Особенности экспрессии Arc/Arg3.1 в ткани головного мозга при обучении животных с экспериментальной болезнью Альцгеймера
- Авторы: Рязанова М.В.1, Аверчук А.С.1, Ставровская А.В.1, Розанова Н.А.1, Новикова С.В.1, Салмина А.Б.1
-
Учреждения:
- ФГБНУ «Научный центр неврологии»
- Выпуск: Том 17, № 3 (2023)
- Страницы: 49-56
- Раздел: Оригинальные статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2075-5473/article/view/253958
- DOI: https://doi.org/10.54101/ACEN.2023.3.6
- ID: 253958
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Arc/Arg3.1 является общепризнанным маркером активации нейронов при обучении и запоминании. Некоторые экспериментальные данные свидетельствуют об экспрессии Arc/Arg3.1 в постмитотических нейронах нейрогенных ниш, однако остаётся неясной роль такой экспрессии в регуляции нейрогенеза, стимулированного процессом обучения или воспоминания, в норме и при патологии.
Цель исследования — оценить динамику экспрессии белка Arc/Arg3.1 в постмитотических нейронах и уровня пролиферативной активности клеток нейрогенных ниш у животных с экспериментальной моделью болезни Альцгеймера.
Материалы и методы. Для исследования были использованы две группы мышей линии C57Bl/6В — контрольная (n = 15) и опытная (n = 15), которым билатерально в CA1 области гиппокампа был введён физиологический раствор или олигомеры бета-амилоида 25-35 соответственно. Когнитивные функции оценивали в тесте условной реакции пассивного избегания (УРПИ) начиная с 9-х суток после оперативного вмешательства. Через 1 ч после выполнения каждой сессии теста осуществляли забор ткани головного мозга для иммуногистохимической оценки экспрессии Arc/Arg3.1 и маркера пролиферации клеток PCNA.
Результаты. В субгранулярной зоне гиппокампа на 11-е сутки достоверно увеличивалось количество Arc/Arg3.1+NeuN+-клеток. У животных с моделью нейродегенерации 1-я и 2-я сессии теста УРПИ сопровождались существенным увеличением количества Arc/Arg3.1+NeuN+-клеток, но к 11-м суткам эксперимента их число достоверно уменьшалось. В субвентрикулярной зоне, как и в субгранулярной зоне, в контроле регистрировали увеличение числа Arc/Arg3.1+-клеток после 3-й сессии, а у животных с моделью болезни Альцгеймера — лишь после 2-й сессии в тесте УРПИ. Сохранность экспрессии Arc/Arg3.1 в субвентрикулярной зоне сопровождается увеличенной экспрессией маркера пролиферации PCNA, тогда как в субгранулярной зоне гиппокампа токсическое действие бета-амилоида на 9-е сутки подавляло пролиферативную активность клеток.
Заключение. Постмитотические нейроны нейрогенных ниш сохраняют способность к экспрессии Arc/Arg3.1 при активации на фоне токсического действия бета-амилоида 25–35 in vivo. Наши результаты демонстрируют транзиторное увеличение чувствительности постмитотических нейронов нейрогенных ниш к обучающим стимулам на ранних стадиях развития нейродегенерации альцгеймеровского типа.
Ключевые слова
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Мария Владимировна Рязанова
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Автор, ответственный за переписку.
Email: Mashenka.ryazanova@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-0700-4912
аспирант, лаборант-исследователь, лаб. нейробиологии и тканевой инженерии Института мозга ФГБНУ «Научный центр неврологии», Москва, Россия
Россия, МоскваАнтон Сергеевич Аверчук
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: antonaverchuk@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1284-6711
к.б.н., доцент, лаб. нейробиологии и тканевой инженерии Института мозга ФГБНУ «Научный центр неврологии», Москва, Россия
Россия, МоскваАлла Вадимовна Ставровская
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: alla_stav@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8689-0934
к.б.н., в.н.с. лаб. экспериментальной патологии нервной системы и нейрофармакологии Института мозга ФГБНУ «Научный центр неврологии», Москва, Россия
Россия, МоскваНаталья Александровна Розанова
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: nataliarozanovaa@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9619-4679
лаборант-исследователь, лаб. нейробиологии и тканевой инженерии Института мозга ФГБНУ «Научный центр неврологии», Москва, Россия
Россия, МоскваСветлана Викторовна Новикова
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: levik_82@mail.ru
м.н.с. лаб. нейробиологии и тканевой инженерии Института мозга ФГБНУ «Научный центр неврологии», Москва, Россия
Россия, МоскваАлла Борисовна Салмина
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: allasalmina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4012-6348
д.м.н., профессор, г.н.с., зав. лаб. нейробиологии и тканевой инженерии Института мозга ФГБНУ «Научный центр неврологии», Москва, Россия
Россия, МоскваСписок литературы
- Scopa C., Marrocco F., Latina V. et al. Impaired adult neurogenesis is an early event in Alzheimer’s disease neurodegeneration, mediated by intracellular Aβ oligomers. Cell Death Differ. 2020;27(3):934–948. doi: 10.1038/s41418-019-0409-3
- Бурняшева А.О., Стефанова Н.А., Рудницкая Е.А. Нейрогенез в зрелом головном мозге: изменения при старении и развитии болезни Альцгеймера. Успехи геронтологии. 2020;33(6):1080–1087. Burnyasheva A.O., Stefanova N.A., Rudnitskaya E.A. Adult neurogenesis: alterations with aging and Alzheimer’s disease development. Advances in gerontology. 2020;33(6):1080–1087. doi: 10.34922/AE.2020.33.6.008
- Komleva Y.K., Lopatina O.L., Gorina Y.V. et al. Expression of NLRP3 inflammasomes in neurogenic niche contributes to the effect of spatial learning in physiological conditions but not in Alzheimer’s type neurodegeneration. Cell. Mol. Neurobiol. 2022;42(5):1355–1371. doi: 10.1007/s10571-020-01021-y
- Pozhilenkova E.A., Lopatina O.L., Komleva Y.K. et al. Blood-brain barrier-supported neurogenesis in healthy and diseased brain. Rev. Neurosci. 2017;28(4):397–415. doi: 10.1515/revneuro-2016-0071
- Salmina A.B., Kapkaeva M.R., Vetchinova A.S., Illarioshkin S.N. Novel approaches used to examine and control neurogenesis in Parkinson’s disease. Int. J. Mol. Sci. 2021;22(17):9608. doi: 10.3390/ijms22179608
- Pan Y.W., Storm D.R., Xia Z. Role of adult neurogenesis in hippocampus-dependent memory, contextual fear extinction and remote contextual memory: new insights from ERK5 MAP kinase. Neurobiol. Learn Mem. 2013;105:81–92. doi: 10.1016/j.nlm.2013.07.011
- Cutler R.R., Kokovay E. Rejuvenating subventricular zone neurogenesis in the aging brain. Curr. Opin. Pharmacol. 2020;50:1–8. doi: 10.1016/j.coph.2019.10.005
- Lopatina O.L., Malinovskaya N.A., Komleva Y.K. et al. Excitation/inhibition imbalance and impaired neurogenesis in neurodevelopmental and neurodege- nerative disorders. Rev. Neurosci. 2019;30(8):807–820. doi: 10.1515/revneuro-2019-0014
- Salmin V.V., Komleva Y.K., Kuvacheva N.V. et al. Differential roles of environmental enrichment in Alzheimer’s type of neurodegeneration and physiological aging. Front. Aging Neurosci. 2017;9:245. doi: 10.3389/fnagi.2017.00245
- Costa V., Lugert S., Jagasia R. Role of adult hippocampal neurogenesis in cognition in physiology and disease: pharmacological targets and biomarkers. Handb. Exp. Pharmacol. 2015;228:99–155. doi: 10.1007/978-3-319-16522-6_4
- Berg D.A., Cho K.O., Jang M.H. Adult neurogenesis as a regenerative strategy for brain repair. Front. Mol. Neurosci. 2022;15:1041009. doi: 10.3389/fnmol.2022.1041009
- Моргун А.В., Осипова Е.Д., Бойцова Е.Б. и др. Астроцит-опосредованные механизмы регуляции нейрогенеза в модели нейрогенной ниши in vitro при действии Aβ 1-42. Биомедицинская химия. 2019;65(5):366–373. Morgun A.V., Osipova E.D., Boytsova E.B. et al. Astroglia-mediated regulation of cell development in the model of neurogenic niche in vitro treated with Aβ1-42. Biomed. Khim. 2019;65(5):366–373. doi: 10.18097/PBMC20196505366
- Trinchero M.F., Herrero M., Schinder A.F. Rejuvenating the brain with chronic exercise through adult neurogenesis. Front. Neurosci. 2019;13:1000. doi: 10.3389/fnins.2019.01000
- Minatohara K., Akiyoshi M., Okuno H. Role of immediate-early genes in synaptic plasticity and neuronal ensembles underlying the memory trace. Front. Mol. Neurosci. 2016;8:78. doi: 10.3389/fnmol.2015.00078
- Tzingounis A.V., Nicoll R.A. Arc/Arg3. 1: linking gene expression to synaptic plasticity and memory. Neuron. 2006;52(3):403–407. doi: 10.1016/j.neuron.2006.10.016
- Epstein I., Finkbeiner S. The Arc of cognition: signaling cascades regulating Arc and implications for cognitive function and disease. Semin. Cell Dev. Biol. 2018;77:63–72. doi: 10.1016/j.semcdb.2017.09.023
- Wall M.J., Corrêa S.A. The mechanistic link between Arc/Arg3. 1 expression and AMPA receptor endocytosis. Semin. Cell Dev. Biol. 2018;77:17–24. doi: 10.1016/j.semcdb.2017.09.005
- Ashley J., Cordy B., Lucia D. et al. Retrovirus-like Gag protein Arc1 binds RNA and traffics across synaptic boutons. Cell. 2018;172(1–2):262–274. doi: 10.1016/j.cell.2017.12.022
- Saito K., Koike T., Kawashima F. et al. Identification of NeuN immunopositive cells in the adult mouse subventricular zone. J. Comp. Neurol. 2018526(12):1927–1942. doi: 10.1002/cne.24463
- Morin J.P., Díaz-Cintra S., Bermúdez-Rattoni F., Delint-Ramírez I. Decreased levels of NMDA but not AMPA receptors in the lipid-raft fraction of 3xTg-AD model of Alzheimer’s disease: relation to Arc/Arg3. 1 protein expression. Neurochem. Int. 2016;100:159–163. doi: 10.1016/j.neuint.2016.09.013
- Wilkerson J.R., Albanesi J.P., Huber K.M. Roles for Arc in metabotropic glutamate receptor-dependent LTD and synapse elimination: Implications in health and disease. Semin. Cell Dev. Biol. 2018;77:51–62. doi: 10.1016/j.semcdb.2017.09.035
- Wu J., Petralia R.S., Kurushima H. et al. Arc/Arg3. 1 regulates an endosomal pathway essential for activity-dependent β-amyloid generation. Cell. 2011;147(3):615–628. doi: 10.1016/j.cell.2011.09.036
- McAvoy K., Besnard A., Sahay A. Adult hippocampal neurogenesis and pattern separation in DG: a role for feedback inhibition in modulating sparseness to govern population-based coding. Front. Syst. Neurosci. 2015;9:120. doi: 10.3389/fnsys.2015.00120
- Attardo A., Fabel K., Krebs J. et al. Tis21 expression marks not only populations of neurogenic precursor cells but also new postmitotic neurons in adult hippocampal neurogenesis. Cereb. Cortex. 2010;20(2):304–314. doi: 10.1093/cercor/bhp100
- Kuipers S.D., Tiron A., Soule J. et al. Selective survival and maturation of adult-born dentate granule cells expressing the immediate early gene Arc/Arg3. 1. PLoS One. 2009;4(3):e4885. doi: 10.1371/journal.pone.0004885
- Kalinina A., Maletta T., Carr J. et al. Spatial exploration induced expression of immediate early genes Fos and Zif268 in adult-born neurons Is reduced after pentylenetetrazole kindling. Brain Res. Bull. 2019;152:74–84. doi: 10.1016/j.brainresbull.2019.07.003
- Aguilar-Arredondo A., Zepeda A. Memory retrieval-induced activation of adult-born neurons generated in response to damage to the dentate gyrus. Brain. Struct. Funct. 2018;223(6):2859–2877. doi: 10.1007/s00429-018-1664-7
- Аверчук А.С., Рязанова М.В., Баранич Т.И. и др. Нейротоксическое действие бета-амилоида сопровождается изменением митохондриальной динамики и аутофагии нейронов и клеток церебрального эндотелия в экспериментальной модели болезни Альцгеймера. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2023;175(3):2–8. Averchuk A.S., Ryazanova M.V., Baranich T.I. et al. The neurotoxic effect of β-amyloid is accompanied by changes in the mitochondrial dynamics and autophagy in neurons and brain endothelial cells in the experimental model of Alzheimer’s disease. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2023;175(3):315–320.
- Патент РФ № 2020612777. Плагин для программы ImageJ для подсчета флуоресцентных меток на микрофотографиях / В.В. Салмин, А.Б. Салмина, А.В. Моргун. Бюл. № 3. Опубликовано 03.03.2020. Patent of the Russian Federation No. 2020612777. Plug-in for the ImageJ program for counting fluorescent marks on microphotographs / V.V. Salmin, A.B. Salmina, A.V. Morgun. Bull. No. 3. Published 03.03.2020.
- Scheff S.W., Price D.A., Schmitt F.A., Mufson E.J. Hippocampal synaptic loss in early Alzheimer’s disease and mild cognitive impairment. Neurobiol. Aging. 2006;27(10):1372–1384. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2005.09.012
- Martinsson I., Quintino L., Garcia M.G. et al. Aβ/amyloid precursor protein-induced hyperexcitability and dysregulation of homeostatic synaptic plasticity in neuron models of Alzheimer’s disease. Front. Aging Neurosci. 2022;14:946297. doi: 10.3389/fnagi.2022.946297
- Rudinskiy N., Hawkes J.M., Betensky R.A. et al. Orchestrated experience-driven Arc responses are disrupted in a mouse model of Alzheimer’s disease. Nat. Neurosci. 2012;15(10):1422–1429. doi: 10.1038/nn.3199
- Penrod R.D., Kumar J., Smith L.N. et al. Activity regulated cytoskeleton associated protein (Arc/Arg3. 1) regulates anxiety and novelty related behaviors. Genes Brain Behav. 2019;18(7):e12561. doi: 10.1111/gbb.12561
Дополнительные файлы
