Сотрудники Группы редокс-биологии и Лаборатории молекулярных технологий Отдела метаболизма и редокс-биологии ИБХ РАН совместно с коллегами из ФЦМН ФМБА России и РНИМУ им. Н.И. Пирогова показали на модели долговременной потенциации, что окислительный стресс в нервных клетках подавляет синаптическую пластичность. Работа опубликована в журнале Redox Biology.
Для проведения исследований были созданы вектора на основе аденоассоциированных вирусов для доставки и экспрессии дрожжевой оксидазы D-аминокислот (DAAO) (EC-1.4.3.3), ее инактивированного мутанта DAAO(R285A), используемого в качестве контроля, и генетически кодируемого флуоресцентного сенсора HyPer7 на пероксид водорода в нервных клетках. Этот фермент катализирует реакцию окислительного дезаминирования D-аминокислот, побочным продуктом которой является пероксид водорода.
Полученными векторами заражались первичные культуры нейронов и астроцитов из эмбрионального мозга мышей, и с использованием имиджинга в режиме реального времени было показано, что добавление D-аминокислоты D-норвалина к клеткам, которые экспрессируют активный фермент, приводит к продукции в нейронах пероксида водорода. Для исследования влияния хемогенетически продуцированного пероксида водорода на синаптическую связь вектора с активной или неактивной DAAO стереотаксически вводили в область поля СА1 гиппокампа мышей. Затем на модели переживающих срезов мозга с применением методов электрофизиологии авторы вызывали так называемую долговременную потенциацию (ДВП) – явление, при котором происходит стойкое увеличение амплитуды возбуждающих постсинаптических токов в ответ на определённый паттерн пресинаптической стимуляции.
Долговременная потенциация в пирамидных нейронах поля СА1 гиппокампа считается одной из форм клеточной памяти. В этих экспериментах было показано, что при доставке D-норвалина в среду, омывающую срезы, или напрямую в нейрон через патч-пипетку ДВП в нейронах с активным ферментом возникает, но с заметно меньшей амплитудой, которая вскоре падает до базального уровня.
Этот результат показывает, что окислительный стресс препятствует формированию памяти на клеточном уровне, и, вероятно ,объясняет нарушения когнитивных функций при старении мозга, которые возникают до явной нейродегенерации. Сочетание хемогенетической продукции пероксида водорода в нейронах и электрофизиологического исследования синаптической связи на переживающих срезах мозга является платформой для скрининга фармакологических препаратов, эффективных против окислительного стресса в нейронах.
Текст: ИБХ РАН
Kalinichenko, A. L., Jappy, D., Solius, G. M., Maltsev, D. I., Bogdanova, Y. A., Mukhametshina, L. F., Sokolov, R. A., Moshchenko, A. A., Shaydurov, V. A., Rozov, A. v., Podgorny, O. v., & Belousov, V. v. (2023). Chemogenetic emulation of intraneuronal oxidative stress affects synaptic plasticity. Redox Biology, 60, 102604. https://doi.org/10.1016/j.redox.2023.102604
Свежие комментарии