Модулюючий вплив ліпосомальної miR-101 на процеси амілоїдогенезу, нюху, сну і нейрозапалення при експериментальній хворобі Альцгеймера
Анотація
Існуюча терапія хвороби Альцгеймера не дає шансів пацієнтам на одужання. Тому актуальним є вивчення новітніх факторів впливу, зокрема мікроРНК, на патогенетичні механізми амілоїдозу. Метою роботи було визначення ефекту miR-101 на ранні предиктори амілоїдозу при експериментальній хворобі Альцгеймера у тварин. Дослідження було виконано на 25 щурах-самцях віком 14 міс. Модель хвороби Альцгеймера створювали шляхом інтрагіпокампального введення тваринам агрегатів Аβ40. Через 10 діб починали 10-добовий курс назального введення щурам miR-101 в ліпосомах. У супернатантах нервових тканин цільових структур головного мозку (гіпокамп, нюхові цибулини, нюхові бугри) визначали рівень ендогенного Аβ42 і цитокінів (TNFα, IL-6 і IL-10). Для оцінки функціонального стану нюхової системи була задіяна нейроетологічна методика пред'явлення запахів ізовалеріанової кислоти і арахісової пасти. В ході поліграфічної реєстрації циклу неспання-сон визначали представленість неспання і окремих фаз сну, а також частку незавершених і завершених циклів сну у тварин. Показано, що введення агрегатів Аβ40 в гіпокамп моделює у щурів амілоїдогенний стан у гіпокампі і нюхових буграх, але не в нюхових цибулинах. Також був встановлений прозапальний стан у гіпокампі головного мозку тварин (збільшення концентрації прозапальних цитокінів TNFα і IL-6), тоді як у нюхових цибулинах і нюхових буграх їх рівень не змінювався. При дослідженні функціонального стану нюхового аналізатору у щурів з хворобою Альцгеймера були виявлені негативні зміни нюхової поведінки на запахи ізовалеріанової кислоти і арахісового масла. Щодо сомнограм, токсичність Аβ40 обумовлювала скорочення стадії глибокого повільного сну у поєднанні з дефіцитом фази парадоксального сну, а також переважання незавершених циклів сну. Назальна терапія miR-101 в ліпосомах нормалізувала рівень Аβ42 у гіпокампі і нюхових буграх та знизила у гіпокампі рівень прозапальних цитокінів. MiR-101 запобігала порушенню нюхової функції оцінювання запахів ізовалеріанової кислоти і арахісового масла та сприяла збільшенню представленості фаз глибокого повільного сну і парадоксального сну у структурі циклу, а також відновленню частки завершених циклів сну у тварин. Таким чином, ліпосомальна miR-101 має антиамілоїдогенний і протизапальний ефект у щурів з моделлю хвороби Альцгеймера, а також сприяє відновленню у них функціонального стану нюхового аналізатору та оптимізації структурної організації циклу неспання-сон.
Завантаження
Посилання
Berchenko O.G. (1982). Experimental study of the daily periodicity of emotional reactions and its changes in conditions of disturbed wakefulness-sleep processes. Thesis for the Degree of the Candidate of Biol. Sciences. Kharkov. 203 p.
Berchenko O.G. (1990). Neurophysiological organization of the wakefulness-sleep cycle in alcoholism of rats formed in different phases of emotional activity. Physiological Journal of the USSR, 76(6), 713–719.
Brai E., Alberi L. (2015). Simple and computer-assisted olfactory testing for mice. J. Vis. Exp., 100, e52944. https://doi.org/10.3791/52944
Brito L.M., Ribeiro-Dos-Santos Â., Vidal A.F. et al. (2020). Differential expression and miRNA-gene interactions in early and late mild cognitive impairment. Biology (Basel), 9(9), 251. https://doi.org/10.3390/biology9090251
Buresh J., Petran M., Zakhar I. (1962). Electrophysiological research methods. Moscow: Foreign Literature Publishing House. 466 p.
Dasgupta I., Chatterjee A. (2021). Recent advances in miRNA delivery systems. Methods Protoc., 4(1), 10. https://doi.org/10.3390/mps4010010
Drummond E., Wisniewski T. (2017). Alzheimer's disease: experimental models and reality. Acta Neuropathol., 133(2), 155-175. https://doi.org/10.1007/s00401-016-1662-x
Gao Y., Liu F., Fang L. et al. (2014). Genkwanin inhibits proinflammatory mediators mainly through the regulation of miR-101/MKP-1/MAPK pathway in LPS-activated macrophages. PLoS One, 9(5), e96741. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0096741
Hammond S.M. (2015). An overview of microRNAs. Adv. Drug. Deliv. Rev., 87, 3–14. https://doi.org/10.1016/j.addr.2015.05.001
Hatfield S., Ruohola-Baker H. (2008). MicroRNA and stem cell function. Cell Tissue Res., 331(1), 57–66. https://doi.org/10.1007/s00441-007-0530-3
He L., Hannon G.J. (2004). MicroRNAs: small RNAs with a big role in gene regulation. Nat. Rev. Genet., 5, 522–531. https://doi.org/10.1038/nrg1379
Hebert S.S., Horre K., Nicolai L. et al. (2009). MicroRNA regulation of Alzheimer's Amyloid precursor protein expression. Neurobiol Dis., 33(3), 422–428. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2008.11.009
Hoogland P., Van Den Berg R., Huisman E. (2003). Misrouted olfactory fibres and ectopic olfactory glomeruli in normal humans and in Parkinson and Alzheimer patients. Neuropathology and Applied Neurobiology, 29(3), 303–311. https://doi.org/10.1046/j.1365-2990.2003.00459.x
Huang Y., Shen X.J., Zou Q. et al. (2011). Biological functions of microRNAs: a review. J. Physiol. Biochem., 67(1), 129-139. https://doi.org/10.1007/s13105-010-0050-6
Iranifar E., Seresht B.M., Momeni F. et al. (2019). Exosomes and microRNAs: new potential therapeutic candidates in Alzheimer disease therapy. J. Cell Physiol., 234(3), 2296–2305. https://doi.org/10.1002/jcp.27214
Kassil V.G. (1993). Ontogenesis of the formation of various forms of higher nervous activity. Russian Journal of Physiology, 79(3), 1–26.
Kolobov V.V., Storozheva Z.I. (2014). Modern pharmacological models of Alzheimer's disease. Annals of Clinical and Experimental Neurology, 8(3), 38–44.
Kou X., Chen D., Chen N. (2020). The regulation of microRNAs in Alzheimer's disease. Front Neurol., 11, 288. https://doi.org/10.3389/fneur.2020.00288
Kovacs T. (2013). The olfactory system in Alzheimer’s disease: pathology, pathophysiology and pathway for therapy. Translational Neuroscience, 4(1), 34–45. https://doi.org/10.2478/s13380-013-0108-3
Kutter C., Svoboda P. (2008). Meeting report: miRNA, siRNA, piRNA. Knowns of the unknown. RNA Biology, 5(4), 181–188. https://doi.org/10.4161/rna.7227
Larson M., Semb H., Winblad B. et al. (1999). Odor identification in normal aging and early Alzheimer’s disease: effects of retrieval support. Neuropsychology, 13(1), 47–53. https://doi.org/10.1037//0894-4105.13.1.47
Lobzin S.V., Sokolova M.G., Nalkin S.A. (2017). Influence of brain basal cholinergic system dysfunction on the condition of cognitive functions (literature rev.). North-Western State Med. University, 9(4), 53–58. https://doi.org/10.17816/mechnikov20179453-58
Long J.M., Lahiri D.K. (2011). MicroRNA-101 downregulates Alzheimer's amyloid-beta precursor protein levels in human cell cultures and is differentially expressed. Biochem. Biophys. Res. Commun., 404(4), 889–895. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2010.12.053
Lowry O., Rosebrough N., Farr A., Randall R. (1951). Protein measurement with Folin phenol reagent. J. Biol. Chem., 193(1), 265–275.
Ma T., Sun X., Sun S.et al. (2016). The study of peripheral blood miR-29a/101 in the diagnosis of Alzheimer's disease. Chin. J. Behav. Med. Brain Sci., 11, 1010–1014. https://doi.org/10.3760/cma.j.issn.1674-6554.2016.11.011
Madaeva I.M., Berdina O.N. (2017). Modern ideas of «slow sleep» and «ram sleep» and their role in pathogenesis of Alzheimer’s disease (review of literature). Acta Biomed. Sci., 2(4), 48–52. https://doi.org/10.12737/article_59fad513a63772.41901536
Manckoundia P., Putot A., Mahmoudi R. et al. (2016). Alterations in olfaction during Alzheimer disease, Parkinson disease and Lewy body disease. Journal of Alzheimer’s Disease & Parkinsonism, 6(5), 274. https://doi.org/10.4172/2161-0460.1000274
Manna I., De Benedittis S., Quattrone A. et al. (2020). Exosomal miRNAs as potential diagnostic biomarkers in Alzheimer's disease. Pharmaceuticals (Basel), 13(9), 243. https://doi.org/10.3390/ph13090243
Melnik S.A. (2007). Endocrine modification of the olfactory sensitivity of male mice. Abstract of the thesis for the Degree of the Candidate of Biol. Sciences. Nizhny Novgorod: UNN. 23 p.
Melnik S.A., Gladysheva O.S., Krylov V.N. (2012). Effect of preliminary exposure to isovaleric acid vapors on the olfactory sensitivity of male house mice. Sensory systems, 26(1), 52–56.
Mukhin V. (2013). Pathogenesis of the basalforebrain cholinergic dysfunction in Аlzheimer's disease. Sechenov Russian Physiological Journal, 99(7), 793–804.
Nag S., Tang F., Yee B.K. (2001). Chronic intracerebroventricular exposure to β-amyloid (1-40) impairs object recognition but does not affect spontaneous locomotor activity or sensorimotor gating in the rat. Exp. Brain Res.,136(1), 93–100. https://doi.org/10.1007/s002210000561
Pase P., Himali J.J., Grima N.A. et al. (2017). Sleep architecture and the risk of incident dementia in the community. Neurology, 89(12), 1244–1250. https://doi.org/10.1212/WNL.0000000000004373
Patel N., Hoang D., Miller N. et al. (2008). MicroRNAs can regulate human APP levels. Mol. Neurodegener., 3, 10. https://doi.org/10.1186/1750-1326-3-10
Pedroso de Lima M.C., Simões S., Pires P. et al. (2001). Cationic lipid-DNA complexes in gene delivery: From biophysics to biological applications. Adv. Drug Deliv. Rev., 47(2–3), 277–294. https://doi.org/10.1016/S0169-409X(01)00110-7
Saika R., Sakuma H., Noto D. et al. (2017). MicroRNA-101a regulates microglial morphology and inflammation. J. Neuroinflammation, 14, 109. https://doi.org/10.1186/s12974-017-0884-8
Silva M.V.F., Loures C.M.G., Alves L.C.V. et al. (2019). Alzheimer's disease: risk factors and potentially protective measures. J. Biomed. Sci., 26(1), 33. https://doi.org/10.1186/s12929-019-0524-y
Shulga S.M. (2014). Obtaining and characteristic of curcumin liposomal form. Biotechnol. Acta, 7(5), 55–61. https://doi.org/10.15407/biotech7.05.055
Silvestro S., Bramanti P., Mazzon E. (2019). Role of miRNAs in Alzheimer's disease and possible fields of application.Int. J. Mol. Sci., 20(16), 3979. https://doi.org/10.3390/ijms20163979
Sokolik V.V., Berchenko O.G., Shulga S.M. (2017). Comparative analysis of nasal therapy with soluble and liposomal forms of curcumin on rats with Alzheimer’s disease model. Journal of Alzheimer’s Disease & Parkinsonism, 7, 357. https://doi.org/10.4172/2161-0460.1000357
Sokolik V.V., Shulga S.M. (2015). Effect of curcumin liposomal form on angiotensin converting activity, cytokines and cognitive characteristics of the rats with Alzheimer’s disease model. Biotechnol. Acta, 8(6), 48–55. https://doi.org/10.15407/biotech8.06.048
Stepanichev M.Yu., Ivanov A.D., Lazareva N.A. (2016). Neurodegenerative changes caused by the introduction of a fragment (25-35) of β-amyloid peptide into the hippocampus are associated with the activation of NGF signaling. Bulletin of the Russian State Medical University, 1, 13–18. https://doi.org/10.24075/brsmu.2016-01-02
Wang C.C., Yuan J.R., Wang C.F. et al. (2016). Anti-inflammatory effects of Phyllanthus emblica L. on benzopyrene-induced precancerous lung lesion by regulating the IL-1β/miR-101/Lin28B signaling pathway. Integr. Cancer Ther., 16(4), 505–515. https://doi.org/10.1177/1534735416659358
Witt M., Galligan R.M., Despinoy J., Segal R. (2009). Olfactory behavioral testing in the adult mouse. J. Vis. Exp., 23, e949. https://doi.org/10.3791/949
Wu H.Z., Ong K.L., Seeher K. et al. (2016). Circulating microRNAs as biomarkers of Alzheimer's disease: Asystematic review. J. Alzheimers Dis., 49(3), 755–766. https://doi.org/10.3233/JAD-150619
Zhang Y., Wang Z., Gemeinhart R.A. (2013). Progress in microRNA delivery. J. Control. Release, 172(3), 962–974. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2013.09.015
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої її публікації на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи.
