CC BY
11shko MYu, Garbaruk ES, Zhilinskaya EV, Abu-Dzhamea A Kh (2014) Temporal resolution of the auditory system in sensorineural hearing loss. Sens Sist. 28:10—15. (In Russ)].
11. Andreeva IG, Klishova EA, Gvozdeva AP, Sitdikov VM, Golovano-va LE, Ogorodnikova EA. (2020) Comparative assessment of spatial and temporal resolutions in the localization of an approaching and receding broadband noise source in healthy subjects and patients with first-degree symmetric sensorineural hearing loss. Hum Phys. 46: 465—472
УДК 612.8
Коваленко А. А.1, Захарова М. В.1, Колегова П. И.12, Дёмина А. В.1, Шварц А. П.1, Зубарева О. Е.1, Зайцев А. В.1
1 Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
2 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия
Kovalenko A. A.1, Zakharova M. V.1, Kolegova P. I.12, Dyomina A. V., Schwarz A. P.1, Zubareva O. E.1, Zaitsev A. V.1
1 Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Saint Petersburg, Russia
2 Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Saint Petersburg, Russia
E-mail: kovalenko_0911@mail.ru
ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЙ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ ИОНОТРОПНЫХ И МЕТАБОТРОПНЫХ РЕЦЕПТОРОВ ГЛУТАМАТА В ЛИТИЙ-ПИЛОКАРПИНОВОЙ МОДЕЛИ ЭПИЛЕПСИИ
DYNAMICS OF IONOTROPIC AND METABOTROPIC GLUTAMATE RECEPTOR GENE EXPRESSION CHANGES IN A LITHIUM-PILOCARPINE MODEL OF EPILEPSY
DOI
Аннотация: В исследовании были получены данные об изменениях экспрессии генов субъединиц NMDA- и AMPA-рецепторов, а также генов метаботропных глутаматных рецепторов, которые могут лежать в основе развития характерных для эпилепсии нарушений памяти и поведения.
Ключевые слова: эпилепсия; рецепторы глутамата; ОТ-ПЦР; пилокарпин
Abstract: The study reported changes in the expression of NMDA-and AMPA-receptor subunit genes as well as metabotropic glutamate receptor genes, which may underlie the development of the memory and behavioral disorders characteristic of epilepsy.
Keywords: epilepsy; glutamate receptors; RT-PCR; pilocarpine
Эпилепсия — распространенное (1 % от мирового населения) хроническое неврологическое заболевание человека [1, 2]. В детском и подростковом возрасте эпилепсия может приводить к нарушению нормального развития мозга и последующим когнитивным дисфункциям. Особенно часто нарушения когнитивных функций встречаются у пациентов с височной эпилепсией [3]. Около 30 % пациентов с височной эпилепсией страдают фармакорезистентными формами заболевания [4]. Поиск новых методов лечения затрудняет недостаточная изученность патогенетических механизмов развития эпилепсии и сопутствующих ей нарушений памяти и поведения.
Принято считать, что патогенез эпилепсии связан с нарушением баланса между тормозными и возбуждающими нейромедиатор-ными системами в различных отделах мозга [5]. Глутамат — основной возбуждающий нейромедиатор центральной нервной системы. Избыточное возбуждение, вызванное глутаматом при судорогах, может приводить к эксайтотоксичности и гибели клеток мозга [6, 7]. Функционирование глутаматергической системы обусловлено работой рецепторов глутамата, которые подразделяются на два класса (ионотропные и метаботропные).
Ионотропные NMDA- и AMPA-рецепторы являются основными посредниками передачи сигнала. Длительная активация этих рецепторов играет важную роль в формировании и распространении судорожной активности [8]. Нарушение работы NMDA-и AMPA-рецепторов также может привести к дефициту когнитивной и моторной функции вследствие нарушения синаптической пластичности [9]. Нарушение функциональной активности NMDA-
и ЛМРЛ-рецепторов связано с изменением их субъединичного состава. Метаботропные рецепторы глутамата модулируют работу глутаматергического синапса. К ним относится 8 подтипов рецепторов, разделенных на 3 группы. Группа I включает ш01иШ и шС1иК5, данные рецепторы способствуют активации ММЭЛ-рецепторов. Их чрезмерная активация может способствовать эксайтотоксично-сти. Группа II (шС1иК2, шС1иК3) и III (шС1иК4, шЙиЯб, шС1иК7, шС1иК8) обладают противоположным эффектом на активность ММЭЛ-рецепторов [10, 11]. Благодаря своей модулирующей функции метаботропные рецепторы глутамата являются перспективной мишенью для разработки новых противоэпилептических препаратов. Однако, особенности экспрессии генов ионотропных и мета-ботропных рецепторов глутамата в различных областях мозга при развитии острых и хронических судорожных состояний исследованы недостаточно.
Целью данной работы было провести анализ пространственно-временного паттерна экспрессии генов I, II и III групп мета-ботропных рецепторов глутамата, а также различных субъединиц ионотропных ММЭЛ- и ЛМРЛ-рецепторов в мозге крыс в модели хронической эпилепсии.
Методика: Для индукции судорог была использована ли-тий-пилокарпиновая модель височной эпилепсии, для которой характерно после латентного периода развитие хронической фазы, сопровождающейся спонтанными рецидивирующими судорогами. В эксперименте были использованы крысы самцы ММаг в возрасте 7—8 недель, которым вводили р-р ЫС1 (в/б, 127 мг/кг), затем через 24 часа метилскополамин (в/б, 1 мг/кг), через 30 минут — пилокарпин (ПК, в/б, 20—30 мг/кг, по 10 мг/кг до достижения выраженных судорог). Контрольным животным вместо ПК вводили физиологический раствор. Для анализа были выбраны структуры мозга, предположительно участвующие в патогенезе эпилепсии и формировании сопутствующих когнитивных нарушений — гиппокамп (вентральная и дорзальная области), височная кора. Исследование изменений экспрессии генов субъединиц ЫМОЛ- (Опп1, Опп2а, Опп2Ь) и ЛМРЛ- (Опа1, Опа2) рецепторов и метаботропных рецепторов глутамата (Огш1, Огш2, Огш3, Огш4, Огш5, Огш7, Огш8) выполнено методом ОТ-ПЦР в реальном времени в латентную фазу (на 3 и 7 сутки после судорог) и хроническую фазу (60 суток после судорог) литий-пилокарпи-новой модели.
Результаты: Экспрессия генов субъединиц NMDA- и AMPA-ре-цепторов снижалась во всех исследованных структурах, при чем многие изменения сохранялись через 2 месяца после индукции судорог. Изменение экспрессии гена GluN1 субъединицы NMDA-ре-цепторов может свидетельствовать об общем изменении числа рецепторов. В частности, ее снижение может являться одним из компенсаторных механизмов, направленных на уменьшение возбуждения мозга. Снижение продукции мРНК субъединицы GluN2a и, как следствие, соотношения GluN2a/GluN2b может свидетельствовать об увеличении доли GluN2b-содержащих NMDA-рецепторов. Снижение экспрессии гена субъединицы GluA2 AMPA-рецепторов может приводить к увеличению количества Са2+-проницаемых AMPA-рецепторов, что в свою очередь приведет к усилению эксай-тотоксичного действия глутамата. Возможно, эти изменения вовлечены в формирование постсудорожных нарушений памяти и поведения, которые характерны для литий-пилокарпиновой [12, 13].
В обеих областях гиппокампа выявлено повышение экспрессии гена Grm5 через 3 дня после индукции судорог, что может являться одним из факторов эпилептогенеза, так как данный рецептор относится к I группе и увеличение его экспрессии может способствовать эксайтиотоксичности. В гиппокампе и височной коре было обнаружено снижение экспрессии генов Grm4, Grm2, Grm7 и Grm8, которое может приводить к уменьшению их ингибирующей активности и также вносить вклад в эпилептогенез. В то же время, экспрессия гена Grm3 была повышена, возможно, это является одним из компенсаторных механизмов. В хроническую фазу модели большая часть обнаруженных изменений экспрессии генов метаботропных рецепторов глутамата нивелируется.
Заключение: Таким образом, был проведен анализ изменений экспрессии генов метаботропных и ионотропных рецепторов глу-тамата в мозге крыс в модели хронической эпилепсии. Изменения экспрессии генов субъединиц ионотропных рецепторов глутамата могут свидетельствовать об изменении работы данных рецепторов и приводить к развитию постсудорожных нарушений памяти и поведения. Наиболее выраженные изменения экспрессии генов метаботропных рецепторов глутамата выявлены в латентную фазу литий-пилокарпиновой модели, характер которых позволяет предположить их участие в эпилептизации мозга. Проведенное исследование способствует более глубокому пониманию функциональных патофизиологических механизмов, лежащих в основе эпилептоге-
неза, и может явиться основой для разработки новых фармакологических методов коррекции постсудорожных нервно-психических нарушений и предотвращения эпилептизации мозга.
Список литературы:
1. Dupont S. Mémoire et épilepsie.//Biol. Aujourdhui. — 2010 — Vol. 204 — № 2 — PP. 181 — 188. doi: 10.1051/jbio/2010005.
2. Leeman-Markowski BA, Schachter SC. Treatment of Cognitive Deficits in Epilepsy.//Neurol. Clin. — 2016 — Vol. 34 — № 1 — PP. 183— 204. doi: 10.1016/j.ncl.2015.08.008.
3. Bell B, Lin JJ, Seidenberg M, Hermann B. The neurobiology of cognitive disorders in temporal lobe epilepsy.//Nature Reviews Neurology. — 2011 — Vol. 7 — № 3 — PP. 154—164. doi: 10.1038/nrneu-rol.2011.3.
4. Rosa DV, Rezende VB, Costa BS, Mudado F, Schutze M, Torres KC, Martins LC, Moreira-Filho CA, Miranda DM, Romano-Silva MA. Circulating CD4 and CD8 T cells expressing pro-inflammatory cytokines in a cohort of mesial temporal lobe epilepsy patients with hippocampal sclerosis.//Epilepsy Res. — 2016 — Vol. 120 — PP. 1—6. doi: 10.1016/j.eplepsyres.2015.11.011.
5. Lason W, Chlebicka M, Rejdak K. Research advances in basic mechanisms of seizures and antiepileptic drug action.//Pharmacol. Reports. — 2013 — Vol. 65 — № 4 — PP. 787—801. doi: 10.1016/S1734— 1140 (13)71060—0.
6. Jakaria M, Park, S-Y, Haque ME, Karthivashan G, Kim I-S, Gane-san, P, Choi D-K. Neurotoxic Agent-Induced Injury in Neurode-generative Disease Model: Focus on Involvement of Glutamate Re-ceptors.//Front. Mol. Neurosci., — 2018 — Vol. 11 — PP. 307. doi: 10.3389/fnmol.2018.00307.
7. Walker MC. Pathophysiology of status epilepticus.//Neurosci. Lett. — 2018 — Vol. 667 — PP. 84—91. doi: 10.1016/j.neulet.2016.12.044.
8. Szczurowska E, Mares P. NMDA and AMPA receptors: development and status epilepticus.//Physiol. Res. — 2013 — Vol. 62 — PP. S21 — 38. doi: 10.33549/physiolres.932662.
9. Guerriero RM, Giza CC, Rotenberg A. Glutamate and GABA Imbalance Following Traumatic Brain Injury.//Current Neurology and Neuroscience Reports. — 2015 — Vol. 15 — № 5. doi: 10.1007/s11910—015—0545—1.
10. Niswender CM, Conn PJ, Metabotropic glutamate receptors: Physiology, pharmacology, and disease.//Annual Review of Pharmacology
and Toxicology. — 2010 — Vol. 50 — PP. 295—322. doi: 10.1146/an-nurev.pharmtox.011008.145533.
11. Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors.// — 1997- Vol. 37 — PP. 205—237. doi: 10.1146/an-nurev.pharmtox.37.1.205.
12. Smolensky IV, Zubareva OE, Kalemenev SV, Lavrentyeva VV, Dy-omina AV, Karepanov AV, Zaitsev AV. Impairments in cognitive functions and emotional and social behaviors in a rat lithium-pilocarpine model of temporal lobe epilepsy.//Behav. Brain Res. — 2019 — Vol. 372 — PP. 112044. doi: https://doi.org/10.1016Aj.bbr.2019.112044.
13. Inostroza M, Cid E, Menendez de la Prida L, Sandi C. Different emotional disturbances in two experimental models of temporal Lobe Epilepsy in rats.//PLoS One. — 2012 — Vol. 7 — № 6 — PP. 14—17. doi: 10.1371/journal.pone.0038959.
УДК 577.25
Козлов Е. Н.1, Гильмутдинов Р. А.1, Жукова М. В.1, Schedl P.3, Токмачева Е. В.4, Шидловский Ю. В.12
1 ФГБУН Институт биологии РАН, Москва, Россия.
2 ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет), Москва, Россия.
3 Department of Molecular Biology, Princeton University, Princeton, NJ, USA
4 ФГБУН Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН, С-Петербург, Россия
Kozlov E. N.1, Gilmutdinov R. A.1, Zhukova M. V.1, Schedl P.3, Tokmatcheva E. V.4, Shidlovskii Y. V.12
1 Institute of gene biology RAS, Moscow, Russia
2 I. M. Sechenov First Moscow State Medical University, Moscow, Russia
3 Department of Molecular Biology, Princeton University, Princeton, NJ, USA
4 Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences St. Petersburg, Russia
E-mail: ugin.sfu@gmail.com
АНАЛИЗ УЧАСТИЯ 3'- НЕТРАНСЛИРУЕМОЙ ОБЛАСТИ РНК, КОДИРУЮЩЕЙ CPEB БЕЛОК ORB2 DROSOPHILA MELANOGASTER, В ФОРМИРОВАНИИ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ПАМЯТИ
