CC BY
10
УДК 616-092.9 DOI: 10.18699/SSMJ20210505
Повышение внутриклеточного уровня НАД+ и разнонаправленные изменения экспрессии CD38 в клетках гиппокампа при экспериментальной болезни Альцгеймера
А.А. Семёнова1, Я.В. Горина1, Е.Д. Хилажева1, Е.В. Харитонова1, А.Б. Салмина1,2
1 Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздрава России 660022, г. Красноярск, ул. Партизана Железняка, 1
2 Научный центр неврологии Минобрнауки России 125367, г. Москва, Волоколамское шоссе, 80
Резюме
Целью исследования являлась оценка уровня НАД+ в головном мозге мышей, подвергшихся введению бета-амилоида (АР), а также определение активности АДФ-рибозилциклазы/СБ38 и количества СБ38-иммунопозитивных клеток нейрональной, астроцитарной и эндотелиальной природы. Материал и методы. Модель болезни Альцгеймера воспроизводилась путем интрагиппокампального введения Ар мышам линии C57BL/6. Содержание НАД+ во внеклеточной жидкости головного мозга и в ткани гиппокампа определяли спектрофотометри-чески, ферментативную активность АДФ-рибозилциклазы/СБ38 - флуориметрическим методом, количество СБ38-иммунопозитивных клеток - методом иммуногистохимии. Результаты и их обсуждение. Уровень НАД+ был значительно повышен в ткани гиппокампа у мышей после введения Ар, при этом концентрация внеклеточного НАД+ не изменялась. Активность АДФ-рибозилциклазы/СБ38 в ткани гиппокампа осталось прежним, однако число СБ38-иммунопозитивных нейронов снизилось, а количество СБ38+ эндотелиоцитов увеличилось в гиппокампе мышей после введения Ар. Заключение. Разнонаправленные изменения экспрессии АДФ-рибозилциклазы/СБ38 в нейронах и эндотелиоцитах соответствуют разному метаболическому состоянию этих типов клеток и наряду с увеличением внутриклеточного пула НАД+ при экспериментальной болезни Альцгей-мера отражают адаптивный стрессовый ответ на введение Ар.
Ключевые слова: болезнь Альцгеймера, бета-амилоид, ангиопатия, НАД+, СБ38.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Благодарности. Работа выполнена при государственной финансовой поддержке Президента РФ ведущих научных школ РФ (проект НШ-2547.2020.7) на базе НИИ молекулярной медицины и патобиохимии, с использованием оборудования ЦКП «Молекулярные и клеточные технологии».
Автор для переписки: Семёнова А.А., е-mail:_alina_shamsutdin@mail.ru
Для цитирования: Семёнова А.А., Горина Я.В., Хилажева Е.Д., Харитонова Е.В., Салмина А.Б. Повышение внутриклеточного уровня НАД+ и разнонаправленные изменения экспрессии СБ38 в клетках гиппокампа при экспериментальной болезни Альцгеймера. Сибирский научный медицинский журнал. 2021; 41 (5): 37-46. doi: 10.18699/88М120210505
Rising of intracellular NAD+ level and oppositely directed changes in CD38 expression in hippocampal cells in experimental Alzheimer's disease
A.A. Semenova1, Ya.V. Gorina1, E.D. Khilazheva1, E.V. Kharitonova1, A.B. Salmina1, 2
1 Voyno-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University of Minzdrav of Russia 660022, Krasnoyarsk, Partisan Zheleznyak str., 1
2 Research Center of Neurology
125367, Moscow, Volokolamskoe highway, 80
Abstract
The aim of the study was to assess the level of NAD+ in the brain of mice treated with beta-amyloid (AP), as well as to determine the activity of ADP-ribosyl cyclase/CD38 and the number of CD38-immunopositive neurons, astrocytes and endothelial cells. Material and methods. The Alzheimer's disease model was reproduced by intrahippocampal administration of Ap to C57BL/6 mice. Determination of the NAD+ level in the extracellular fluid of the brain and in the hippocampal tissue was carried out by spectrophotometry analysis. Evaluation of the enzymatic activity of ADP-ribosyl cyclase/CD38 was carried out by the fluorimetric method, determination of the number of CD38-immunopositive cells by the immunohistochemistry method. Results and discussion. The level of NAD+ was significantly increased in the hippocampal tissue in mice after administration of Ap, while the level of extracellular NAD+ did not change. The activity of ADP-ribosyl cyclase/CD38 in the hippocampal tissue did not change, but the number of CD38-immunopositive neurons decreased, and the number of CD38+ endothelial cells increased in the hippocampus of mice after administration of Ap. Conclusion. Opposite changes in the expression of ADP-ribosyl cyclase / CD38 in neurons and endotheliocytes correspond to different metabolic states of these types of cells and, along with an increased intracellular pool of NAD+ in experimental Alzheimer's disease, reflect an adaptive stress response to Ap administration.
Key words: Alzheimer's disease, beta amyloid, angiopathy, NAD+, CD38.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Acknowledgments. This work was carried out with the state financial support of the President of the Russian Federation of the leading scientific schools of the Russian Federation (project NSh-2547.2020.7) on the basis of the Research Institute of Molecular Medicine and Pathobiochemistry using equipment from the Center for Collective Use «Molecular and Cellular Technologies».
Correspondence author: Semenova A.A., e-mail: alina_shamsutdin@mail.ru
Citation: Semenova A.A., Gorina Ya.V, Khilazheva E.D., Kharitonova E.V, Salmina A.B. Rising of intracellular NAD+ level and oppositely directed changes in CD38 expression in hippocampal cells in experimental Alzheimer's disease. Sibirskiy nauchnyy meditsinskiy zhurnal = Siberian Scientific Medical Journal. 2021; 41 (5): 37-46. [In Russian]. doi: 10.18699/SSMJ20210505
Введение
В настоящее время болезнь Альцгеймера (БА) является наиболее распространенной формой старческого слабоумия [1]. Патогенез нейро-дегенерации альцгеймеровского типа включает в себя нарушения протеолиза белка-предшественника амилоида, аккумуляцию бета-амилоида во внеклеточном пространстве, накопление гипер-фосфорилированного тау-белка, развитие кальциевого дисбаланса, дисфункции митохондрий, индукцию гибели нейронов, нарушения функциональной активности астроглии и микроглии с развитием нейровоспаления, изменения нейро-генеза и церебрального ангиогенеза, нарушения метаболического сопряжения клеток головного мозга, развитие окислительного стресса [2-4]. Важным компонентом патогенеза нейродегене-рации при старении и БА может быть истощение внутриклеточного уровня НАД+ [5, 6], сенсором и регулятором которого, по мнению ряда авторов [7, 8], выступает молекула CD38.
CD38 представляет собой трансмембранный гликопротеин, НАД+-гликогидролазу/АДФ-ри-бозилциклазу, конвертирующую НАД+ в циклическую АДФ-рибозу (цАДФР). цАДФР может выполнять функцию мобилизатора Са2+ из внутриклеточных депо, в частности, через связы-
вание с рианодиновыми рецепторами эндоплаз-матического ретикулума [9, 10]. Особенности регуляции активности АДФ-рибозилциклазы в электровозбудимых клетках позволили предположить, что этот фермент может выполнять роль внутриклеточного редокс-сенсора и НАД+-сенсора, реагирующего на биодоступность субстрата (НАД+), осцилляции концентраций которого в цитозоле, митохондриях и ядре отражают функциональную активность и состояние реакций энергетического обмена в клетках [8, 10-13]. Несубстратным лигандом CD38 является CD31, экспрессируемый клетками эндотелия, благодаря их взаимодействию осуществляется адгезия CD38+ лейкоцитов к CD31+ клеткам эндотелия сосудов, например, при воспалении [14, 15]. Известно, что благодаря олигомерной структуре CD38 ведет себя как каталитически активный транспортер, ответственный за генерацию и вход цАДФР в клетку, причем дополнительно такую же функциональную нагрузку может нести экс-прессируемый в цитоплазматической мембране коннексин 43 (Сх43), обычно функционально сопряженный с CD38 [16, 17].
К. Hayakawa et а1. [18] ранее показали, что астроциты могут высвобождать функциональные митохондрии, которые поступают в поврежденные нейроны при инсульте, причем этот механизм
в клетках астроглии регулируется активностью CD38. Экспрессия CD38 характерна для разных видов клеток, входящих в состав нейроваску-лярной единицы головного мозга - нейронов, астроцитов, микроглии [19]. В литературе отсутствуют данные об экспрессии CD38 на клетках церебрального эндотелия, хотя по аналогии с эн-дотелиальными клетками сердца [20] это весьма вероятно. Целью настоящего исследования явилась оценка уровня НАД+, активности АДФ-ри-бозилциклазы и экспрессии CD38-позитивных клеток в гиппокампе животных с моделью ней-родегенерации альцгеймеровского типа. Чтобы оценить вклад внутриклеточного пула НАД+, мы исследовали содержание НАД+ в межклеточной жидкости головного мозга, собранной методом микродиализа.
Материал и методы
В работе использовали самцов мышей линии C57BL/6 в возрасте 4 мес. Моделирование БА осуществляли введением олигомеров АР1-42 в CA1 зону гиппокампа билатерально по 1 мкл (стереотаксические координаты ML ± 1,3 мм, в AP - 2,0 мм, DV - 1,9 мм) [21]. Контрольная группа - ложнооперированные животные после введения растворителя для Ар, фосфатно-соле-вого буфера (PBS). Признаки БА оценивали начиная с 10 суток [22], канюлю для микродиализа вводили на 11-е сутки после оперативного вмешательства. Верификацию модели БА осуществляли окраской тиофлавином S. После введения амилоида в ткани головного мозга наблюдались флуоресцирующие амилоидные бляшки зеленого цвета. Контрольная группа состояла из 20 мышей: у 4 мышей проводился забор межклеточной жидкости головного мозга (микродиализ), с дальнейшей транскардиальной перфузией и забором мозга для иммуногистохимического исследования (ИГХ), у 16 мышей выделяли гиппокамп и получали гомогенат для определения уровня НАД+ (n = 7) и активности АДФ-рибозилциклазы (n = 9). Опытная группа (n = 17): микродиализ и ИГХ (n = 6), содержание НАД+ (n = 4) и активность АДФ-рибозилциклазы (n = 7).
Исследования на животных проводились в соответствии с соблюдением принципов гуманности, изложенных в Директиве Европейского сообщества (2010/63/ЕС).
Для осуществления методики микродиализа головного мозга направляющую канюлю (зонд) устанавливали с использованием стереотаксиче-ского аппарата. Зонд вводили в левый желудочек головного мозга по следующим координатам: ML 1 мм, в AP - 0,46 мм, DV 2,2 мм, фиксировали
стоматологическим цементом, после чего рану зашивали. После операции животное помещали в клетку на 5 суток для полного восстановления со свободным доступом к воде и корму при постоянной температуре 21 ± 1 °С и регулярном световом цикле 12 ч день /12 ч ночь. Диализат (20 мкл) собирали в течение 24 ч у свободнодвижущегося животного, подключенного через капилляры к направляющей канюле, с использованием установки для микродиализа (Eicom Corporation, США). Экспериментальные пробы диализата собирали со скоростью 0,3 мкл/мин в микропланшет, расположенный в коллекторе с системой охлаждения до 2 °C. Собранную межклеточную жидкость замораживали при -20 °C до момента востребования.
Целевые компоненты межклеточной жидкости головного мозга собирали с использованием искусственной спинномозговой жидкости, которую готовили в пробирке с герметичной крышкой следующим образом. В деионизованной воде (5 мл) растворяли 0,36525 г NaCl, 0,0093 г KCl, 0,0075 г NaH2PO4, к 0,5 мл полученного раствора добавляли 0,01092 г NaHCO3, 0,009 г кристаллической глюкозы, 0,01 г CaCl2, 0,0025 г MgCl2 и доводили общий объем аликвоты до 5 мл, фильтровали.
Через 60 минут после окончания проведения микродиализа осуществляли транскардиальную перфузию 4%-м параформальдегидом с последующим забором головного мозга. Мозг фиксировали в 10%-м нейтральном забуференном формалине, после чего погружали в 20%-й раствор сахарозы. С помощью микротома Microm HM 650 (Thermo Fisher Scientific, США) изготавливали срезы толщиной 50 мкм. Изучали экспрессию маркеров методом непрямой ИГХ для свободно плавающих срезов [23]. После промывки в PBS срезы блокировали 3%-м козьим сывороточным альбумином в PBS и 1%-м Triton X-100 в течение 1 ч при комнатной температуре с последующим инкубированием в течение ночи с первичными антителами к нейронспецифической энолазе (NSE; GeneTex, GTX85462, chicken polyclonal) 1:1000, глиальному фибриллярному кислому белку (GFAP; MyBioSource.com, MBS8241552, mouse monoclonal) 1:1000, CD31 (MyBioSource. com, MBS532307, rat monoclonal) 1:1000 и CD38 (GeneTex, GTX37752, rabbit polyclonal) 1:1000 с 3%-м BSA в PBS и 0,2%-м Triton X-100 при 4 °С. После инкубации с первичными антителами срезы промывали и инкубировали со вторичными антителами Alexa Fluor 555 (Abcam, ab150074), Alexa Fluor 647 (Abcam, ab150171), Alexa Fluor 647 (Abcam, ab150115), Alexa Fluor 647 (Abcam, ab150159) в разведении 1:1000 в течение 2 ч при комнатной температуре. Изображения получали
с помощью конфокального микроскопа Olympus FV 10i (Olympus Corporation, Япония). В срезах головного мозга подсчитывали абсолютное количество клеток в поле зрения, экспрессирующих молекулы CD38 в клетках нейрональной, астро-глиальной и эндотелиальной природы на различных уровнях в гиппокампе (Latéral 1,90 mm, 2,40 mm, 2,90 mm). Оценивали не менее пяти полей зрения в зубчатой извилине, в областях гип-покампа CA1 и CA3.
Содержание НАД+ во внеклеточной жидкости головного мозга и в ткани гиппокампа определяли спектрофотометрически согласно протоколу производителя, представленного в наборе NAD Quantification Kit (Colorimetric/Fluorometric) (Sig-ma-Aldrich, США, MAK038). Ферментативную активность АДФ-рибозилциклазы/CD38 нейронов оценивали флуориметрически с использованием флуорогенного субстрата никотинамидгуа-ниндинуклеотида (НГД+) согласно стандартному протоколу. Образцы ткани гомогенизировали при 4 °С, в полученном гомогенате определяли концентрацию белка по стандартному протоколу (MicroLowry test, Sigma-Aldrich) и активность фермента путем инкубации 100 мкл гомогена-та ткани с реакционной смесью, содержащей 100 мкм НГД+ в 20 мМ трис-HCl (рН 7,4) в течение 20 мин при 37 °С. Интенсивность флуоресценции супернатанта регистрировали на 0 и 20 мин инкубации на спектрофлуориметре СМ2203 (Solar, Белоруссия) при длине волны возбуждения
300 нм и длине волны испускания 410 нм. Активность фермента вычисляли по разнице амплитуды флуоресценции на 20 и 0 минутах инкубации, отнесенной к 1 мг белка ткани в минуту.
Статистическую обработку результатов проводили методом непараметрической статистики, для оценки различий между группами использовали критерий Манна - Уитни. Критический уровень значимости нулевой статистической гипотезы (р) принимали равным 0,05. Результаты в тексте представлены в виде медианы и интерквартальных размахов (Ме ^1; Q3]), на рисунках для наглядности - в виде среднего значения и стандартного отклонения.
Результаты
В гомогенатах гиппокампа мышей с интра-гиппокампальным введением Ар уровень НАД+ был значительно выше (18,24 [9,40; 21,28] %), чем в контрольной группе (5,64 [5,06; 8,02] %) (р = 0,024, рис. 1, а). Межклеточная жидкость у ложнооперированных мышей, собранная методом микродиализа, содержала НАД+ в количестве (4,11 [3,25; 4,98] %) нмоль/мкг белка, в группе мышей с экспериментальной нейродегенерацией содержание НАД+ составило (1,73 [1,51; 5,63] %) нмоль/мкг белка (р = 0,53, рис. 1, б). Таким образом, нейротоксическое действие Ар привело к увеличению концентрации НАД+ в ткани гип-покампа, преимущественно во внутриклеточном компартменте. Примечательно, что активность
25 п
а 20-
s !
3 15-
10-
5-
2-
10-
5-
Рис. 1. Уровень НАД+ в ткани гиппокампа (а) и внеклеточной жидкости головного мозга (б), активность АДФ-рибозилциклазы/СБ38 в ткани гиппокампа (в) животных контрольной группы (белые столбики) и с экспериментальной моделью болезни Альцгеймера (серые столбики); n = 4-7 (а, б), n = 7-9 (в); * - отличие от величины соответствующего показателя контрольной группы статистически значимо при р < 0,05 Fig. 1. NAD+ content in hippocampus tissue (a) and the extracellular fluid of the brain (b), ADP-ribosyl cyclase/CD38 activity in hippocampus tissue of animals of the control group (white bars) and with an experimental model of Alzheimer's disease (grey bars); n = 4-7 (а, б), n = 7-9 (в); * - p <0,05 compared to control
14-1
со 12-
0
и
1 10Н
я
00 m
О
U о
В
£
6-
4-
2-
я
I
Я о
1 ч м
о
9-1 8765432-
14 —I
ä 1-
СП
е
о
е
3
10-
8-
6-
4-
2-
Рис. 2. Экспрессия CD38 в гиппокампе на нейронах (а), эндотелиоцитах (б), астроцитах (в) ложноопериро-ванных животных (белые столбики) и после интрагиппокампального введения (серые столбики); *** - отличие от величины соответствующего показателя контрольной группы статистически значимо при р < 0,001
Fig. 2. Expression of CD38 in the hippocampus on neurons (a), on endothelial cells (b), on astrocytes (c) of sham-operated animals (white bars) and after intrahippocampal administration of amyloid beta (grey bars); *** - p <0,001 compared to control
АДФ-рибозилциклазы/CD38 в ткани гиппокампа значимо не различалась у животных обеих групп (контроль - 14,17 [11,05; 15,62], опыт - 8,16 [3,77; 12,35] ед/мин/мг белка) (рис. 1, в).
Вместе с тем мы обнаружили статистически значимое снижение экспрессии CD38 на нейронах в гиппокампе головного мозга (рис. 2, а; рис. 3) животных с интрагиппокампальным введением Ар (4,50 [4,00; 6,00] %) по сравнению с ложнооперированными животными (9,00 [7,00; 11,00] %) (р = 0,0003). В клетках эндотелиальной природы (рис. 2, б; рис. 4), напротив, отмечалось увеличение количества CD38+ клеток у животных с экспериментальной болезнью Альцгеймера относительно группы контроля: (7,00 [4,00; 8,00] %) и (4,00 [3,00; 5,50] %) (р < 0,0001) соответственно. Статистически значимых различий экспрессии CD38 на астроцитах головного мозга (рис. 2, в; рис. 5) животных опытной и контрольной групп не обнаружено: (8,00 [6,00; 12,00] %) и (7,00 [5,75; 11,00] %) (р = 0,5845) соответственно. Таким образом, на фоне увеличения внутриклеточного уровня НАД+ в гиппокампе клетки эндотелия церебральных микрососудов демонстрируют значительное увеличение, а клетки нейрональной природы - существенное снижение экспрессии CD38 при развитии нейродегенерации. Суммарное определение активности фермента в таком случае не отражает характера его функциональной активности в клетках каждого типа в ткани.
Обсуждение
Молекула НАД+ является ключевым кофактором, например, для дегидрогеназ гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и субстратом для ряда НАД+-конвертирующих ферментов (CD38, сиртуины, поли(АДФ-рибозил)полимераза, мо-но(АДФ-рибозил)трансферазы) [10]. Оценка уровня НАД+ дает представление об эффективности окислительно-восстановительных процессов и митохондриального дыхания в клетке. Поскольку множество исследований отмечает снижение содержания НАД+ с возрастом, а также при нейродегенерациях [5, 6, 24], найденный нами повышенный уровень НАД+ в клетках гиппокампа мышей с экспериментальной БА, по-видимому, характеризует развитие метаболического ответа на токсическое действие Ар.
Исходя из полученных нами данных, логично предположить, что результатом токсического эффекта Ар на клетки гиппокампа в раннем периоде после его интрагиппокампального введения является активизация механизмов стресс-ответа клеток, что приводит к увеличению концентрации НАД+ в ткани гиппокампа в связи с регенерацией НАД+ в реакциях гликолиза и/или окислением НАДН в дыхательной цепи митохондрий [25]. Недавно показано, что клетки готовы «пожертвовать» митохондриальным дыханием в том случае, если потребность в НАД+ в них выше,
DAPI NSE CD38 MERGE
50 MKM i i
Рис. 3. Экспрессия CD38 на нейронах в гиппокампе ложнооперированных животных (C57BL/6+PBS) и после
интрагиппокампального введения А@ (C57BL/6+Ab1-42) Fig. 3. Expression of CD38 on neurons in the hippocampus of sham-operated animals. (C57BL/6 + PBS) and after intrahippocampal administration of amyloid beta (C57BL/6 + Ab1-42)
чем потребность в АТФ, например, при инициации митоза [26]. Действительно, интенсивный синтез НАД+ сопровождает защитные клеточные ответы [27], а введение предшественников НАД+ восстанавливает сниженный с возрастом уровень НАД+ в тканях мышей [28], редуцирует неврологические проявления БА [29], аутизма [30].
Увеличение биодоступности НАД+ является вероятной причиной повышения экспрессии CD38, который в силу своей НАД+-гликогидролазной/АДФ-рибозилциклазной активности может эффективно конвертировать НАД+ в продукты с кальций-мобилизующей активностью [9]. С другой стороны, НАД+ служит
DAPI CD31 CD38 MERGE
50 мкм i i
Рис. 4. Экспрессия CD38 на эндотелиоцитах в гиппокампе ложнооперированных животных (C57BL/6+PBS) и
после интрагиппокампального введения Aß (C57BL/6+Ab1-42) Fig. 4. Expression of CD38 on endothelial cells in the hippocampus of sham-operated animals. (C57BL/6 + PBS) and after intrahippocampal administration of amyloid beta (C57BL/6 + Ab1-42)
50 мкм
I I
Рис. 5. Экспрессия CD38 на астроцитах в гиппокампе ложнооперированных животных (C57BL/6+PBS) и после
интрагиппокампального введения А@ (C57BL/6+Ab1-42) Fig. 5. Expression of CD38 on astrocytes in the hippocampus of sham-operated animals. (C57BL/6 + PBS) and after intrahippocampal administration of amyloid beta (C57BL/6 + Ab1-42)
кофактором ферментов, обеспечивающих защиту клетки от последствий окислительного повреждения ДНК - поли(АДФ-рибозил)полимеразы и сиртуинов [31]. В таком случае активация процесса регенерации молекул НАД+ в реакциях интенсивного гликолиза на фоне подавления ми-тохондриальной активности клеток гиппокампа приведет к «конкуренции» CD38 и ферментов репарации ДНК за субстрат. Примечательно, что мы не обнаружили изменений внеклеточного уровня НАД+, что свидетельствует о том, что процессы транспорта НАД+ из клеток, например, за счет активности паннексинов и коннексиновых полуканалов [32], заторможены для сохранения НАД+ в клетках, либо процессы клеточной гибели, сопровождающиеся высвобождением НАД+ во внеклеточное пространство, не активны. Известно, что содержание НАД+ в клетках всегда значительно больше, чем во внеклеточном пространстве [33], причем часть внеклеточного НАД+ может захватываться клетками для восполнения его внутриклеточной концентрации, что, например, необходимо для предотвращения гибели клеток [34].
Зарегистрированные нами разнонаправленные изменения экспрессии CD38 в нейронах и эндотелиоцитах гиппокампа, вероятно, отражают различный метаболический профиль этих клеток:
нейроны преимущественно используют митохон-дриальное дыхание, тогда как клетки эндотелия помимо высокой митохондриальной активности утилизируют гликолитические процессы для продукции лактата [35], обладающего, например, выраженным проангиогенным эффектом [36]. Таким образом, гликолитически активные клетки церебрального эндотелия увеличивают экспрессию CD38, тогда как нейроны с доминирующей митохондриальной активностью снижают экспрессию этого фермента в условиях развивающейся нейродегенерации. Известно, что у мышей, дефицитных по CD38, регистрируется повышение уровня НАД+ во многих тканях, включая мозг [11], поэтому логично предположить, что обнаруженное нами снижение экспрессии CD38 в нейронах гиппокампа оказывается значимым регулирующим фактором для увеличения в них внутриклеточного содержания НАД+, необходимого для предотвращения последствий токсического действия Ар. Логично предположить, что клетки церебрального эндотелия с увеличенной экспрессией CD38 демонстрируют таким образом интенсификацию своей гликолитической активности на фоне торможения митохондриаль-ного дыхания, что нуждается в дополнительной экспериментальной проверке.
Заключение
Развитие нейродегенерации при введении Ар в ткань гиппокампа экспериментальных животных характеризуется увеличением внутриклеточного пула НАД+ и разнонаправленными изменениями экспрессии НАД+-рибозилциклазы/CD38 в клетках гиппокампа: снижением экспрессии в нейронах и увеличением экспрессии в клетках церебрального эндотелия, что соответствует их разному метаболическому профилю и необходимо для реализации стресс-ответа клеток на токсическое действие Ар.
Список литературы / References
1. Kurakin A., Bredesen D.E. Alzheimer's disease as a systems network disorder: chronic stress/dysho-meostasis, innate immunity, and genetics. Aging (Albany NY). 2020; 12 (18): 17815-17844. doi: 10.18632/ aging.103883
2. Fernandez-Fernandez S., Almeida A., Bo-lanos J.P. Antioxidant and bioenergetic coupling between neurons and astrocytes. Biochem. J. 2012; 443 (1): 3-11. doi: 10.1042/BJ20111943
3. Kerr J.S., Adriaanse B.A., Greig N.H., Matt-son M.P., Cader M.Z., Bohr V.A., Fang E.F.. Mitophagy and Alzheimer's disease: cellular and molecular mechanisms. Trends Neurosci. 2017; 40 (3): 151-166. doi: 10.1016/j.tins.2017.01.002
4. Rose J., Brian C., Woods J., Pappa A., Pan-ayiotidis M.I., Powers R., Franco R. Mitochondrial dysfunction in glial cells: Implications for neuronal homeostasis and survival. Toxicology. 2017; 391: 109115. doi: 10.1016/j.tox.2017.06.011
5. Dong Y., Brewer G.J. Global metabolic shifts in age and alzheimer's disease mouse brains pivot at NAD+/NADH redox sites. J. Alzheimers Dis. 2019; 71 (1): 119-140. doi: 10.3233/JAD-190408
6. Katsyuba E., Romani M., Hofer D., Auwerx J. NAD+ homeostasis in health and disease. Nat. Metab. 2020; 2 (1): 9-31. doi: 10.1038/s42255-019-0161-5
7. Camacho-Pereira J., Tarrago M.G., Chini C.C.S., Nin V., Escande C., Warner G.M., Puranik A.S., Schoon R.A., Reid J.M., Galina A., Chini E.N. CD38 dictates age-related NAD decline and mitochondrial dysfunction through an sirt3-dependent mechanism. Cell Metab. 2016; 23 (6): 1127-1139. doi: 10.1016/j. cmet.2016.05.006
8. Chini E.N. CD38 as a regulator of cellular NAD: a novel potential pharmacological target for metabolic conditions. Curr. Pharm. Des. 2009; 15 (1): 57-63. doi: 10.2174/138161209787185788
9. Horenstein A.L., Faini A.C., Morandi F., Brac-ci C., Lanza F., Giuliani N., Paulus A., Malavasi F. The circular life of human cd38: from basic science to
clinics and back. Molecules. 2020; 25 (20): 4844. doi: 10.3390/molecules25204844
10. Салмина А.Б., Инжутова А.И., Моргун А.В., Окунева О.С., Малиновская Н.А., Лопатина О.Л., Петрова М.М., Таранушенко Т.Е., Фурсов А.А., Кувачева Н.В. НАД+-конвертирующие ферменты в клетках нейрональной и глиальной природы: CD38 как новая молекула-мишень для нейропротекции. Вестн. РАМН. 2019; 67 (10): 29-37. doi: 10.15690/ vramn.v67i10.413
Salmina A.B., Inzhutova A.I., Morgun A.V., Oku-neva O.S., Malinovskaya N.A., Lopatina O.L., Petrova M.M., Taranushenko T.E., Fursov A.A., Kuvacheva N.V. NAD+-converting enzymes in neuronal and glial cells: CD38 as a novel target for neuroprotection. Vest-nik Rossiiskoy akademii meditsinskikh nauk = Annals of the Russian Academy of Medical Sciences. 2012; 67 (10): 29-37. [In Russian]. doi: 10.15690/vramn. v67i10.413
11. Aksoy P., White T.A., Thompson M., Chini E.N. Regulation of intracellular levels of NAD: a novel role for CD38. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2006; 345 (4): 1386-1392. doi: 10.1016/j.bbrc.2006.05.042
12. Deaglio S., Morra M., Mallone R., Ausiel-lo C.M., Prager E., Garbarino G., Dianzani U., Stockinger H., Malavasi F. Human CD38 (ADP-ribosyl cyclase) is a counter-receptor of CD31, an Ig superfamily member. J. Immunol. 1998; 160 (1): 395-402.
13. Higashida H., Salmina A.B., Olovyanniko-va R.Y., Hashii M., Yokoyama S., Koizumi K., Jin D., Liu H.X., Lopatina O., Amina S., Islam M.S., Huang J.J., Noda M. Cyclic ADP-ribose as a universal calcium signal molecule in the nervous system. Neu-rochem. Int. 2007; 51 (2-4): 192-199. doi: 10.1016/j. neuint.2007.06.023
14. Deaglio S., Mallone R., Baj G., Arnulfo A., Surico N., Dianzani U., Mehta K., Malavasi F. CD38/ CD31, a receptor/ligand system ruling adhesion and signaling in human leukocytes. Chem. Immunol. 2000; 75: 99-120.
15. Malavasi F., Deaglio S., Funaro A., Ferrero E., Horenstein A.L., Ortolan E., Vaisitti T., Aydin S. Evolution and function of the ADP ribosyl cyclase/CD38 gene family in physiology and pathology. Physiol. Rev. 2008; 88 (3): 841-886. doi: 10.1152/physrev.00035.2007
16. Franco L., Guida L., Bruzzone S., Zocchi E., Usai C., de Flora A. The transmembrane glycoprotein CD38 is a catalytically active transporter responsible for generation and influx of the second messenger cyclic ADP-ribose across membranes. FASEB J. 1998; 12 (14): 1507-1520. doi: 10.1096/fasebj.12.14.1507
17. Song E.K., Rah S.Y., Lee Y.R., Yoo C.H., Kim Y.R., Yeom J.H., Park K.H., Kim J.S., Kim U.H., Han M.K. Connexin-43 hemichannels mediate cyclic ADP-ribose generation and its Ca2+-mobilizing activity by NAD+/cyclic ADP-ribose transport. J. Biol.
Chem. 2011; 286 (52): 44480-44490. doi: 10.1074/jbc. M111.307645
18. Hayakawa K., Esposito E., Wang X., Terasaki Y., Liu Y., Xing C., Ji X., Lo E.H. Transfer of mitochondria from astrocytes to neurons after stroke. Nature. 2016; 535 (7613): 551-555. doi: 10.1038/nature18928
19. Guerreiro S., Privat A.L., Bressac L., Toulorge D. CD38 in neurodegeneration and neuroinflammation. Cells. 2020; 9 (2): 471. doi: 10.3390/cells9020471
20. Boslett J., Hemann C., Christofi F.L., Zweier J.L. Characterization of CD38 in the major cell types of the heart: endothelial cells highly express CD38 with activation by hypoxia-reoxygenation triggering NAD(P)H depletion. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2018; 314 (3): 297-309. doi: 10.1152/ajpcell.00139.2017
21. Epelbaum S., Youssef I., Lacor P.N., Chau-rand P., Duplus E., Brugg B., Duyckaerts C., Delatour B. Acute amnestic encephalopathy in amyloid-P oligomer-injected mice is due to their widespread diffusion in vivo. Neurobiol. Aging. 2015; 36 (6): 20432052. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2015.03.005
22. Sipos E., Kurunczi A., Kasza A., Horvath J., Felszeghy K., Laroche S., Toldi J., Parducz A., Pen-ke B., Penke Z. Beta-amyloid pathology in the entorhi-nal cortex of rats induces memory deficits: implications for Alzheimer's disease. Neuroscience. 2007; 147 (1): 28-36. doi: 10.1016/j.neuroscience.2007.04.011
23. Encinas J.M., Enikolopov G. Identifying and quantitating neural stem and progenitor cells in the adult brain. Methods Cell Biol. 2008; 85C: 243-272. doi: 10.1016/S0091-679X(08)85011-X
24. Zhu X.H., Lu M., Lee B.Y., Ugurbil K., Chen W. In vivo NAD assay reveals the intracellular NAD contents and redox state in healthy human brain and their age dependences. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015; 112 (9): 2876-2881. doi: 10.1073/pnas.1417921112
25. Xie N., Zhang L., Gao W., Huang C., Huber P.E., Zhou X., Li C., Shen G., Zou B. NAD+ metabolism: pathophysiologic mechanisms and therapeutic potential. Signal Transduct. Target Ther. 2020; 5 (1): 227. doi: 10.1038/s41392-020-00311-7
26. Luengo A., Li Z., Gui D.Y., Sullivan L.B., Za-gorulya M., Do B.T., Ferreira R., Naamati A., Ali A., Lewis C.A., Thomas C.J., Spranger S., Matheson N.J., Vander Heiden M.G. Increased demand for NAD+ relative to ATP drives aerobic glycolysis. Mol. Cell. 2021; 81 (4): 691-707. doi: 10.1016/j.molcel.2020.12.012
27. Braidy N., Berg J., Clement J., Khorshidi F., Poljak A., Jayasena T., Grant R., Sachdev P. Role of nicotinamide adenine dinucleotide and related precur-
sors as therapeutic targets for age-related degenerative diseases: rationale, biochemistry, pharmacokinetics, and outcomes. Antioxid. Redox Signal. 2019; 30 (2): 251-294. doi: 10.1089/ars.2017.7269
28. Mills K.F., Yoshida S., Stein L.R., Gro-zio A., Kubota S., Sasaki Y., Redpath P., Migaud M.E., Apte R.S., Uchida K., Yoshino J., Imai S.I. Long-term administration of nicotinamide mononucleotide mitigates age-associated physiological decline in mice. Cell Metab. 2016; 24 (6): 795-806. doi: 10.1016/j. cmet.2016.09.013
29. Wang X., Hu X., Yang Y., Takata T., Saku-rai T. Nicotinamide mononucleotide protects against P-amyloid oligomer-induced cognitive impairment and neuronal death. Brain Res. 2016; 1643: 1-9. doi: 10.1016/j.brainres.2016.04.060
30. Gerasimenko M., Cherepanov S.M., Furuha-ra K., Lopatina O., Salmina A.B., Shabalova A.A., Tsu-ji C., Yokoyama S., Ishihara K., Brenner C., Higashi-da H. Nicotinamide riboside supplementation corrects deficits in oxytocin, sociability and anxiety of CD157 mutants in a mouse model of autism spectrum disorder. Sci. Rep. 2020; 10 (1): 10035. doi: 10.1038/s41598-019-57236-7
31. Choi J.E., Mostoslavsky R. Sirtuins, metabolism, and DNA repair. Curr. Opin Genet. Dev. 2014; 26: 24-32. doi: 10.1016/j.gde.2014.05.005
32. Bruzzone S., Guida L., Zocchi E., Franco L., de Flora A. Connexin 43 hemi channels mediate Ca2+-reg-ulated transmembrane NAD+ fluxes in intact cells. FASEB J. 2001; 15 (1): 10-12. doi: 10.1096/fj.00-0566fje
33. Clement J., Wong M., Poljak A., Sachdev P., Braidy N. The plasma NAD+ metabolome is dysregu-lated in «normal» aging. Rejuvenation Res. 2019; 22 (2): 121-130. doi: 10.1089/rej.2018.2077
34. Billington R.A., Travelli C., Ercolano E., Gal-li U., Roman C.B., Grolla A.A., Canonico P.L., Con-dorelli F., Genazzani A.A. Characterization of NAD uptake in mammalian cells. J. Biol. Chem. 2008; 283 (10): 6367-6374. doi: 10.1074/jbc.M706204200
35. Leung S.W.S., Shi Y. The glycolytic process in endothelial cells and its implications. Acta Pharmacol. Sin. 2021. doi: 10.1038/s41401-021-00647-y
36. Salmina A.B., Kuvacheva N.V., Morgun A.V., Komleva Y.K., Pozhilenkova E.A., Lopatina O.L., Gorina Y.V., Taranushenko T.E., Petrova L.L. Glycol-ysis-mediated control of blood-brain barrier development and function. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2015; 64: 174-184. doi: 10.1016/j.biocel.2015.04.005
Сведения об авторах:
Алина Асатовна Семёнова, к.б.н., ORCID: 0000-0002-2682-8979, e-mail: alina_shamsutdin@mail.ru Яна Валерьевна Горина, к.фарм.н., ORCID: 0000-0002-3341-1557, e-mail: yana_20@bk.ru Елена Дмитриевна Хилажева, ORCID: 0000-0002-9718-1260, e-mail: elena.hilazheva@mail.ru Екатерина Викторовна Харитонова, к.фарм.н., ORCID: 0000-0002-1359-9249,
e-mail: ekaterinav1201@gmail.com Алла Борисовна Салмина, д.м.н., проф., ORCID: 0000-0003-4012-6348, e-mail: allasalmina@mail.ru
Information about the authors:
Alina A. Semenova, candidate of biological sciences, ORCID: 0000-0002-2682-8979,
e-mail: alina_shamsutdin@mail.ru Yana V. Gorina, candidate of pharmaceutical sciences, ORCID: 0000-0002-3341-1557, e-mail: yana_20@bk.ru Elena D. Khilazheva, ORCID: 0000-0002-9718-1260, e-mail: elena.hilazheva@mail.ru Ekaterina V. Kharitonova, candidate of pharmaceutical sciences, ORCID: 0000-0002-1359-9249,
e-mail: ekaterinav1201@gmail.com Alla B. Salmina, doctor of medical sciences, professor, ORCID: 0000-0003-4012-6348, e-mail: allasalmina@mail.ru
Поступила в редакцию 17.06.2021 После доработки 07.08.2021 Принята к публикации 27.08.2021
Received 17.06.2021 Revision received 07.08.2021 Accepted 27.08.2021
