CC BY
0УДК 616.831
АНАЛИЗ ТРАНСКРИПТОМНЫХ ОТВЕТОВ DANIO RERIO ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ISRIB В МОДЕЛИ ТРАВМАТИЧЕСКОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ МОЗГА
DOI 10.24412/CL-37228-2024-44-46
А. Д. Шевляков1, Н. П. Ильин2, Т. О. Колесникова12, Н. В. Католикова2, С. А. Чекрыгин2, Д. С. Галстян2, К. А. Демин2, А. В. Калуев12
1Научно-технологический Университет «Сириус», Сочи, Россия 2Национальный медицинский исследовательский центр
имени В. А. Алмазова, Санкт-Петербург, Россия E-mail: anton27sh@gmail.com
Аннотация. Травматическое повреждение мозга (ТПМ) вызывает комплекс дегенеративных процессов, таких как нейровоспаление, апоптоз, эксайтотоксичность и окислительный стресс. В данной работе исследуется влияние препарата ISRIB, который предотвращает фосфорилирование фактора инициации трансляции eIF2a, на транскриптомные ответы в модели ТПМ у рыб Danio rerio. С помощью анализа данных RNA-seq было выявлено, что воздействие ISRIB способствует нейрорегенерации и восстановлению ЦНС за счет снижения экспрессии генов, связанных с клеточной гибелью и воспалением, а также увеличения активности путей, связанных с нейрогенезом и синаптической пластичностью. Результаты подтверждают эффективность ISRIB в терапии вторичных повреждений мозга после ТПМ.
Ключевые слова: травматическое повреждение мозга (ТПМ), Danio rerio, ISRIB, нейрорегенерация, нейровоспаление, синаптическая пластичность.
Травматическое повреждение мозга (ТПМ) представляет собой комплекс патофизиологических и морфологических изменений функций мозга, вызванных внешними факторами, такими как как удары, проникающие травмы и сотрясение мозга [1]. Клиническая картина ТПМ характеризуется тяжелыми последствиями вторичных повреждений нейротравмы, которые включают в себя целый комплекс дегенеративных процессов, таких как нейровоспаление,
апоптоз, эксайтотоксичность, окислительный стресс и др. [2]. Таким образом, молекулярные механизмы ТПМ требуют детального изучения с последующим поиском новых методов их терапии, а также эффективных моделей ТПМ на животных. Одним из перспективных препаратов для лечения последствий нейротравмы является ISRIB, препятствующий фосфорилированию фактора инициации трансляции eIF2a — ключевого белка в пути интегрированного ответа на стресс, как одного из основных путей вторичных повреждений при ТПМ [3].
Целью данной работы является анализ данных RNA-seq образцов мозга рыб Danio rerio и выявление ключевых генов и молекулярных путей, характеризующих влияние ISRIB на работу ЦНС после ТПМ. В исследовании использовались рыбы Danio rerio, разделенные на 4 группы (всего 26 образцов): контроль (С) — 7 шт., рыбы с ТПМ (Т) — 7 шт., рыбы с инъекцией ISRIB (I) — 5 шт. и рыбы с ТПМ и инъекцией ISRIB (TI) — 7 шт. Травма наносилась уколом иглы в область конечного мозга. Инъекции ISRIB проводились с помощью инсулинового шприца в дозе 2,5 мг/кг на 1, 2 и 3 дни после травмы.
Секвенирование РНК проводили с использованием Illumina HiSeq2500 с длиной прочтения 110 п.н. Оценка количества транс-криптов проводилась с использованием референсного транс-криптома Danio rerio GRCz11 и программного обеспечения salmon (версия 1.10.0). Анализ дифференциальной экспрессии проводился с помощью пакета DESeq2 Bioconductor (версия 1.40.2). Далее проводился анализ биологических путей с использованием GAGE (версия 4.3.1) и анализ сетей ко-экспрессии с помощью WGCNA (версия 1.72-5).
По результатам анализа дифференциальной экспрессии генов было проведено сравнение трех групп образцов (T, I и TI) с контрольной группой (С) и выявлены специфичные гены для каждой. В случае группы T, данные гены были ассоциированы с апоптозом, воспалением, иммунным ответом и репарацией ДНК. В группе I — нейрогенезом, морфологическим развитием и активацией цитоске-лета. В группе TI — клеточной адгезией, активацией цитоскелета, а также иммунным ответом, но в меньшем количестве, чем в группе T. Анализ биологических путей продемонстрировал значимое обогащение общими путями, связанными с нейрогенезом и си-наптической пластичностью, у групп I и TI. В совокупности со снижением обогащения путей генами клеточной гибели и воспаления
в группе TI в сравнении с группой T, такой результат свидетельствует об активации процессов нейрорегенерации и восстановления на молекулярном уровне в мозге Danio rerio в ответ на введение препарата ISRIB, что подтверждает его эффективность при терапии вторичных повреждений после ТПМ.
Исследование выполнено при финансовой поддержке
Министерства науки и высшего образования Российской Федерации
(Соглашение N° 075-15-2020-901).
Список литературы
1. Babchenko V. Y., et al. Traumatic brain injury models in Zebrafish (Danio rerio) // Neuroscience and Behavioral Physiology. — 2022. — V. 52. — No 3. — P. 405-414.
2. Hartings J. A., et al. Spreading depolarisations and outcome after traumatic brain injury: a prospective observational study // The Lancet Neurology. — 2011. — V. 10. — No 12. — P. 1058-1064.
3. Anand A. A., Walter P. Structural insights into ISRIB, a memory-enhancing inhibitor of the integrated stress response //T he FEBS journal. — 2020. — V. 287. — No 2. — P. 239-245.
ANALYSIS OF TRANSCRIPTOMIC RESPONSES OF DANIO RERIO UNDER THE INFLUENCE OF ISRIB IN A MODEL OF TRAUMATIC BRAIN INJURY
Abstract. Traumatic brain injury (TPM) causes a complex of degenerative processes such as neuroinflammation, apoptosis, excitotoxicity and oxidative stress. In this paper, the effect of the drug ISRIB, which prevents phosphorylation of the translation initiation factor eIF2a, on transcriptomic responses in the TPM model in Danio rerio fish is investigated. Analysis of RNA-seq data revealed that ISRIB exposure promotes neuroregeneration and CNS repair by reducing gene expression associated with cell death and inflammation, as well as increasing the activity of pathways associated with neurogenesis and synaptic plasticity. The results confirm the effectiveness of ISRIB in the treatment of secondary brain damage after TPM.
Key words: traumatic brain injury (TPM), Danio rerio, ISRIB, neuroregeneration, neuroinflammation, synaptic plasticity.
