Повреждение мозга при фотоиндуцированной ишемии в условиях стрептозотоцин-индуцированного диабета у мышей с нокаутом гена белка паннексина 1

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Сахарный диабет, наряду с ишемией, входит в десятку патологий, являющихся причиной смертности населения планеты, по последним данным ВОЗ. Данные клинических исследований выявили высокий риск инсульта и инфаркта у пациентов, страдающих диабетом. Вместе с тем в настоящее время нет четкого представления об участии белка паннексина 1 (Panx1) в ишемии мозга на фоне диабета. В представленном исследовании с использованием линии мышей с нокаутом гена Panx1 на моделях стрептозотоцин-вызванного диабета и фотоиндуцированной ишемии было изучено влияние белка Panx1 на выраженность ишемического поражения мозга и системное воспаление у мышей на фоне сочетания ишемии мозга и диабета. Установлено, что в условиях экспериментального диабета нокаут гена Panx1 значимо снижает размер ишемического очага, стабилизирует вызванное ишемией повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера, снижает количество ошибок животных в сенсомоторном тесте и уровень нейтрофилов в крови. Важно отметить, что нокаут Panx1 проявляет протекторное действие только на фоне сахарного диабета, не оказывая значимого воздействия на выраженность ишемического поражения мозга у мышей без стрептозотоцин-вызванного диабета. Нокаут гена Panx1 также не влиял на выраженность гипергликемии у животных в этой модели диабета. Можно предположить, что эффективность лечения инсульта в сочетании с сахарным диабетом может быть повышена включением в комплексную терапию блокаторов паннексиновых каналов как нового направления лечения таких тяжелых заболеваний.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. А. Николаенко

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: gorbi67@mail.ru
Россия, Москва

М. В. Гуляев

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: gorbi67@mail.ru
Россия, Москва

А. А. Волкова

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова; Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н. И. Пирогова Минздрава России

Email: gorbi67@mail.ru
Россия, Москва; Москва

Л. Р. Горбачева

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова; Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н. И. Пирогова Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: gorbi67@mail.ru
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Campbell BCV, De Silva D, Macleod MR, Coutts SB, Schwamm LH, Davis SM, Donnan GA (2019) Ischaemic stroke. Nat Rev Dis Primers 5(1): 70. https://doi.org/10.1038/s41572-019-0118-8
  2. Magliano DJ, Boyko EJ; IDF Diabetes Atlas 10th edition scientific committee (2021) IDF DIABETES ATLAS [Internet]. 10th ed. Brussels: International Diabetes Federation.
  3. Emerging Risk Factors Collaboration, Sarwar N, Gao P, Seshasai SR, Gobin R, Kaptoge S, Di Angelantonio E, Ingelsson E, Lawlor DA, Selvin E, Stampfer M, Stehouwer CD, Lewington S, Pennells L, Thompson A, Sattar N, White IR, Ray KK, Danesh J (2010) Diabetes mellitus, fasting blood glucose concentration, and risk of vascular disease: a collaborative meta-analysis of 102 prospective studies. Lancet 375: 2215–2222. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(10)60484-9
  4. Bloomgarden Z, Chilton R (2021) Diabetes and stroke: An important complication. J Diabetes 13(3): 184–190. https://doi.org/10.1111/1753-0407.13142
  5. Bennett MVL, Garré JM, Orellana JA, Bukauskas FF, Nedergaard M, Sáez JC (2012) Connexin and pannexin hemichannels in inflammatory responses of glia and neurons. Brain Res 1487: 3–15. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2012.08.042
  6. De Freitas PHM, da Silva Ferreira NC, Fioravante-Rezende JG, de Menezes Santos L, Luiz Alves A, Rozental R (2019) Dispelling myths about connexins, pannexins and P2X7 in hypoxic-ischemic central nervous system. Neurosci Lett 695: 76–85. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2017.11.044
  7. Bargiotas P, Antje K, Hormuzdi SG, Ridder DA, Herb A, Barakat W, Penuela S, von Engelhardt J, Monyer H, Schwaninger M (2011) Pannexins in ischemia-induced neurodegeneration. Proc Natl Acad Sci U S A 108(51): 20772–20777. https://doi.org/10.1073/pnas.1018262108
  8. Cisneros-Mejorado A, Gottlieb M, Cavaliere F, Magnus T, Koch-Nolte F, Scemes E, Pérez-Samartín A, Matute С (2015) Blockade of P2X7 receptors or pannexin-1 channels similarly attenuates postischemic damage. J Cereb Blood Flow Metab 35(5): 843–850. https://doi.org/10.1038/jcbfm.2014.262
  9. Xiong X-X, Gu L-J, Shen J, Kang X-H, Zheng Y-Y, Yue S-B, Zhu S-M (2014) Probenecid protects against transient focal cerebral ischemic injury by inhibiting HMGB1 release and attenuating AQP4 expression in mice. Neurochem Res 39(1): 216–224. https://doi.org/10.1007/s11064-013-1212-z
  10. Freitas-Andrade M, Bechberger JF, MacVicar BA, Viau V, Naus CC (2017) Pannexin1 knockout and blockade reduces ischemic stroke injury in female, but not in male mice. Oncotarget 8(23): 36973–36983. https://doi.org/10.18632/oncotarget.16937
  11. Labat-gest V, Tomasi S (2013) Photothrombotic ischemia: a minimally invasive and reproducible photochemical cortical lesion model for mouse stroke studies. J Vis Exp (76): 50370. https://doi.org/10.3791/50370
  12. Meng XF, Wang XL, Tian XJ, Yang ZH, Chu GP, Zhang J, Li M, Shi J, Zhang C (2014) Nod-like receptor protein 1 inflammasome mediates neuron injury under high glucose. Mol Neurobiol 49(2): 673–684. https://doi.org/10.1007/s12035-013-8551-2
  13. Battulin N, Kovalzon VM, Korablev A, Serova I, Kiryukhina OO, Pechkova MG, Bogotskoy KA, Tarasova OS, Panchin Y (2021) Pannexin 1 Transgenic Mice: Human Diseases and Sleep-Wake Function Revision. Int J Mol Sci 22(10): 5269. https://doi.org/10.3390/ijms22105269
  14. Furman BL (2021) Streptozotocin-Induced Diabetic Models in Mice and Rats. Curr Protoc 1(4): e78. https://doi.org/10.1002/cpz1.78
  15. Galkov M, Gulyaev M, Kiseleva E, Andreev-Andrievskiy A, Gorbacheva L (2020) Methods for detection of brain injury after photothrombosis-induced ischemia in mice: Characteristics and new aspects of their application. J Neurosci Methods 329: 108457. https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2019.108457
  16. Franklin KBJ, Paxinos G (2001) Mouse brain in stereotaxic coordinates. London. Acad Press.
  17. Wu J, Cai Y, Wu X, Ying Y, Tai Y, He M (2021) Transcardiac Perfusion of the Mouse for Brain Tissue Dissection and Fixation. Bio Protoc 11(5): e3988. https://doi.org/10.21769/BioProtoc.3988
  18. Kim GW, Lewén A, Copin J, Watson BD, Chan PH (2001) The cytosolic antioxidant, copper/zinc superoxide dismutase, attenuates blood-brain barrier disruption and oxidative cellular injury after photothrombotic cortical ischemia in mice. Neuroscience 105(4): 1007–1018. https://doi.org/10.1016/S0306-4522(01)00237-8
  19. Baskin YK, Dietrich WD, Green EJ (2003) Two effective behavioral tasks for evaluating sensorimotor dysfunction following traumatic brain injury in mice. J Neurosci Methods 129: 87–93. https://doi.org/10.1016/S0165-0270(03)00212-7
  20. Santos E, Cunha de Oliveira D, Hastreiter A, Silva G, Beltran J, Tsujita M, Crisma A, Neves S, Fock R, Borelli P (2016) Hematological and biochemical reference values for C57BL/6, Swiss Webster and BALB/c mice. Braz J Veter Res Animal Sci 53: 138. https://doi.org/10.11606/issn.1678-4456.v53i2p138-145
  21. Knezic A, Broughton BRS, Widdop RE, McCarthy CA (2022) Optimising the photothrombotic model of stroke in the C57BI/6 and FVB/N strains of mouse. Sci Rep 12(1): 7598. https://doi.org/10.1038/s41598-022-11793-6
  22. Adamson SE, Meher AK, Chiu YH, Sandilos JK, Oberholtzer NP, Walker NN, Hargett SR, Seaman SA, Peirce-Cottler SM, Isakson BE, McNamara CA, Keller SR, Harris TE, Bayliss DA, Leitinger N (2015) Pannexin 1 is required for full activation of insulin-stimulated glucose uptake in adipocytes. Mol Metab 4(9): 610–618. https://doi.org/10.1016/j.molmet.2015.06.009
  23. Berchtold LA, Miani M, Diep TA, Madsen AN, Cigliola V, Colli M, Krivokapic JM, Pociot F, Eizirik DL, Meda P, Holst B, Billestrup N, Størling J (2017) Pannexin-2-deficiency sensitizes pancreatic β-cells to cytokine-induced apoptosis in vitro and impairs glucose tolerance in vivo. Mol Cell Endocrinol. https://doi.org/10.1016/j.mce.2017.04.001
  24. Wang H, Wang Z, Gao Y, Wang J, Yuan Y, Zhang C, Zhang X (2024) STZ-induced diabetes exacerbates neurons ferroptosis after ischemic stroke by upregulating LCN2 in neutrophils. Exp Neurol 377: 114797. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2024.114797
  25. Babkina II, Mazeeva VV, Morozova MP, Gorbacheva LR (2024) Effect of probenecid on astrocyte activation in vitro. Bulletin of RSMU 1: 40–48. https://doi.org/10.24075/brsmu.2024.00526
  26. Zorena K, Myśliwska J, Myśliwiec M, Balcerska A, Lipowski P, Raczyńska K (2007) Relationship between serum levels of tumor necrosis factor-alpha and interleukin-6 in diabetes mellitus type 1 children. Centr Eur J Immunol 32 (3): 124–128.
  27. Vinolo MA, Ferguson GJ, Kulkarni S, Damoulakis G, Anderson K, Bohlooly YM (2011) SCFAs induce mouse neutrophil chemotaxis through the GPR43 receptor. PLoS One 6: e21205. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0021205.
  28. Sina C, Gavrilova O, Förster M, Till A, Derer S, Hildebrand F (2009) G protein-coupled receptor 43 is essential for neutrophil recruitment during intestinal inflammation. J Immunol 183: 7514–7522. https://doi.org/10.4049/jimmunol.0900063
  29. Dallak M, Al-Ani B, Abdel Kader DH, Eid RA, Haidara MA (2019) Insulin Suppresses Type 1 Diabetes Mellitus-Induced Ventricular Cardiomyocyte Damage Associated with the Inhibition of Biomarkers of Inflammation and Oxidative Stress in Rats. Pharmacology 104(3–4): 157–165. https://doi.org/10.1159/000500898
  30. Adamson SE, Leitinger N (2014) The role of pannexin1 in the induction and resolution of inflammation. FEBS Lett 588(8): 1416–1422. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2014.03.009
  31. Pettersson US, Christoffersson G, Massena S, Ahl D, Jansson L, Henriksnäs J, Phillipson M (2011) Increased recruitment but impaired function of leukocytes during inflammation in mouse models of type 1 and type 2 diabetes. 6(7): e22480. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0022480

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Динамика изменения уровня глюкозы в крови у мышей исследуемых групп. WT – дикий тип (без диабета), Panx 1 KO – нокаут гена паннексина 1 (без диабета), WTd, KOd – соответствующие группы мышей с экспериментальным диабетом. WT n = 7, WTd n = 9, КО n = 18, КОd n = 15. Данные представлены в виде средних ± стандартное отклонение. Трехфакторный ДА, апостериорный тест Шидака, различия достоверны: ** – p < 0.01, # – p < 0.0001 (по сравнению с той же группой в 1-й день эксперимента).

Скачать (83KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение массы тела у мышей исследуемых групп в последний день эксперимента в сравнении с первым днем. WT – дикий тип (без диабета, n = 6), KO – нокаут гена паннексина 1 (без диабета, n = 17); WTd (n = 9), KOd (n = 15) – соответствующие группы мышей с сахарным диабетом. Данные представлены в виде средних ± стандартное отклонение. Трехфакторный ДА, апостериорный тест Шидака, различия достоверны: * – p < 0.05, *** – p < 0.001.

Скачать (48KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вызванное фотоиндуцированной ишемией повреждение мозга у мышей дикого типа и с нокаутом гена Panx1 на фоне диабета. (a) – объем ишемического очага поражения после фототромбоза у мышей дикого типа и с нокаутом гена Panx1 на фоне диабета (данные нормированы на средние значения в соответствующих контрольных группах, у животных без диабета (control = 1)), (b) – наглядные Т2-взвешенные МРТ-изображения повреждения мозга у исследуемых групп животных. WТ n = 11, WTd n = 7, КО n = 21, КОd n=13. Различия достоверны: ** – p < 0.01.

Скачать (250KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Оценка экстравазации красителя Эванса синего (ЭС) и проницаемости ГЭБ после фотоиндуцированной ишемии у мышей дикого типа (WTd) и с нокаутом гена Panx1 (KOd) на фоне диабета. (a) – сравнение экстравазации ЭС у изучаемых групп животных (WТ n = 5, WTd n = 8, КО n = 16, КОd n = 14), (b) – сравнение проницаемости ГЭБ у изучаемых групп животных (WТ n = 9, WTd n = 4, КО n = 21, КОd n = 9), (c) – наглядные фотографии головного мозга после фототромбоза, введения ЭС через сутки и перфузии на вторые сутки после ишемического повреждения у мышей. Данные нормированы на средние значения в соответствующих контрольных группах, у животных без диабета (control = 1). Различия достоверны: ** – p < 0.01, *** – p < 0.001.

Скачать (152KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Сенсомоторный статус животных исследуемых групп, оцененный с помощью теста «Решетка». Изменение доли (в процентах) моторных ошибок на 100 шагов животного после ФТ по сравнению с показателями до ФТ у мышей дикого типа (WTd, n = 8) и с нокаутом гена Panx1 (KOd, n = 13) на фоне диабета. WT n = 5, KO n = 16. Данные нормированы на средние значения в соответствующих контрольных группах, у животных без диабета (control = 1). Различия достоверны: *** – p < 0.001; # – p < 0.0001.

Скачать (66KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Оценка уровня нейтрофилов у мышей дикого типа (WTd) и с нокаутом гена Panx1 (KOd) на фоне диабета. (a) – сравнение доли нейтрофилов у экспериментальных групп c диабетом до фототромбоза (WТ n = 5, WTd n = 9, КО n = 17, КОd n = 15), (b) – изменение уровня нейтрофилов на последнем дне эксперимента по сравнению с первым днем (24 ч после фототромбоза на фоне диабета, WT n = 6, WTd n = 9, КО n = 16, КОd n = 13). Данные нормированы на средние значения в соответствующих контрольных группах, у животных без диабета (control = 1). Различия достоверны: ** – p < 0.01.

Скачать (85KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

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».