022) Role of Endogenous Lipopolysaccharides in Neurological Disorders. Cells 11:4038. https://doi.org/10.3390/cells11244038
  10. Klimiec E, Pera J, Chrzanowska-Wasko J, Golenia A, Slowik A, Dziedzic T (2016) Plasma endotoxin activity rises during ischemic stroke and is associated with worse short-term outcome. J Neuroimmunol 297:76–80. https://doi.org/10.1016/j.jneuroim.2016.05.006
  11. Klimiec E, Pasinska P, Kowalska K, Pera J, Slowik A, Dziedzic T (2018) The association between plasma endotoxin, endotoxin pathway proteins and outcome after ischemic stroke. Atherosclerosis 269:138–143. https://doi.org/10.1016/j.atherosclerosis.2017.12.034
  12. Dantzer R, O'Connor JC, Freund GG, Johnson RW, Kelley KW (2008) From inflammation to sickness and depression: when the immune system subjugates the brain. Nat Rev Neurosci 9:46–56. https://doi.org/10.1038/nrn2297
  13. Shishkina GT, Bannova AV, Komysheva NP, Dygalo NN (2020) Anxiogenic-like effect of chronic lipopolysaccharide is associated with increased expression of matrix metalloproteinase 9 in the rat amygdala. Stress 23:708–714. https://doi.org/10.1080/10253890.2020.1793943
  14. Morris G, Walker AJ, Berk M, Maes M, Puri BK (2018) Cell Death Pathways: a Novel TherapeuticApproach for Neuroscientists. Mol Neurobiol 55:5767–5786. https://doi.org/10.1007/s12035-017-0793-y
  15. Holbrook J, Lara-Reyna S, Jarosz-Griffiths H, McDermott M (2019) Tumour necrosis factor signalling in health and disease. F1000Res 8:(F1000 Faculty Rev):111. https://doi.org/10.12688/f1000research.17023.1
  16. Yeh CH, Hsieh LP, Lin MC, Wei TS, Lin HC, Chang CC, Hsing CH (2018) Dexmedetomidine reduces lipopolysaccharide induced neuroinflammation, sickness behavior, and anhedonia. PLoS One 13: e0191070. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0191070
  17. Chen PL, Xu GH, Li M, Zhang JY, Cheng J, Li CF, Yi LT (2023) Yamogenin Exhibits Antidepressant-like Effects via Inhibition of ER Stress and Microglial Activation in LPS-Induced Mice. ACS Chem Neurosci 14:3173–3182. https://doi.org/10.1021/acschemneuro.3c00306
  18. Khan MS, Ali T, Abid MN, Jo MH, Khan A, Kim MW, Yoon GH, Cheon EW, Rehman SU, Kim MO (2017) Lithium ameliorates lipopolysaccharide-induced neurotoxicity in the cortex and hippocampus of the adult rat brain. Neurochem Int 108:343–354. https://doi.org/10.1016/j.neuint.2017.05.008
  19. Muhammad T, Ikram M, Ullah R, Rehman SU, Kim MO (2019) Hesperetin, a Citrus Flavonoid, Attenuates LPS-Induced Neuroinflammation, Apoptosis and Memory Impairments by Modulating TLR4/NF-κB Signaling. Nutrients 11:648. https://doi.org/10.3390/nu11030648
  20. Eslami M, Alizadeh L, Morteza-Zadeh P, Sayyah M (2020) The effect of Lipopolysaccharide (LPS) pretreatment on hippocampal apoptosis in traumatic rats. Neurol Res 42:91–98. https://doi.org/10.1080/01616412.2019.1709139
  21. He F, Zhang N, Lv Y, Sun W, Chen H (2019) Low-dose lipopolysaccharide inhibits neuronal apoptosis induced by cerebral ischemia/reperfusion injury via the PI3K/Akt/FoxO1 signaling pathway in rats. Mol Med Rep 19:1443–1452. https://doi.org/10.3892/mmr.2019.9827
  22. Yu H, Kan J, Tang M, Zhu Y, Hu B (2023) Lipopolysaccharide preconditioning restricts microglial Overactivation and alleviates inflammation-induced depressive-like behavior in mice. Brain Sci 13:549. https://doi.org/10.3390/brainsci13040549
  23. Kim WG, Mohney RP, Wilson B, Jeohn GH, Liu B, Hong JS (2000) Regional difference in susceptibility to lipopolysaccharide-induced neurotoxicity in the rat brain: role of microglia. J Neurosci 20:6309–6316. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.20-16-06309.2000
  24. Bannova AV, Menshanov PN, Dygalo NN (2019) The Effect of Lithium Chloride on the Levels of Brain-Derived Neurotrophic Factor in the Neonatal Brain. Neurochem J 13:344–348. https://doi.org/10.1134/S1819712419030048
  25. Marogianni C, Sokratous M, Dardiotis E, Hadjigeorgiou GM, Bogdanos D, Xiromerisiou G (2020) Neurodegeneration and Inflammation-An Interesting Interplay in Parkinson's Disease. Int J Mol Sci 21:8421. https://doi.org/10.3390/ijms21228421
  26. Robertson GS, Crocker SJ, Nicholson DW, Schulz JB (2000) Neuroprotection by the inhibition of apoptosis. Brain Pathol 10:283–292. https://doi.org/10.1111/j.1750-3639.2000.tb00262.x
  27. Tang Y, Le W (2016) Differential Roles of M1 and M2 Microglia in Neurodegenerative Diseases. Mol Neurobiol 53:1181–1194. https://doi.org/10.1007/s12035-014-9070-5
  28. Kwon HS, Koh SH (2020) Neuroinflammation in neurodegenerative disorders: the roles of microgliaand astrocytes. Transl Neurodegener 9:42. https://doi.org/10.1186/s40035-020-00221-2
  29. Sangaran PG, Ibrahim ZA, Chik Z, Mohamed Z, Ahmadiani A LPS (2021) Preconditioning Attenuates Apoptosis Mechanism by Inhibiting NF-κB and Caspase-3 Activity: TLR4 Pre-activation in the Signaling Pathway of LPS-Induced Neuroprotection. Mol Neurobiol 58:2407–2422. https://doi.org/10.1007/s12035-020-02227-3
  30. Nicholls JG, Paton JFR (2009) Brainstem: neural networks vital for life. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 364:2447–2451. https://doi.org/10.1098/rstb.2009.0064
  31. Minné D, Marnewick JL, Engel-Hills P (2023) Early Chronic Stress Induced Changes within the Locus Coeruleus in Sporadic Alzheimer's Disease. Curr Alzheimer Res 20:301–317. https://doi.org/10.2174/1567205020666230811092956
  32. Lu D, Evangelou AV, Shankar K, Dewji FI, Lin J, Levison SW (2023) Neuroprotective effect of lipopolysaccharides in a dual-hit rat pup model of preterm hypoxia-ischemia. Neurosci Lett 795:137033. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2022.137033
  33. Hu J, Huang K, Bao F, Zhong S, Fan Q, Li W (2023) Low-dose lipopolysaccharide inhibits spinal cord injury-induced neuronal apoptosis by regulating autophagy through the lncRNA MALAT1/Nrf2 axis. PeerJ 11: e15919. https://doi.org/10.7717/peerj.15919
  34. Wang TH, Xiong LL, Yang SF, You C, Xia QJ, Xu Y, Zhang P, Wang SF, Liu J (2017) LPS pretreatment provides neuroprotective roles in rats with subarachnoid hemorrhage by downregulating MMP9 and Caspase3 associated with TLR4 signaling activation. Mol Neurobiol 54:7746–7760. https://doi.org/10.1007/s12035-016-0259-7
  35. Burguillos MA, Deierborg T, Kavanagh E, Persson A, Hajji N, Garcia-Quintanilla A, Cano J, Brundin P, Englund E, Venero JL, Joseph B (2011) Caspase signalling controls microglia activation and neurotoxicity. Nature 472:319–324. https://doi.org/10.1038/nature09788
  36. Ji MH, Lei L, Gao DP, Tong JH, Wang Y, Yang JJ (2020) Neural network disturbance in the medial prefrontal cortex might contribute to cognitive impairments induced by neuroinflammation. Brain Behav Immun 89:133–144. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2020.06.001
  37. Bowyer JF, Sarkar S, Burks SM, Hess JN, Tolani S, O'Callaghan JP, Hanig JP (2020) Microglial activation and responses to vasculature that result from anacute LPS exposure. Neurotoxicology 77:181–192. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2020.01.014
  38. Badshah H, Ali T, Kim MO (2016) Osmotin attenuates LPS-induced neuroinflammation and memoryimpairments via the TLR4/NFκB signaling pathway. Sci Rep 6:24493. https://doi.org/10.1038/srep24493
  39. Lopes PC (2016) LPS and neuroinflammation: a matter of timing. Inflammopharmacology 24:291–293. https://doi.org/10.1007/s10787-016-0283-2
  40. Savchenko VL, Nikonenko IR, Skibo GG, McKanna JA (1997) Distribution of microglia and astrocytes in different regions of the normal adult rat brain. Neurophysiology 29:343–351.
  41. Savchenko VL, McKanna JA, Nikonenko IR, Skibo GG (2000) Microglia and astrocytes in the adult rat brain: comparative immunocytochemical analysis demonstrates the efficacy of lipocortin 1 immunoreactivity. Neuroscience 96:195–203. https://doi.org/10.1016/s0306-4522(99)00538-2
  42. Tan YL, Yuan Y, Tian L (2020) Microglial regional heterogeneity and its role in the brain. Mol Psychiatry 25:351–367. https://doi.org/10.1038/s41380-019-0609-8

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема эксперимента. Взрослым самцам крыс внутрибрюшинно вводили ЛПС в дозах 0.5 мг/кг (однократно и четырехкратно 1 раз в 2 дня в течение 7 дней, животных выводили из эксперимента через сутки после последнего введения) и 5 мг/кг (однократно, животных выводили из эксперимента через 7 дней после введения препаратов). Контрольные животные получали соответствующие инъекции физиологического раствора.

Скачать (112KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Уровень белков Iba-1 (a) и активной каспазы-3 (b) в стволе мозга взрослых крыс после периферического введения ЛПС в разных дозах и режимах. M ± m, выраженные в условных единицах относительно уровня белка β-актина, n = 5–6 животных на группу. * — p < 0.05 по сравнению группой, получавшей инъекцию физиологического раствора (one-way ANOVA, критерий LSD).

Скачать (221KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Уровень белков Iba-1 (a) и активной каспазы-3 (b) в префронтальной коре взрослых крыс после периферического введения ЛПС в разных дозах и режимах. M ± m, выраженные в условных единицах относительно уровня белка β-актина, n = 5–6 животных на группу. * — p < 0.05 по сравнению группой, получавшей инъекцию физиологического раствора (one-way ANOVA, критерий LSD).

Скачать (204KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024