In vivo исследование роли пероксида водорода в развитии ишемического инсульта в модели стрептозотоцин-индуцированного сахарного диабета 1 типа у крыс с помощью генетически кодируемого биосенсора HyPer7
- Авторы: Трифонова А.П.1,2, Котова Д.А.2, Иванова А.Д.2, Почечуев М.С.3, Храмова Ю.В.2,3, Судоплатов М.А.2,4, Катруха В.А.2,3, Сергеева А.Д.2,3, Раевский Р.И.2, Солотенков М.А.3, Федотов И.В.3,5,6, Федотов А.Б.7,5,8, Белоусов В.В.2,4,9,10, Жёлтиков А.М.6, Билан Д.С.2,4
-
Учреждения:
- Московский физико-технический институт
- Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
- МГУ им. М.В. Ломоносова
- Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова
- Российский квантовый центр «Сколково»
- Техасский университет A&M
- МГУ им. М.В. Ломоносова Москва
- Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
- Федеральный центр мозга и нейротехнологий Федерального медико-биологического агентства
- Институт сердечно-сосудистой физиологии, Университетский медицинский центр Гёттингена, Университет Георга-Августа
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 578-581
- Раздел: Материалы конференции
- URL: https://bakhtiniada.ru/2313-1829/article/view/256276
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623313
- ID: 256276
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Сахарный диабет является одним из значимых факторов риска развития осложнений после ишемического инсульта. При этом механизм, посредством которого повышенный гликемический статус влияет на метаболизм нейронов при развитии ишемии, остаётся изученным не до конца. Одной из вероятных причин усугубления последствий ишемического инсульта на фоне гипергликемии является окислительный стресс, маркёром которого может служить H2O2. В данной работе при помощи генетически кодируемого флуоресцентного биосенсора HyPer7 нами была впервые продемонстрирована динамика пероксида водорода в матриксе митохондрий нейронов во время развития ишемического инсульта в условиях нормального и повышенного уровней глюкозы в крови.
Исследование проводили на крысах линии SHR с нормальным и повышенным гликемическими статусами. Моделирование сахарного диабета 1 типа проводили при помощи инъекций стрептозотоцина, токсичного для β-клеток поджелудочной железы. Для экспрессии флуоресцентного биосенсора HyPer7 в митохондриях нейронов области хвостатого ядра под контролем стереотаксиса инъецировали суспензию частиц аденоассоциированного вируса, несущего ген сенсора под нейрональным промотором. Непосредственно после инъекции в стриатум мозга крыс имплантировали оптические волокна с керамическим адаптером для последующей регистрации сигнала индикатора H2O2 на высокочувствительной установке для возбуждения и детекции флуоресценции, собранной в лаборатории спектроскопии и нелинейной оптики МГУ. Запись сигнала биосенсора проводили непрерывно в режиме реального времени с момента введения животного в наркоз. Во время регистрации животному под анестезией проводили хирургическую операцию, моделируя инсульт путём окклюзии средней мозговой артерии, которая снабжает кровью полосатое тело головного мозга.
Используя HyPer7 в исследуемой модели ишемического инсульта, мы обнаружили, что динамика изменения концентрации H2O2 в поражённом полушарии у крыс с нормальным и повышенным гликемическими статусами не отличается как в острой фазе инсульта, так и спустя сутки после окклюзии. В обеих группах животных наблюдалось окисление биосенсора как при ишемии, так и при реперфузии, однако наиболее выраженный ответ HyPer7 демонстрировал спустя сутки после окклюзии, что свидетельствует о значительном повышении концентрации пероксида водорода.
Также мы оценивали метаболическую активность нейронов головного мозга путём окрашивания 2,3,5-трифенилтетразолий хлоридом срезов, полученных спустя 24 часа после окклюзии средней мозговой артерии. У животных с повышенным уровнем глюкозы в крови объём повреждения мозга был в 2,6 раза больше, чем у животных с нормальным гликемическим статусом. На увеличение тяжести последствий ишемического инсульта на фоне гипергликемии указывает и более высокий уровень смертности по сравнению с контрольной группой (25%), в которой не наблюдали летального исхода до выведения животного из эксперимента.
В данном исследовании мы показали, что повышенный гликемический статус не изменяет динамику концентрации H2O2 как в острой фазе, так и спустя сутки после окклюзии, но значительно усугубляет ишемическое повреждение тканей головного мозга и увеличивает смертность.
Полный текст
Сахарный диабет является одним из значимых факторов риска развития осложнений после ишемического инсульта. При этом механизм, посредством которого повышенный гликемический статус влияет на метаболизм нейронов при развитии ишемии, остаётся изученным не до конца. Одной из вероятных причин усугубления последствий ишемического инсульта на фоне гипергликемии является окислительный стресс, маркёром которого может служить H2O2. В данной работе при помощи генетически кодируемого флуоресцентного биосенсора HyPer7 нами была впервые продемонстрирована динамика пероксида водорода в матриксе митохондрий нейронов во время развития ишемического инсульта в условиях нормального и повышенного уровней глюкозы в крови.
Исследование проводили на крысах линии SHR с нормальным и повышенным гликемическими статусами. Моделирование сахарного диабета 1 типа проводили при помощи инъекций стрептозотоцина, токсичного для β-клеток поджелудочной железы. Для экспрессии флуоресцентного биосенсора HyPer7 в митохондриях нейронов области хвостатого ядра под контролем стереотаксиса инъецировали суспензию частиц аденоассоциированного вируса, несущего ген сенсора под нейрональным промотором. Непосредственно после инъекции в стриатум мозга крыс имплантировали оптические волокна с керамическим адаптером для последующей регистрации сигнала индикатора H2O2 на высокочувствительной установке для возбуждения и детекции флуоресценции, собранной в лаборатории спектроскопии и нелинейной оптики МГУ. Запись сигнала биосенсора проводили непрерывно в режиме реального времени с момента введения животного в наркоз. Во время регистрации животному под анестезией проводили хирургическую операцию, моделируя инсульт путём окклюзии средней мозговой артерии, которая снабжает кровью полосатое тело головного мозга.
Используя HyPer7 в исследуемой модели ишемического инсульта, мы обнаружили, что динамика изменения концентрации H2O2 в поражённом полушарии у крыс с нормальным и повышенным гликемическими статусами не отличается как в острой фазе инсульта, так и спустя сутки после окклюзии. В обеих группах животных наблюдалось окисление биосенсора как при ишемии, так и при реперфузии, однако наиболее выраженный ответ HyPer7 демонстрировал спустя сутки после окклюзии, что свидетельствует о значительном повышении концентрации пероксида водорода.
Также мы оценивали метаболическую активность нейронов головного мозга путём окрашивания 2,3,5-трифенилтетразолий хлоридом срезов, полученных спустя 24 часа после окклюзии средней мозговой артерии. У животных с повышенным уровнем глюкозы в крови объём повреждения мозга был в 2,6 раза больше, чем у животных с нормальным гликемическим статусом. На увеличение тяжести последствий ишемического инсульта на фоне гипергликемии указывает и более высокий уровень смертности по сравнению с контрольной группой (25%), в которой не наблюдали летального исхода до выведения животного из эксперимента.
В данном исследовании мы показали, что повышенный гликемический статус не изменяет динамику концентрации H2O2 как в острой фазе, так и спустя сутки после окклюзии, но значительно усугубляет ишемическое повреждение тканей головного мозга и увеличивает смертность.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 22-15-00299.
Об авторах
А. П. Трифонова
Московский физико-технический институт; Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Долгопрудный; Москва
Д. А. Котова
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва
А. Д. Иванова
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва
М. С. Почечуев
МГУ им. М.В. Ломоносова
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва
Ю. В. Храмова
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН; МГУ им. М.В. Ломоносова
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва; Москва
М. А. Судоплатов
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН; Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва; Москва
В. А. Катруха
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН; МГУ им. М.В. Ломоносова
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва; Москва
А. Д. Сергеева
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН; МГУ им. М.В. Ломоносова
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва; Москва
Р. И. Раевский
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва
М. А. Солотенков
МГУ им. М.В. Ломоносова
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва
И. В. Федотов
МГУ им. М.В. Ломоносова; Российский квантовый центр «Сколково»; Техасский университет A&M
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва; Москва; Техас, США
А. Б. Федотов
МГУ им. М.В. Ломоносова Москва; Российский квантовый центр «Сколково»; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва; Москва; Москва
В. В. Белоусов
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН; Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова; Федеральный центр мозга и нейротехнологий Федерального медико-биологического агентства; Институт сердечно-сосудистой физиологии, Университетский медицинский центр Гёттингена, Университет Георга-Августа
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва; Москва; Москва; Гёттинген, Германия
А. М. Жёлтиков
Техасский университет A&M
Email: trifonova.ap@phystech.du
США, Техас
Д. С. Билан
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН; Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова
Email: trifonova.ap@phystech.du
Россия, Москва; Москва
Список литературы
Дополнительные файлы
