CC BY
42
S. Смирина Э. М. Особенности структуры костной ткани амфибий и рептилий и проблема определения их возраста. Автореф. дис. ... канд. биол. наук. - М.: МГУ, 1976. - 24 с.
9. Шварц С. С. Метод морфофизиологических индикаторов в экологии наземных позвоночных I С. С. Шварц, В. С. Смирнов, Л. Н. Добринский. - Свердловск, 196S. - 36S с.
Надійшла до редколегії 20.09.05.
УДК 577. 156 : 612. 015 + 576.311
В. С. Недзвецький
Дніпропетровський національний університет
ВПЛИВ СТРЕПТОЗОТОЦИН-ІНДУКОВАНОГО ДІАБЕТУ НА ЕКСПРЕСІЮ НЕРВОВОСПЕЦИФІЧНИХ БІЛКІВ І МНЕСТИЧНІ ФУНКЦІЇ ЦНС
Досліджено вплив СТЗ-діабету на експресію NCAM і астроцитарну реактивність за допомогою визначення астрогліального маркергліального фібрилярного кислого білка (ГФКБ) у різних регіонах мозку.
Influence of STZ-diabetes on the NCAM expression and astrocytic reactivity was studied with the help of determination of astroglial glialmarker fibrous acidic protein in different brain areas.
Вступ
Специфічні білки нейронів і глії визначають особливості функціонування окремих клітинних компонентів ЦНС та їх взаємодію як у нормі, так і при різних патологічних розладах. На сьогоднішній день функції нервовоспецифічних білків (НСБ) у вищій нервовій діяльності, розвитку нейропатії залишаються вивченими недостатньо для розуміння зв’язку між молекулярними змінами та модуляцією фіологічних процесів нервових клітин [1]. Міжклітинна адгезія надзвичайно важлива для процесів розвитку, диференціації та функціонування клітин нервової системи.
Молекула адгезії нервових клітин (NCAM) грає важливу роль в ембріогенезі нервової системи, проростанні нейритів, формуванні та функціонуванні синапсів [2]. Білки цитоскелета відіграють важливу роль у таких життєво важливих процесах, як аксональний транспорт, забезпечення стабільної морфології, модуляції руху астроцитів та їх відростків, проростання нейритів у процесах розвитку та репарації ушкоджень [10]. Гістоспецифічним компонентом проміжних філаментів цитоскелета астроцитів є гліальний фібрилярний кислий білок (ГФКБ) [3]. Роль НСБ у нейроде-генеративних процесах і відновленні пошкоджень залишається не з’ ясованою.
Матеріал і методи досліджень
Дослідження проведені на щурах лінії Wistar (статевозрілі самці, 1416 тижнів). Тварини були розділені на дві групи (n = 12). Тваринам першої групи одноразово вводили інтраперитонеально СТЗ у дозі 5 мгікг. Тварини контрольної групи отримували фізіологічний розчин у тому ж об’ємі. Процес навчання оцінювали у водяному тесті Мориса через 21 добу після введення СТЗ [5].
Фракції розчинних, цитоскелетних і мембранних білків одержували з тканин гіпокампу, кори і мозочка за 2Б діб після ін’єкції СТЗ, як описано раніше. ДСН-ПААГ електрофорез проводили в градієнті поліакриламіду 7,5-17,5 % за Лаемлі [7]. Визначення поліпептидного складу ГФКБ проводили методом імуноблотингу з ви-
© Недзвецький В. С., 2005 134
користанням моноспецифічної антисироватки, як описано раніше [9]. Вміст загального білка в екстрактах визначали методом Лоурі в модифікації Міллера [11]. Визначення відносної інтенсивності поліпептидних зон проводили за допомогою комп’ютерної обробки сканованих результатів імуноблотингу.
Результати та їх обговорення
Результати виміру часу, за який тварини знаходили підводну платформу у водяному тесті Мориса, представлені на рис. 1. У контрольній групі тварин час становив 8 ± 1,6 с, а у групі СТЗ-діабетичних щурів - 26 ± 4,3 с. Таке значне збільшення часу у виконанні завдань тесту свідчить про розвиток пізнавального дефіциту в групі діабетичних щурів.
я
я
сЗ
я
ш
о
Дні виконання тесту
Рис. 1. Результати вимірювання часу виконання завдань тесту Мориса щурами контрольної (о) і СТЗД (□) груп
Рівень ГФКБ і поліпептидний склад визначали у білкових фракціях гіпокампу, кори великих півкуль і мозочка. Зміни поліпептидного складу та значне збільшення вмісту ГФКБ виявлено у всіх трьох відділах мозку. У мозку щурів через 21 день після ін’єкції СТЗ методом імуноблотингу виявили підвищення вмісту деградованих поліпептидів 42-47 кДа. Найбільш інтенсивні продукти деградації цитоскелетної фракції ГФКБ (35-37 кДа) виявлені в мозочку та гіпокампі групи діабетичних щурів. У мозочку цієї групи виявлене збільшення вмісту ГФКБ (р < 0,001) порівняно з контрольною групою (рис. 2). Зміни цитоскелетного білка ГФКБ у мозочку відображають загальні риси метаболічного розладу в астрогліальних клітинах при СТЗ-індукованому діабеті. У корі великих півкуль визначено значне збільшення продуктів деградації ГФКБ, що свідчить про інтенсивні цитоскелетні перебудови.
ГФКБ - головний компонент цитоскелета астроцитів, що обумовлює характерну для цього гліального типу зірчасту форму. Зміни вмісту й поліпептидного складу білка гліальних проміжних філаментів свідчать про реактивний астрогліоз у відповідь на метаболічні порушення, які індукуються СТЗ. Реактивний астрогліоз швидко розвивається після ушкоджень мозку різної природи. Гліоз супроводжується інтенсивною проліферацією та диференціацією астроцитів [13]. Характерною ознакою цих подій є підвищення експресії ГФКБ.
Вплив екстремальних концентрацій глюкози, гострої гіпоглікемії і хронічної гіперглікемії веде до метаболічних порушень. Унаслідок метаболічного та васкулярного розладів діабет викликає значні ушкодження ЦНС, наприклад, інсульт. Однак присутні й менш помітні зміни в мозку, зокрема, дефіцит пізнавальної активності [8]. Діабет асоційований з енцефалопатією, що характеризується
Діабет асоційований з енцефалопатією, що характеризується повільною прогресією і клінічно значним пізнавальним дефіцитом.
У тваринних діабетичних моделях погіршення просторового навчання відбувається одночасно зі змінами гіпокампальної синаптичної пластичності, а також балансу вторинних месенджерів [14].
©
т
1 2 А
1 2 Б
1 2
В
Рис. 2. Відносний вміст цитоскелетної фракції ГФКБ у гіпокампі (А), корі великих півкуль (Б), мозочка (В): 1 - контроль; 2 - СТЗД група щурів; * - р < 0,05; ** - р < 0,01 відносно контрольної групи (п = 3^12)
3
1 2 3 1 2 3 1 2 3
Гіпокамп Кора в.п. Мозочок
Рис. 3. Відносний вміст ізоформи NCAM180 у мозку щурів:
1 - контрольна група; 2 - група СТЗД щурів;
3 - група СТЗД щурів, які отримували курсові ін’єкції мелатоніну;
** -р < 0,01; *** -р < 0,001 відносно контрольної групи; лл -р < 0,01; ллл -р < 0,001 відносно групи 2 (п = 3x12)
Визначений дисбаланс вмісту ізоформ КЄЛМ180 свідчить про порушення експресії цього білка. Відносний вміст КЄЛМ180 у гіпокампі і корі великих півкуль у групі щурів з СТЗД був вірогідно знижений (р < 0,001 і р < 0,01 відповідно) порівняно з контрольною групою. Враховуючи те, що адгезивні молекули підтримують цілісність міжнейронних синаптичних контактів і взаємодію нейронів із гліальними клітинами, можна передбачити певну роль КЄЛМ у патогенезі діабетичної нейропатії. Порушення адгезивних зв’язків відбивається на здатності нервової системи до пластичних перебудов, формування функціонально значимих синапсів. Таким чином, виявлене нами зниження КЄЛМ180 у групі діабетичних щурів може бути частиною патогенетичного процесу розвитку пізнавального дефіциту.
З огляду на представлені результати, можна припустити, що порушення утилізації глюкози викликає розвиток астрогліозу, погіршує пластичність синаптичних
контактів зрілої нервової системи і веде до розвитку пізнавального дефіциту. Виявлені зміни в експресії гліального (ГФКБ) і нейронального (NCAM) маркерів, а також розвиток пізнавального дефіциту при СТЗД свідчать про зв’язок порушеннь метаболізму даних НСБ з вищою нервовою діяльністю.
Бібліографічні посилання
1. Недзвецкий В. С. Влияние мелатонина на познавательную способность и экспрессию молекулы адгезии нервных клеток NCAM при стрептозотоцин-индуцированном диабете I В. С. Недзвецкий, П. А. Неруш, С. В. Кириченко II Neurophysiology I Нейрофизиология. -200З. - Т. З5, № 6. - С. 46З-469.
2. Altered expression of NCAM in hippocampus and cortex may underlie memory and learning deficits in rats with streptozotocin-induced diabetes mellitus I G. Baydas, V. S. Nedzvetskii, P. A. Nerush et all. II Life Sci. - 200З. - Vol. 7З. - P. 1907-1916.
3. Baydas G. Altered glial acidic protein content and its degradation in the hippocampus, cortex and cerebellum of rats exposed to constant light: reversal by melatonin I G. Baydas, R. J. Reiter, V. S. Nedzvetskii II J. Pineal Res. - 2002. - Vol. ЗЗ. - P. 1-6.
4. Behavioural correlates of striatal glial fibrillary acidic protein in the З-nitropropionic acid rat
model: disturbed walking pattern and spatial orientation I C. E. Teunissen, H. W. Steinbusch,
M. Angevaren et all. II Neurosci. - 2001. - Vol. 105, N 1. - P. 15З-167.
5. Biessels G. J. The calcium hypothesis of brain aging and neurodegenerative disorders: significance in diabetic neuropathy II Life Sci. - 1996. - Vol. 59. - P. 379-387.
6. Comparative pharmacological studies of melatonin receptors MT1, MT2 and MT3IQR2. Tissue distribution of MT3IQR2 I O. Noslean, J. P. Nicolas, F. Klupsh et all. II Biochem. Pharmacol. - 2001. - Vol. 61, N 11. - P. 1З69-1З79.
7. Coyle J. T. Oxidative stress, glutamate, and neurodegenerative disorders I J. T. Coyle,
P. Puttfarcken II Science. - 199З. - Vol. 262, N 1. - P. 6S9-695.
S. Free radical-mediated molecular damage. Mechanisms for the protective actions of melatonin in central nervous system I R. J. Reiter, D. Acuna-Castroviejo, D. X. Tan, S. Burkhardt II Ann. of the N.Y. Acad. of Sci. - 2001. - Vol. 9З9. - P. 200-215.
9. Gispen W. H. Cognition and synaptic plasticity in diabetes mellitus I W. H. Gispen,
G. J. Biessels II Trends Neurosci. - 2000. - Vol. 2З, N 2. - P. 542-549.
10. Increase of glial fibrillary acidic protein and S-100B in hipocampus and cortex of diabetic rats: effects of vitamin E I G. Baydas, V. S. Nedzvetskii, M. Tuzcu et all. II European J. of Pharmacol. - 200З. - Vol. 462. - P. 67-71.
11. Laemmli O. H. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4 II Nature. - 1970. - Vol. 227, N 1. - P. 24З-246.
12. Litvin O. O. Mechanisms of memory reorganization during retrieval of acquired behavioral esperiance in chiks: the effects of protein synthesis inhibition in the brain I O. O. Litvin, K. V. Anokhin II Neurosci Behav. Physiol. - 2000. - Vol. З0, N 6. - P. 671-67S.
13. Miller G. L. Protein determination for large numbers of samples II Anal. Chem. - 1959. -Vol. З1, N 5. - P. 964-966.
14. Reactive astrocytes: cellular and molecular cues to biological function I J. L. Ridet, S. K. Mal-hotra, A. A. Privat et all. II Trends Neurosci. - 1997. - Vol. 20, N 12. - Р. 570-577.
15. Sharma M. Intracerebroventricular injection of streptozotocin in rats produces both oxidative stress in the brain and cognitive impairment I M. Sharma, Y. K. Gupta II Life Sci. - 2001. -Vol. 6S. - P. 1021-1029.
Надійшла до редколегії 10.09.05.
1З7
