Влияние оверэкспрессии белка HSP70 на развитие коры головного мозга
- Авторы: Митина Н.Н.1,2, Амброзкевич М.К.3, Моторина А.О.1,2, Тарабыкин В.С.3
-
Учреждения:
- Научно-исследовательский институт нейронаук, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
- Научно-исследовательский институт медицинской генетики Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук
- Институт клеточной биологии и нейробиологии клиники Шарите
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 516-519
- Раздел: Материалы конференции
- Статья получена: 16.11.2023
- Статья одобрена: 16.11.2023
- Статья опубликована: 15.12.2023
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/623469
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623469
- ID: 623469
Цитировать
Полный текст
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
Белки теплового шока (Hsps) представляют собой большое семейство молекулярных шаперонов, которые хорошо известны своей ролью в созревании, рефолдинге и деградации белков. Hsp70 способствует выживанию клеток при различных патологических процессах в головном мозге, таких как инсульт, нейродегенеративные заболевания, эпилепсия и травмы [1]. Также одной из функций Hsps является содействие правильному эмбриональному и постнатальному развитию многих систем органов, особенно нервной системы [2]. Показано, что белки теплового шока проявляют специфические паттерны экспрессии в процессе развития нервной системы, особенно в критические моменты эмбрионального и постнатального развития [1].
Во время эмбрионального развития нейрональные и глиальные предшественники должны выживать в относительно гипоксической микросреде и одновременно выполнять энергетически затратные действия, такие как рост нейритов и миграция клеток. Hsps могут стимулировать или ингибировать развитие нервной системы посредством специфических путей, регулирующих дифференцировку клеток, рост нейритов, миграцию клеток или ангиогенез [1].
Действительно, недавние исследования показали, что Hsp70 непосредственно регулирует развитие нервной системы посредством модуляции сигнальных каскадов, участвующих в росте и миграции клеток [3]. Кроме того, было показано [4], что экзогенное введение Hsp70 значительно увеличивало популяции пролиферирующих клеток и дифференцированных нейробластов в гиппокампе мышей. Однако другие исследователи [1] предполагают, что избыточная экспрессия белков теплового шока может отрицательно сказываться на выживании клеток. Таким образом точная роль этих шаперонов остается в значительной степени неизученной.
В своем исследовании мы с помощью in utero электропорации вводили плазмиды, контролирующие оверэкспрессию Hsp70 в клетки-предшественники нейронов эмбрионов мышей на 14 день гестации. В эксперименте также использовалась плазмидная ДНК, кодирующая GFP, для последующей визуализации трансформированных клеток. На 18 день гестации получали образцы головного мозга для последующего имуногистохимического анализа срезов. Методом конфокальной микроскопии сравнивали особенности миграции нейронов в контроле и при оверэкспрессии Hsp70.
Было обнаружено, что клетки, индуцирующие выработку Hsp70 плазмиды, демонстрируют более медленную миграцию в сравнении с контрольными. Также мы предполагаем, что индукция экспрессии Hsp70 может вызывать нарушения в анатомическом строении нейронов, а также влиять на развитие отростков.
В дальнейшем будут продолжены изучение цитоархетектоники коры, включая анализ принадлежности электропорированных клеток к отдельным популяциям нейронов с помощью маркеров Satb2 и Ctip2, оценка их дифференцировки путём подсчета клеток, не вышедших из митотического цикла, а также проверка гипотезы об индукции апоптоза в электропорированных Hsp70 клетках.
Ключевые слова
Полный текст
Белки теплового шока (Hsps) представляют собой большое семейство молекулярных шаперонов, которые хорошо известны своей ролью в созревании, рефолдинге и деградации белков. Hsp70 способствует выживанию клеток при различных патологических процессах в головном мозге, таких как инсульт, нейродегенеративные заболевания, эпилепсия и травмы [1]. Также одной из функций Hsps является содействие правильному эмбриональному и постнатальному развитию многих систем органов, особенно нервной системы [2]. Показано, что белки теплового шока проявляют специфические паттерны экспрессии в процессе развития нервной системы, особенно в критические моменты эмбрионального и постнатального развития [1].
Во время эмбрионального развития нейрональные и глиальные предшественники должны выживать в относительно гипоксической микросреде и одновременно выполнять энергетически затратные действия, такие как рост нейритов и миграция клеток. Hsps могут стимулировать или ингибировать развитие нервной системы посредством специфических путей, регулирующих дифференцировку клеток, рост нейритов, миграцию клеток или ангиогенез [1].
Действительно, недавние исследования показали, что Hsp70 непосредственно регулирует развитие нервной системы посредством модуляции сигнальных каскадов, участвующих в росте и миграции клеток [3]. Кроме того, было показано [4], что экзогенное введение Hsp70 значительно увеличивало популяции пролиферирующих клеток и дифференцированных нейробластов в гиппокампе мышей. Однако другие исследователи [1] предполагают, что избыточная экспрессия белков теплового шока может отрицательно сказываться на выживании клеток. Таким образом точная роль этих шаперонов остается в значительной степени неизученной.
В своем исследовании мы с помощью in utero электропорации вводили плазмиды, контролирующие оверэкспрессию Hsp70 в клетки-предшественники нейронов эмбрионов мышей на 14 день гестации. В эксперименте также использовалась плазмидная ДНК, кодирующая GFP, для последующей визуализации трансформированных клеток. На 18 день гестации получали образцы головного мозга для последующего имуногистохимического анализа срезов. Методом конфокальной микроскопии сравнивали особенности миграции нейронов в контроле и при оверэкспрессии Hsp70.
Было обнаружено, что клетки, индуцирующие выработку Hsp70 плазмиды, демонстрируют более медленную миграцию в сравнении с контрольными. Также мы предполагаем, что индукция экспрессии Hsp70 может вызывать нарушения в анатомическом строении нейронов, а также влиять на развитие отростков.
В дальнейшем будут продолжены изучение цитоархетектоники коры, включая анализ принадлежности электропорированных клеток к отдельным популяциям нейронов с помощью маркеров Satb2 и Ctip2, оценка их дифференцировки путём подсчета клеток, не вышедших из митотического цикла, а также проверка гипотезы об индукции апоптоза в электропорированных Hsp70 клетках.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (грант № Н-026-0_2023-2025).
Об авторах
Н. Н. Митина
Научно-исследовательский институт нейронаук, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского; Научно-исследовательский институт медицинской генетики Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: Turyginanatasha@yandex.ru
Россия, Нижний Новгород; Томск
М. К. Амброзкевич
Институт клеточной биологии и нейробиологии клиники Шарите
Email: Turyginanatasha@yandex.ru
Германия, Берлин
А. О. Моторина
Научно-исследовательский институт нейронаук, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского; Научно-исследовательский институт медицинской генетики Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук
Email: Turyginanatasha@yandex.ru
Россия, Нижний Новгород; Томск
В. С. Тарабыкин
Институт клеточной биологии и нейробиологии клиники Шарите
Email: Turyginanatasha@yandex.ru
Германия, Берлин
Список литературы
- David J.M., Patrice E.F. Heat Shock Proteins Regulatory Role in Neurodevelopment // Frontiers in Neuroscience. 2018. Vol. 12. P. 821. doi: 10.3389/fnins.2018.00821
- Loones M.-T., Chang Y., Morange M. The Distribution of Heat Shock Proteins in the Nervous System of the Unstressed Mouse Embryo Suggests a Role in Neuronal and Non-Neuronal Differentiation // Cell Stress & Chaperones. 2002. Vol. 5, N 4. P. 291–305. doi: 10.1379/1466-1268(2000)005<0291:tdohsp>2.0.co;2
- Barreca M.M., Spinello W., Cavalieri V., et al. Extracellular Hsp70 enhances mesoangioblast migration via an autocrine signaling pathway // Journal of Cellular Physiology. 2017. Vol. 232, N 7. P. 1845–1861. doi: 10.1002/jcp.25722
- Kwon H.J., Kim W., Jung H.Y., et al. Heat shock protein 70 increases cell proliferation, neuroblast differentiation, and the phosphorylation of CREB in the hippocampus // Laboratory Animal Research. 2019. Vol. 35. P. 21. doi: 10.1186/s42826-019-0020-2
Дополнительные файлы
