Эффект конверсионного коктейля на состояние астроцитов и нейронов в первичной культуре гиппокампа 5ХFAD мышей на фоне ингибирования ангиотензин-превращающего фермента 2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Нейродегенеративные заболевания – это сложные патологические состояния, при которых наблюдается прогрессирующая гибель нейронов. В связи с этим внимание специалистов привлекают подходы, основанные на использовании комбинаций биоактивных химических соединений для трансформации других, относительно устойчивых типов клеток в полноценные нейроны. Химическая конверсия является перспективным методом, который демонстрирует высокую эффективность в моделях, состоящих исключительно из астроцитов, однако в более реальных модельных системах присутствуют различные типы клеток, и их взаимодействие может изменять ответ на химическую конверсию. В данной работе был исследован эффект действия многокомпонентного химического коктейля на клетки в смешанных астро-нейрональных культурах из гиппокампа трансгенных мышей линии 5xFAD, моделирующих генетически-обусловленную форму болезни Альцгеймера. Также в данном исследовании было смоделировано состояние, имитирующее возможное снижение активности ангиотензин-превращающего фермента 2 (АСЕ2) вследствие его интернализации внутрь клетки после связывания с коронавирусом SARS-CoV2 с целью изучения эффективности химической конверсии при нарушении активности этого фермента в мозге. Полученные данные свидетельствуют, что увеличение нейрональной плотности и появление новых нейронов после действия конверсионного коктейля на сложные многокомпонентные клеточные системы проявляется только на поздних сроках культивирования клеток гиппокампа нетрансгенных животных, а также при использовании культур из гиппокампа мышей линии 5xFAD, когда наблюдается увеличение уровня астроглии. Ингибирование АСЕ2 оказывало существенное влияние на морфологию отдельных астроцитов и нейронов в культурах клеток гиппокампа. При исследовании действия химического коктейля была обнаружена зависимость эффекта от трансгенности культуры и времени введения конверсионного коктейля относительно ингибирования АСЕ2. Культуры клеток, полученные из трансгенных животных, более восприимчивы как к действию ингибитора ACE2, так и к воздействию факторов химической конверсии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Чаплыгина

Институт биофизики клетки РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: shadowhao@yandex.ru
Россия, Пущино

Д. Ю. Жданова

Институт биофизики клетки РАН

Email: shadowhao@yandex.ru
Россия, Пущино

Р. А. Полтавцева

Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. акад. В.И. Кулакова Минздрава России

Email: shadowhao@yandex.ru
Россия, Москва

Н. В. Бобкова

Институт биофизики клетки РАН

Email: shadowhao@yandex.ru
Россия, Пущино

Список литературы

  1. Lee C, Robinson M, Willerth S (2018) Direct Reprogramming of Glioblastoma Cells into Neurons Using Small Molecules. ACS Chem Neurosci 9. https://doi.org/10.1021/acschemneuro.8b00365
  2. Ma Y, Xie H, Du X, Wang L, Jin X, Zhang Q, Han Y, Sun S, Wang L, Li X, Zhang C, Wang M, Li C, Xu J, Huang Z, Wang X, Zhen C, Deng H (2021) In vivo chemical reprogramming of astrocytes into neurons. Cell Discov 7: 12. https://doi.org/10.1038/s41421-021-00243-8
  3. Liu M-L, Zang T, Zou Y, Chang JC, Gibson JR, Huber KM, Zhang C-L (2013) Small molecules enable neurogenin 2 to efficiently convert human fibroblasts into cholinergic neurons. Nat Commun 4: 2183. https://doi.org/10.1038/ncomms3183
  4. Berninger B, Costa MR, Koch U, Schroeder T, Sutor B, Grothe B, Götz M (2007) Functional properties of neurons derived from in vitro reprogrammed postnatal astroglia. J Neurosci 27: 8654–8664. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1615-07.2007
  5. Liu F, Zhang Y, Chen F, Yuan J, Li S, Han S, Lu D, Geng J, Rao Z, Sun L, Xu J, Shi Y, Wang X, Liu Y (2021) Neurog2 directly converts astrocytes into functional neurons in midbrain and spinal cord. Cell Death Dis 12: 225. https://doi.org/10.1038/s41419-021-03498-x
  6. Heinrich C, Blum R, Gascón S, Masserdotti G, Tripathi P, Sánchez R, Tiedt S, Schroeder T, Götz M, Berninger B (2010) Directing astroglia from the cerebral cortex into subtype specific functional neurons. PLoS Biol 8: e1000373. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1000373
  7. Yin J-C, Zhang L, Ma N-X, Wang Y, Lee G, Hou X-Y, Lei Z-F, Zhang F-Y, Dong F-P, Wu G-Y, Chen G (2019) Chemical Conversion of Human Fetal Astrocytes into Neurons through Modulation of Multiple Signaling Pathways. Stem Сell Rep 12: 488–501. https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2019.01.003
  8. Cheng L, Gao L, Guan W, Mao J, Hu W, Qiu B, Zhao J, Yu Y, Pei G (2015) Direct conversion of astrocytes into neuronal cells by drug cocktail. Cell Res 25: 1269–1272.
  9. Tan Z, Qin S, Yuan Y, Hu X, Huang X, Liu H, Pu Y, He C, Su Z (2022) NOTCH1 signaling regulates the latent neurogenic program in adult reactive astrocytes after spinal cord injury. Theranostics 12: 4548–4563. https://doi.org/10.7150/thno.71378
  10. Kim YT, Hur E-M, Snider WD, Zhou F-Q (2011) Role of GSK3 Signaling in Neuronal Morphogenesis. Front Mol Neurosci 4: 48. https://doi.org/10.3389/fnmol.2011.00048
  11. Hoffmann M, Kleine-Weber H, Schroeder S, Krüger N, Herrler T, Erichsen S, Schiergens TS, Herrler G, Wu NH, Nitsche A, Müller MA, Drosten C, Pöhlmann S (2020) SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor. Cell 181: 271–280.e8. https://doi.org/10.1016/J.CELL.2020.02.052
  12. Zhang H, Penninger JM, Li Y, Zhong N, Slutsky AS (2020) Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) as a SARS-CoV-2 receptor: molecular mechanisms and potential therapeutic target. Intensiv Care Med 46: 586–590. https://doi.org/10.1007/s00134-020-05985-9
  13. Gendron L, Payet M, Gallo-Payet N (2004) The angiotensin type 2 receptor of angiotensin II and neuronal differentiation: from observations to mechanisms. J Mol Endocrinol 31: 359–372.
  14. Ye M, Wysocki J, Gonzalez-Pacheco FR, Salem M, Evora K, Garcia-Halpin L, Poglitsch M, Schuster M, Batlle D (2012) Murine recombinant angiotensin-converting enzyme 2: effect on angiotensin II-dependent hypertension and distinctive angiotensin-converting enzyme 2 inhibitor characteristics on rodent and human angiotensin-converting enzyme 2. Hypertension 60: 730–740. https://doi.org/10.1161/HYPERTENSIONAHA.112.198622
  15. Papasozomenos SC, Binder LI (1986) Microtubule-associated protein 2 (MAP2) is present in astrocytes of the optic nerve but absent from astrocytes of the optic tract. J Neurosci 6: 1748–1756. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.06-06-01748.1986
  16. Farhy-Tselnicker I, Boisvert MM, Liu H, Dowling C, Erikson GA, Blanco-Suarez E, Farhy C, Shokhirev MN, Ecker JR, Allen NJ (2021) Activity-dependent modulation of synapse-regulating genes in astrocytes. Elife 10. https://doi.org/10.7554/eLife.70514
  17. Hasel P, Dando O, Jiwaji Z, Baxter P, Todd AC, Heron S, Márkus NM, McQueen J, Hampton DW, Torvell M, Tiwari SS, McKay S, Eraso-Pichot A, Zorzano A, Masgrau R, Galea E, Chandran S, Wyllie DJA, Simpson TI, Hardingham GE (2017) Neurons and neuronal activity control gene expression in astrocytes to regulate their development and metabolism. Nat Commun 8: 15132. https://doi.org/10.1038/ncomms15132
  18. Haydon PG (2001) GLIA: listening and talking to the synapse. Nat Rev Neurosci 2: 185–193. https://doi.org/10.1038/35058528
  19. Baindara P, Sarker MB, Earhart AP, Mandal SM, Schrum AG (2022) NOTCH signaling in COVID-19: a central hub controlling genes, proteins, and cells that mediate SARS-CoV-2 entry, the inflammatory response, and lung regeneration. Front Cell Infect Microbiol 12: 928704. https://doi.org/10.3389/fcimb.2022.928704
  20. Choi M, Lee S-M, Kim D, Im H-I, Kim H-S, Jeong YH (2021) Disruption of the astrocyte-neuron interaction is responsible for the impairments in learning and memory in 5XFAD mice: an Alzheimer’s disease animal model. Mol Brain 14: 111. https://doi.org/10.1186/s13041-021-00823-5
  21. Han X, Zhang T, Liu H, Mi Y, Gou X (2020) Astrocyte Senescence and Alzheimer’s Disease: A Review. Front Aging Neurosci 12: 148. https://doi.org/10.3389/fnagi.2020.00148
  22. Van Gijsel-Bonnello M, Baranger K, Benech P, Rivera S, Khrestchatisky M, de Reggi M, Gharib B (2017) Metabolic changes and inflammation in cultured astrocytes from the 5xFAD mouse model of Alzheimer’s disease: Alleviation by pantethine. PLoS One 12: e0175369. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0175369
  23. Neff RA, Wang M, Vatansever S, Guo L, Ming C, Wang Q, Wang E, Horgusluoglu-Moloch E, Song W-M, Li A, Castranio EL, Tcw J, Ho L, Goate A, Fossati V, Noggle S, Gandy S, Ehrlich ME, Katsel P, Schadt E, Cai D, Brennand KJ, Haroutunian V, Zhang B (2021) Molecular subtyping of Alzheimer’s disease using RNA sequencing data reveals novel mechanisms and targets. Sci Adv 7. https://doi.org/10.1126/sciadv.abb5398

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Эффект химического конверсионного коктейля на старые первичные клеточные культуры гиппокампа нетрансгенных и трансгенных 5xFAD мышей. Иммунопозитивность к маркеру астроцитов (GFAP – зеленый) и маркеру нейронов (MAP2 – красный). Масштаб – 250 мкм. (a) – Нативная старая первичная культура клеток из гиппокампа нетрансгенных животных (nTg). (b) – Влияние конверсионного коктейля на старую первичную культуру клеток гиппокампа нетрансгенных животных (nTg conversion). (с) – Нативная старая первичная культура клеток гиппокампа трансгенных животных (Tg). (d) – Влияние конверсионного коктейля на старую первичную культуру клеток гиппокампа трансгенных животных (Tg conversion). (e) – Нейрональная и астроцитарная плотности (%) в первичных культурах клеток гиппокампа нетрансгенных животных до и после химической конверсии. (f) – Нейрональная и астроцитарная плотности (%) в первичных культурах клеток гиппокампа трансгенных животных до и после химической конверсии. * – p ≤ 0.001, U-тест Манна–Уитни, ** – p ≤ 0.001, t-тест. →

Скачать (3MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Эффект химического конверсионного коктейля на первичные клеточные культуры гиппокампа нетрансгенных животных при ингибировании ACE2. Иммунопозитивность к маркеру астроцитов (GFAP – зеленый) и маркеру нейронов (MAP2 – красный). Масштаб – 250 мкм для рисунков группы а–d, масштаб 125 мкм для рисунков группы a1–d1. (a–a1) – Нативная первичная культура клеток гиппокампа нетрансгенных мышей (nTg). (b–b1) – Ингибирование ACE2 с помощью MLN-4760. (с–c1) – Введение конверсионного коктейля после ингибирования ACE2 (Treatment). (d–d1) – Введение конверсионного коктейля до ингибирования ACE2 (Priming). (e) – Нейрональная и астроцитарная плотности (%) в первичных культурах клеток гиппокампа нетрансгенных мышей. * – p < 0.05, односторонний ANOVA, пост-хок тест Данна. (f) – Площадь астроцитов (%), проявляющих двойную иммунопозитивность к маркерам GFAP/MAP2. * – p < 0.001, односторонний ANOVA, пост-хок тест Бонферрони. (j) – Схема эксперимента с определением групп. →

Скачать (3MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Эффект химического конверсионного коктейля на первичные клеточные культуры гиппокампа трансгенных 5xFAD мышей при ингибировании ACE2. Иммунопозитивность к маркеру астроцитов (GFAP – зеленый) и маркеру нейронов (MAP2 – красный). Масштаб – 250 мкм для рисунков группы а–d, масштаб 125 мкм для рисунков группы a1–d1. (a–a1) – Нативная первичная культура клеток гиппокампа трансгенных мышей (Tg). (b–b1) – Ингибирование ACE2 с помощью MLN-4760. (с–c1) – Введение конверсионного коктейля после ингибирования ACE2 (Treatment). (d–d1) – Введение конверсионного коктейля до ингибитора ACE2 (Priming). (e) – Нейрональная и астроцитарная плотности (%) в первичных культурах клеток гиппокампа трансгенных мышей. * – p < 0.05, односторонний ANOVA, пост-хок тест Данна. (f) – Площадь астроцитов (%), проявляющих двойную иммунопозитивность к маркерам GFAP/MAP2. * – p < 0.001, односторонний ANOVA, пост-хок тест Бонферрони.

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025