Пресс-центр / новости / Наука /

Динамика развития ацидоза и окислительного стресса в нейронах в острой фазе ишемического инсульта

Сотрудники отдела метаболизма и редокс-биологии ИБХ РАН совместно с коллегами из Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА России, Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова и ряда других институтов разработали технологию, позволяющую регистрировать внутриклеточные метаболические процессы in vivo в реальном времени. На модели ишемического инсульта у грызунов получены новые данные об изменениях, происходящих в нейронах на фоне развития патологии.

ишемический инсульт, ишемия/реперфузия, гипоксия/реоксигенация, генетически кодируемые флуоресцентные сенсоры, пероксид водорода

Григоров А.С.

Kelmanson IV, Shokhina AG, Kotova DA, Pochechuev MS, Ivanova AD, Kostyuk AI, Panova AS, Borodinova AA, Solotenkov MA, Stepanov EA, Raevskii RI, Moshchenko AA, Pak VV, Ermakova YG, van Belle GJC, Tarabykin V, Balaban PM, Fedotov IV, Fedotov AB, Conrad M, Bogeski I, Katschinski DM, Doeppner TR, Bähr M, Zheltikov AM, Belousov VV, Bilan DS

Ишемический инсульт является одной из главных причин смертности и инвалидизации населения в мире. Патофизиология инсульта активно исследуется на самых разных уровнях и моделях, однако до сих пор существуют серьезные пробелы в понимании метаболических изменений, сопровождающих данное заболевание. Особенно плохо изучены процессы, которые происходят в ткани мозга на самых ранних стадиях ишемии и реперфузии. Общепринято считать, что клетки мозга во время ишемии и реперфузии генерируют активные формы кислорода (АФК), которые вызывают окислительный стресс и являются одним из основных повреждающих факторов. Однако временные параметры этих процессов остаются неизвестными, поскольку из-за отсутствия подходящих методов генерация АФК во время ишемии/реперфузии до сих пор ни разу не демонстрировалась в экспериментах in vivo.

Сотрудники ИБХ РАН совместно с коллегами из Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА России, Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова и других российских и зарубежных институтов разработали технологию, позволяющую решить эту задачу. Путём вирусной доставки в мозге крыс линии SHR были экспрессированы разработанные ранее в нашем институте генетически кодируемые флуоресцентные биосенсоры SypHer3s для регистрации динамики рН [1] и HyPer7 для регистрации пероксида водорода (H2O2) [2]. Рациометрический сигнал биосенсоров считывался с помощью специально разработанной системы двухканальной фотометрии через имплантированные в мозг оптические волокна. Ишемический инсульт вызывался путём перекрытия средней мозговой артерии животного (MCAO).

Ученые зарегистрировали мощный ацидоз в ишемизированной ткани мозга, возникающий с первых секунд развития патологии. Вопреки ожиданиям, значительного образования H2O2, одного из главных представителей активных форм кислорода в клетках, в острой фазе ишемии/реперфузии обнаружено не было. Существенное увеличение концентрации H2O2 в митохондриях нейронов в поврежденной ткани наблюдалось лишь на следующие сутки.

Сравнение результатов экспериментов in vivo с исследованиями на культивируемых нейронах в условиях гипоксии/реоксигенации продемонстрировало, что динамика окислительно-восстановительных процессов в этих моделях значительно различается. Это в очередной раз подтверждает, что культура клеток является плохой прогностической моделью метаболических событий, происходящих внутри организма.

Разработанная технология будет применена для дальнейших исследований метаболизма клеток мозга в норме и патологии. Работа опубликована в журнале Redox Biology (IF 11,799).

  1. Ermakova, Y.G.; Pak, V.V.; Bogdanova, Y.A.; Kotlobay, A.A.; Yampolsky, I.V.; Shokhina, A.G.; Panova, A.S.; Marygin, R.A.; Staroverov, D.B.; Bilan, D.S.; et al. SypHer3s: A Genetically Encoded Fluorescent Ratiometric Probe with Enhanced Brightness and an Improved Dynamic Range. Chem. Commun. 2018, 54, 2898–2901, doi:10.1039/C7CC08740C.
  2. Pak, V.V.; Ezeriņa, D.; Lyublinskaya, O.G.; Pedre, B.; Tyurin-Kuzmin, P.A.; Mishina, N.M.; Thauvin, M.; Young, D.; Wahni, K.; Martínez Gache, S.A.; et al. Ultrasensitive Genetically Encoded Indicator for Hydrogen Peroxide Identifies Roles for the Oxidant in Cell Migration and Mitochondrial Function. Cell Metabolism 2020, 31, 642-653.e6, doi:10.1016/j.cmet.2020.02.003.

30 ноября 2021 года