Нейропротекторные эффекты изатина и афобазола сопровождаются увеличением уровня растворимого в Тритоне Х-100 альфа-синуклеина в мозге крыс с экспериментальным ротеноновым паркинсонизмом
1. Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, Москва, Россия 2. Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, Москва, Россия; Научно-исследовательский институт фармакологии им. В.В. Закусова, Москва, Россия
Исследовали влияние эндогенного нейропротектора изатина и фармакологического препарата афобазола, проявляющего нейропротекторные свойства, на поведенческие реакции крыс с экспериментальным ротеноновым паркинсонизмом, а также на количественные изменения протеомного профиля мозга этих животных. Изатин (100 мг/кг подкожно однократно, на 7 день курсового введения ротенона) улучшал двигательную активность крыс с ротеноновым паркинсонизмом в тесте открытого поля (горизонтальные перемещения) и вращающегося стержня. Афобазол (10 мг/кг внутрибрюшинно, ежедневно в течение 7-дневного курса введения ротенона) снижал проявления ригидности и постуральной неустойчивости. Протеомный анализ, выполненный на следующий день после окончания введения нейропротекторов, выявил сходные количественные изменения в мозге крыс с ротеноновым паркисонизмом. Обнаружено увеличение относительного содержания 65 белков и снижение относительного содержания 21 белка. Наиболее выраженные изменения — почти девяностократное увеличение содержания альфа-синуклеина — обнаружены в мозге крыс, получавших изатин. У животных экспериментальных групп “Ротенон+Изатин”, “Ротенон+Афобазол” увеличение относительного содержания этого белка в мозге почти в 60 и 50 раз, соответственно, превышало контрольные значения. С учётом известных данных о физиологической роли альфа-синуклеина, увеличение содержания этого белка в мозге при введении нейропротекторов животным с ротеноновым паркинсонизмом может представлять компенсаторную реакцию, во всяком случае, на ранних стадиях этого заболевания и начала его лечения.
Бунеева О.А., Капица И.Г., Згода В.Г., Медведев А.Е. (2023) Нейропротекторные эффекты изатина и афобазола сопровождаются увеличением уровня растворимого в Тритоне Х-100 альфа-синуклеина в мозге крыс с экспериментальным ротеноновым паркинсонизмом. Биомедицинская химия, 69(5), 290-299.
Бунеева О.А. и др. Нейропротекторные эффекты изатина и афобазола сопровождаются увеличением уровня растворимого в Тритоне Х-100 альфа-синуклеина в мозге крыс с экспериментальным ротеноновым паркинсонизмом // Биомедицинская химия. - 2023. - Т. 69. -N 5. - С. 290-299.
Бунеева О.А. и др., "Нейропротекторные эффекты изатина и афобазола сопровождаются увеличением уровня растворимого в Тритоне Х-100 альфа-синуклеина в мозге крыс с экспериментальным ротеноновым паркинсонизмом." Биомедицинская химия 69.5 (2023): 290-299.
Бунеева, О. А., Капица, И. Г., Згода, В. Г., Медведев, А. Е. (2023). Нейропротекторные эффекты изатина и афобазола сопровождаются увеличением уровня растворимого в Тритоне Х-100 альфа-синуклеина в мозге крыс с экспериментальным ротеноновым паркинсонизмом. Биомедицинская химия, 69(5), 290-299.
Список литературы
Duty S., Jenner P. (2011) Animal models of Parkinson's disease: A source of novel treatments and clues to the cause of the disease. Br. J. Pharmacol., 164(4), 1357-1391. CrossRef Scholar google search
Fleming S.M., Zhu C., Fernagut P.O., Mehta A., Dicarlo C.D., Seaman R.L., Chesselet M.F. (2004) Behavioral and immunohistochemical effects of chronic intravenous and subcutaneous infusions of varying doses of rotenone. Exp. Neurol., 187(2), 418-429. CrossRef Scholar google search
Fleming S.M., Salcedo J., Fernagut P.O., Rockenstein E., Masliah E., Levine M.S., Chesselet M.F. (2004) Early and progressive sensorimotor anomalies in mice overexpressing wild-type human alpha-synuclein. J. Neurosci., 24(42), 9434-9440. CrossRef Scholar google search
Cannon J.R., Tapias V.M., Na H.M., Honick A.S., Drolet R.E., Greenamyre J.T. (2009) A highly reproducible rotenone model of Parkinson’s disease. Neurobiol. Dis., 34(2), 279-290. CrossRef Scholar google search
Медведев А.Е., Бунеева О.А., Копылов А.Т., Тихонова О.В., Медведева М.В., Неробкова Л.Н., Капица И.Г., Згода В.Г. (2017) Митохондриальный субпротеом Rpn10-связывающих белков мозга и его изменения, индуцированные нейротоксином МФТП и нейропротектором изатином. Биохимия, 82, 470-480. CrossRef Scholar google search
Buneeva O., Kopylov A., Kapitsa I., Ivanova E., Zgoda V., Medvedev A. (2018) The effect of neurotoxin MPTP and neuroprotector isatin on the profile of ubiquitinated brain mitochondrial proteins. Cells, 7(8), 91. CrossRef Scholar google search
Medvedev A., Buneeva O., Gnedenko O., Ershov P., Ivanov A. (2018) Isatin, an endogenous non-peptide biofactor: A review of its molecular targets, mechanisms of actions and their biomedical implications. Biofactors, 44, 95-108. CrossRef Scholar google search
Medvedev A., Buneeva O. (2022) Tryptophan metabolites as mediators of microbiota-gut-brain communication: Focus on isatin. Front. Behav. Neurosci., 16, 922274. CrossRef Scholar google search
Tetrud J.W., Langston J.W. (1989) MPTP-induced parkinsonism as a model for Parkinson’s disease. Acta Neurol. Scand., 126, 35-40. CrossRef Scholar google search
Buneeva O., Gnedenko O., Zgoda V., Kopylov A., Glover V., Ivanov A., Medvedev A., Archakov A. (2010) Isatin binding proteins of rat and mouse brain: Proteomic identification and optical biosensor validation. Proteomics, 10, 23-37. CrossRef Scholar google search
Medvedev A., Kopylov A., Buneeva O., Kurbatov L., Tikhonova O., Ivanov A., Zgoda V.A. (2020) Neuroprotective dose of isatin causes multilevel changes involving the brain proteome: Prospects for further research. Int. J. Mol. Sci., 21(11), 4187. CrossRef Scholar google search
Medvedev A., Buneeva O., Gnedenko O., Fedchenko V., Medvedeva M., Ivanov Y., Glover V., Sandler M. (2006) Isatin interaction with glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, a putative target of neuroprotective drugs: Partial agonism with deprenyl. J. Neural. Transm. Suppl., 71, 97-103. CrossRef Scholar google search
Saravanan K.S., Sindhu K.M., Senthilkumar K.S., Mohanakumar K.P. (2006) L-deprenyl protects against rotenone-induced, oxidative stress-mediated dopaminergic neurodegeneration in rats. Neurochem. Int., 49(1), 28-40. CrossRef Scholar google search
Середенин С.Б., Воронин М.В. (2009) Нейрорецепторные механизмы действия афобазола. Экспериментальная и клиническая фармакология, 72(1), 3-11. CrossRef Scholar google search
Капица И.Г., Иванова Е.А., Вальдман Е.А., Воронина Т.А. (2017) Активность афобазола на экспериментальных моделях болезни Паркинсона. Экспериментальная и клиническая фармакология, 8(6), 3-7. CrossRef Scholar google search
Воронина Т.А., Середенин С.Б., Яркова М.А., Воронин М.В. (2012) Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств, часть первая. (Миронов А.Н., ред.), Гриф и К, Москва, 994 с. Scholar google search
Капица И.Г., Казиева Л.Ш., Вавилов Н.Э., Згода В.Г., Копылов А.Т., Медведев А.Е., Бунеева О.А. (2023) Особенности поведенческих реакций и профиля изатин-связывающих белков мозга у крыс с индуцированным ротеноном экспериментальным паркинсонизмом. Биомедицинская химия, 69(1), 46-54. CrossRef Scholar google search
Bradford M.M. (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem., 72, 248-254. CrossRef Scholar google search
Бунеева О.А., Капица И.Г., Казиева Л.Ш., Вавилов Н.Э., Згода В.Г., Медведев А.Е. (2023) Количественные изменения изатин-связывающих белков мозга у крыс с индуцированным ротеноном экспериментальным паркинсонизмом. Биомедицинская химия, 69(3), 188-192. CrossRef Scholar google search
Bose A., Beal M.F. (2016) Mitochondrial dysfunction in Parkinson's disease. J. Neurochem., 139(Suppl 1), 216-231. CrossRef Scholar google search
Borsche M., Pereira S.L., Klein C., Grünewald A. (2021) Mitochondria and Parkinson's disease: Clinical, molecular, and translational aspects. J. Parkinsons Dis., 11(1), 45-60. CrossRef Scholar google search
Sohrabi T., Mirzaei-Behbahani B., Zadali R., Pirhaghi M., Morozova-Roche L.A., Meratan A.A. (2023) Common mechanisms underlying α-synuclein-induced mitochondrial dysfunction in Parkinson's disease. J. Mol. Biol., 435(12), 167992. CrossRef Scholar google search
Neves M., Grãos M., Anjo S.I., Manadas B. (2022) Modulation of signaling pathways by DJ-1: An updated overview. Redox Biol., 51, 102283. CrossRef Scholar google search
Buneeva O.A., Medvedev A.E. (2021) DJ-1 protein and its role in the development of Parkinson's disease: Studies on experimental models. Biochemistry (Moscow), 86(6), 627-640. CrossRef Scholar google search
Betarbet R., Canet-Aviles R.M., Sherer T.B., Mastroberardino P.G., McLendon C., Kim J.H., Lund S., Na H.M., Taylor G., Bence N.F., Kopito R., Seo B.B., Yagi T., Yagi A., Klinefelter G., Cookson M.R., Greenamyre J.T. (2006) Intersecting pathways to neurodegeneration in Parkinson's disease: Effects of the pesticide rotenone on DJ-1, alpha-synuclein, and the ubiquitin-proteasome system. Neurobiol. Dis., 22(2), 404-420. CrossRef Scholar google search
de Miranda B.R., Rocha E.M., Bai Q., El Ayadi A., Hinkle D., Burton E.A., Greenamyre J.T. (2018) Astrocyte-specific DJ-1 overexpression protects against rotenone-induced neurotoxicity in a rat model of Parkinson's disease. Neurobiol. Dis., 115, 101-114. CrossRef Scholar google search
Vanle B.C., Florang V.R., Murry D.J., Aguirre A.L., Doorn J.A. (2017) Inactivation of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase by the dopamine metabolite, 3,4-dihydroxyphenylacetaldehyde. Biochem. Biophys. Res. Commun., 492(2), 275-281. CrossRef Scholar google search
Nakajima H., Amano W., Kubo T., Fukuhara A., Ihara H., Azuma Y.T., Tajima H., Inui T., Sawa A., Takeuchi T. (2009) Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase aggregate formation participates in oxidative stress-induced cell death. J. Biol. Chem., 284(49), 34331-34341. CrossRef Scholar google search
Sofronova A.A., Pozdyshev D.V., Barinova K.V., Muronetz V.I., Semenyuk P.I. (2021) Glycation of glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase inhibits the binding with α-synuclein and RNA. Arch. Biochem. Biophys., 698, 108744. CrossRef Scholar google search
Muronetz V.I, Melnikova A.K., Seferbekova Z.N., Barinova K.V., Schmalhausen E.V. (2017) Glycation, glycolysis, and neurodegenerative diseases: Is there any connection? Biochemistry (Moscow), 82(8), 874-886. CrossRef Scholar google search
Berry M.D. (2004) Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase as a target for small-molecule disease-modifying therapies in human neurodegenerative disorders. J. Psychiatry Neurosci., 29(5), 337-345. PMID: 15486605; PMCID: PMC518865. Scholar google search
Ylikallio E., Pöyhönen R., Zimon M., de Vriendt E., Hilander T., Paetau A., Jordanova A., Lönnqvist T., Tyynismaa H. (2013) Deficiency of the E3 ubiquitin ligase TRIM2 in early-onset axonal neuropathy. Hum. Mol. Genet., 22(15), 2975-283. CrossRef Scholar google search
Balastik M., Ferraguti F., Pires-da Silva A., Lee T.H., Alvarez-Bolado G., Lu K.P., Gruss P. (2008) Deficiency in ubiquitin ligase TRIM2 causes accumulation of neurofilament light chain and neurodegeneration. Proc. Natl. Acad. Sci USA, 105(33), 12016-1221. CrossRef Scholar google search
Yan C., Gong L., Chen L., Xu M., Abou-Hamdan H., Tang M., Désaubry L., Song Z. (2020) PHB2 (prohibitin 2) promotes PINK1-PRKN/Parkin-dependent mitophagy by the PARL-PGAM5-PINK1 axis. Autophagy, 16(3), 419-434. CrossRef Scholar google search
Dutta D., Ali N., Banerjee E., Singh R., Naskar A., Paidi R.K., Mohanakumar K.P. (2018) Low levels of prohibitin in substantia nigra makes dopaminergic neurons vulnerable in Parkinson's disease. Mol. Neurobiol., 55(1), 804-821. CrossRef Scholar google search
Li L., Venkataraman L., Chen S., Fu H. (2020) Function of WFS1 and WFS2 in the central nervous system: Implications for Wolfram syndrome and Alzheimer's disease. Neurosci. Biobehav. Rev., 118, 775-783. CrossRef Scholar google search
Mishra R., Chen B.S., Richa P., Yu-Wai-Man P. (2021) Wolfram syndrome: New pathophysiological insights and therapeutic strategies. Ther. Adv. Rare Dis., 2, 26330040211039518. CrossRef Scholar google search
Sulzer D., Edwards R.H. (2019) The physiological role of α-synuclein and its relationship to Parkinson’s disease. J. Neurochem., 150, 475-486. CrossRef Scholar google search
Ottolini D., Calí T., Szabò I., Brini M. (2017) Alpha-synuclein at the intracellular and the extracellular side: Functional and dysfunctional implications. Biol. Chem., 398(1), 77-100. CrossRef Scholar google search
Oliveira L.M.A., Gasser T., Edwards R., Zweckstetter M., Melki R., Stefanis L., Lashuel H.A., Sulzer D., Vekrellis K., Halliday G.M., Tomlinson J.J., Schlossmacher M., Jensen P.H., Schulze-Hentrich J., Riess O., Hirst W.D., El-Agnaf O., Mollenhauer B., Lansbury P., Outeiro T.F. (2021) Alpha-synuclein research: Defining strategic moves in the battle against Parkinson’s disease. NPJ Parkinsons Dis., 7, 65. CrossRef Scholar google search
Chen R., Gu X., Wang X. (2022) α-Synuclein in Parkinson's disease and advances in detection. Clin. Chim. Acta., 529, 76-86. CrossRef Scholar google search
Atik A., Stewart T., Zhang J. (2016) Alpha-synuclein as a biomarker for Parkinson's disease. Brain Pathol., 26(3), 410-418. CrossRef Scholar google search
Ostrerova N., Petrucelli L., Farrer M., Mehta N., Choi P., Hardy J., Wolozin B. (1999) α-Synuclein shares physical and functional homology with 14-3-3 proteins. J. Neurosci., 19(14), 5782-5791. CrossRef Scholar google search
Sherer T.B., Betarbet R., Stout A.K., Lund S., Baptista M., Panov A.V., Cookson M.R., Greenamyre J.T. (2002) An in vitro model of Parkinson's disease: Linking mitochondrial impairment to altered alpha-synuclein metabolism and oxidative damage. J. Neurosci., 22(16), 7006-7015. CrossRef Scholar google search
Vasili E., Dominguez-Meijide A., Flores-Leуn M., Al-Azzani M., Kanellidi A., Melki R., Stefanis L., Outeiro T.F. (2022) Endogenous levels of alpha-synuclein modulate seeding and aggregation in cultured cells. Mol. Neurobiol., 59(2), 1273-1284. CrossRef Scholar google search
Bhattacharjee P., Öhrfelt A., Lashley T., Blennow K., Brinkmalm A., Zetterberg H. (2019) Mass spectrometric analysis of lewy body-enriched α-synuclein in Parkinson's disease. J. Proteome Res., 18(5), 2109-2120. CrossRef Scholar google search
Klucken J., Shin Y., Masliah E., Hyman B.T., McLean P.J. (2004) Hsp70 reduces alpha-synuclein aggregation and toxicity. J. Biol. Chem., 279(24), 25497-25502. CrossRef Scholar google search
Jurkowitz-Alexander M.S., Altschuld R.A., Hohl C.M., Johnson J.D., McDonald J.S., Simmons T.D., Horrocks L.A. (1992) Cell swelling, blebbing, and death are dependent onATP depletion and independent of calcium during chemical hypoxia in a glial cell line (ROC-1). J. Neurochem., 59(1), 344-352. CrossRef Scholar google search
Kaul S., Anantharam V., Kanthasamy A., Kanthasamy A.G. (2005) Wild-type alpha-synuclein interacts with pro-apoptotic proteins PKCdelta and BAD to protect dopaminergic neuronal cells against MPP+-induced apoptotic cell death. Mol. Brain Res., 139(1), 137-152. CrossRef Scholar google search
da Costa C.A., Ancolio K., Checler F. (2000) Wild-type but not Parkinson's disease-related ala-53 --> Thr mutant alpha-synuclein protects neuronal cells from apoptotic stimuli. J. Biol. Chem., 275(31), 24065-24069. CrossRef Scholar google search
Manning-Bog A.B., McCormack A.L., Purisai M.G., Bolin L.M., di Monte D.A. (2003) Alpha-synuclein overexpression protects against paraquat-induced neurodegeneration. J. Neurosci., 23(8), 3095-3099. CrossRef Scholar google search
Sulzer D., Edwards R.H. (2019) The physiological role of α-synuclein and its relationship to Parkinson's disease. J. Neurochem., 150(5), 475-486. CrossRef Scholar google search
