Изменение реакций митохондриального биогенеза и митофагии в тканях коры больших полушарий и гиппокампа у крыс Wistar в условиях экспериментальной болезни Альцгеймера

Цель - изучить изменение процессов митохондриального биогенеза и митофагии в коре больших полушарий и гиппокампе у крыс Wistar обоего пола в условиях экспериментальной болезни Альцгеймера. Материалы и методы. Болезнь Альцгеймера воспроизводили у самцов и самок крыс Wistar путем инъекции агрегатов β-амилоида 1-42 в СА1 часть гиппокампа. После 30 дней экспозиции крыс декапитировали, извлекали головной мозг, выделяли гиппокамп и кору больших полушарий с дальнейшим получением митохондриальной фракции, в которой оценивали изменение активности сукцинатдегидрогеназы, цитохром-с-оксидазы (биомаркеров митохондриального биогенеза) и цитратсинтазы (биомаркера митофагии) спектрофотометрическим методом. Результаты. Установлено, что у крыс Wistar обоего пола в условиях экспериментальной болезни Альцгеймера по сравнению с ложнооперированными животными отмечается снижение активности сукцинатдегидрогеназы, цитохром-с-оксидазы и цитратсинтазы как в коре больших полушарий, так и в гиппокампе. При этом пол-ассоциированных отличий активности изучаемых ферментов в гиппокампе не зафиксировано, тогда как в коре больших полушарий активность сукцинатдегидрогеназы и цитохром-с-оксидазы у крыс самок была ниже, чем у самцов, на 23,4% (p<0,05) и 25,3% (p<0,05) соответственно. Заключение. Проведенное исследование показало, что у крыс Wistar отмечаются пол-ассоциированные отличия реакций митохондриального биогенеза в коре больших полушарий, в то время как в гиппокампе достоверных отличий в реакциях митофагии и биогенеза митохондрий у крыс самок и самцов Wistar не установлено.

1. Agnello L., Ciaccio M. Neurodegenerative Diseases: From Molecular Basis to Therapy.Int J Mol Sci. 2022;23(21):12854. DOI: 10.3390/ijms232112854.

2. Scheltens P., De Strooper B., Kivipelto M., Holstege H., Chételat G., Teunissen C.E., Cummings J., van der Flier W.M. Alzheimer's disease. Lancet. 2021;397(10284):1577-1590. DOI: 10.1016/S0140-6736(20)32205-4.

3. Zhang X.X., Tian Y., Wang Z.T., Ma Y.H., Tan L., Yu J.T. The Epidemiology of Alzheimer's Disease Modifiable Risk Factors and Prevention. J Prev Alzheimers Dis. 2021;8(3):313-321. DOI: 10.14283/jpad.2021.15.

4. Wu Y., Chen M., Jiang J. Mitochondrial dysfunction in neurodegenerative diseases and drug targets via apoptotic signaling. Mitochondrion. 2019;49:35-45. DOI: 10.1016/j.mito.2019.07.003.

5. Abyadeh M., Gupta V., Chitranshi N., Gupta V., Wu Y., Saks D., Wander Wall R., Fitzhenry M.J., et al. Mitochondrial dysfunction in Alzheimer's disease - a proteomics perspective. Expert Rev Proteomics. 2021;18(4):295-304. DOI: 10.1080/14789450.2021.1918550.

6. Li P.A., Hou X., Hao S. Mitochondrial biogenesis in neurodegeneration. J Neurosci Res. 2017;95(10):2025-2029. DOI: 10.1002/jnr.24042.

7. Dong W., Wang F., Guo W., Zheng X., Chen Y., Zhang W., Shi H. Aβ25-35 Suppresses Mitochondrial Biogenesis in Primary Hippocampal Neurons. Cell Mol Neurobiol. 2016;36(1):83-91. DOI: 10.1007/s10571-015-0222-6.

8. Shefa U., Jeong N.Y., Song I.O., Chung H.J., Kim D., Jung J., Huh Y. Mitophagy links oxidative stress conditions and neurodegenerative diseases. Neural Regen Res. 2019;14(5):749-756. DOI: 10.4103/1673-5374.249218.

9. Reddy P.H., Oliver D.M. Amyloid Beta and Phosphorylated Tau-Induced Defective Autophagy and Mitophagy in Alzheimer's Disease. Cells. 2019;8(5):488. DOI: 10.3390/cells8050488.

10. Louwagie E.J., Larsen T.D., Wachal A.L., Gandy T.C.T., Eclov J.A., Rideout T.C., Kern K.A., Cain J.T., et al. Age and Sex Influence Mitochondria and Cardiac Health in Offspring Exposed to Maternal Glucolipotoxicity. iScience. 2020;23(11):101746. DOI: 10.1016/j.isci.2020.101746.

11. Demarest T.G., Waite E.L., Kristian T., Puche A.C., Waddell J., McKenna M.C., Fiskum G. Sex-dependent mitophagy and neuronal death following rat neonatal hypoxia-ischemia. Neuroscience. 2016;335:103-113. DOI: 10.1016/j.neuroscience.2016.08.026.

12. Paxinos G., Watson J. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. 7th Edition. New York: Academic Press;2013.

13. Kim H.Y., Lee D.K., Chung B.R., Kim H.V., Kim Y.Intracerebroventricular Injection of Amyloid-β Peptides in Normal Mice to Acutely Induce Alzheimer-like Cognitive Deficits. J Vis Exp. 2016;(109):53308. DOI: 10.3791/53308.

14. Ju J.S., Jeon S.I., Park J.Y., Lee J.Y., Lee S.C., Cho K.J., Jeong J.M. Autophagy plays a role in skeletal muscle mitochondrial biogenesis in an endurance exercise-trained condition. J Physiol Sci. 2016 Sep;66(5): 417-430. DOI: 10.1007/s12576-016-0440-9.

15. Ding W.X., Yin X.M. Mitophagy: mechanisms, pathophysiological roles, and analysis. Biol Chem. 2012;393(7):547-564. DOI: 10.1515/hsz-2012-0119.

16. Lennol M.P., Canelles S., Guerra-Cantera S., Argente J., García-Segura L.M., de Ceballos M.L., Chowen J.A., Frago L.M. Amyloid-β1-40 differentially stimulates proliferation, activation of oxidative stress and inflammatory responses in male and female hippocampal astrocyte cultures. Mech Ageing Dev. 2021;195:111462. DOI: 10.1016/j.mad.2021.111462.

17. Yan W., Zhang T., Kang Y., Zhang G., Ji X., Feng X., Shi G. Testosterone ameliorates age-related brain mitochondrial dysfunction. Aging (Albany NY). 2021;13(12):16229-16247. DOI: 10.18632/aging.203153.

18. Simpkins J.W., Yi K.D., Yang S.H., Dykens J.A. Mitochondrial mechanisms of estrogen neuroprotection. Biochim Biophys Acta. 2010;1800(10):1113-1120. DOI: 10.1016/j.bbagen.2009.11.013.