Основний білок мієліну за умов ішемії

За умов глобальної ішемії вміст основного білка мієліну є чутливим до впливу ішеміє-індукуючих факторів. Проте ступінь чутливості є неоднаковим для різних відділів головного мозку. На рис. 3. 8. показано динаміку білка у мозочку, корі, таламусі та гіпокампі піддослідних тварин.

Рис. 3. 8. Вміст основного білка мієліну (ОБМ) у різних відділах головного мозку щурів: n = 6; *р<0,05 відносно контролю

Згідно з даними рис. 3. 8 концентрація ОБМ у контрольній групі щурів складають: мозочок – 135,54±0,01, кора – 100,13±0,05, таламус – 92,26±0,01 та гіпокамп – 93,73±0,09 мкг/100 мг тканини відповідно. Для ішемії показники наступні: мозочок – 90,78±0,02, кора – 93,57±0,06, таламус – 45,01±0,02 та гіпокамп – 67,50±0,03 мкг/100 мг тканини відповідно. Звідси видно, що у мозочку, таламусі та гіпокампі спостерігається тенденція до зниження ОБМ у ішемічній групі тварин при порівнянні з контролем. У корі великих півкуль зміни у концентрації білка не є достовірними.

У мозочку при глобальній ішемії мозку наявне падіння білка у 1,49 разів (на 33%) при порівнянні з контролем. У таламусі зниження вмісту ОБМ більш значне, тобто концентрація білка зменшується у 2-3 рази (на 50-55%) відносно контролю. Для гіпокампу продемонстровано 1,39-разове зниження концентрації ОБМ (на 30%) при порівнянні з контрольною групою.

При введенні ізадрину та пітуїтрину (препарати, які індукують розвиток глобальної ішемії) експресія білка у таламусі є найбільш уразливою при ішемії. При цьому має місце демієлінізація нервових волокон, наслідком якої є зменшення концентрації білка. Чутливість мозочка та гіпокампу знаходиться приблизно на одному рівні. Для кори великих півкуль, навпаки, не показано достовірних змін вмісту білка, що свідчить про високу резистентність неокортексу до дії хімічних ішеміє-індукуючих агентів. Рівень ОБМ тут залишається відносно стабільним.

Дослідженнями [35] та [41] продемонстровано різке зниження рівня ОБМ та білкової мРНК, характерне для початкових етапів ішемічного ушкодження мозку гризунів (церебральної ішемії), викликаного високими концентраціями адреналіну (при підшкірному або внутрішньочеревному введенні) чи механічним шляхом (при оклюзії серединної мозкової артерії). Ішемічно-гіпоксичний стан мозку індукує загибель олігодендрогліальних клітин з наступною демієлінізацією аксонів. При цьому порушується структура гемато-енцефалічного бар'єру, що, у свою чергу, призводить до вивільнення ОБМ у кров [42].

Згідно з дослідженнями [43] мінімальні показники протеїну виявлені на першу-другу ішемічну добу впродовж терміну ішемічної експозиції. Так, показано, що експресія ОБМ мРНК та самого білка суттєво зменшується на 23-24-ту годину церебрального ішемічного ушкодження в ішемізованих ділянках, проте підсилюється в периішемічних зонах (зонах, розташованих поряд з ішемізованою ділянкою). На 7-му добу спостерігається стійке підвищення вмісту ОБМ практично у всіх відділах мозку, що свідчить про поступову регенерацію мієлінових оболонок [43]. Проте, за нашими дослідженнями, рівень ОБМ не відновлюється до свого нормального початкового рівня при порівнянні з контрольною групою тварин.

При введенні нейропротекторних препаратів – Корвітину та альфа-кетоглутарату фактично не спостерігається відновлення концентрації ОБМ до нормального рівня. Результати, отримані для різних відділів головного мозку щурів при лікуванні вищезазначеними препаратами, представлені на рис. 3. 9, 3. 10, 3. 11 та 3. 12. Група тварин, яку протягом 6-ти днів лікували Корвітином, на рис. позначена «Ішемія + К»; тих тварин, яких лікували альфа-кетоглутаратом, позначено «Ішемія + α-КГ».

Рис. 3. 9. Вміст основного білка мієліну (ОБМ) у мозочку щурів: n = 6;

*р<0,05 відносно контролю; # р<0,05 відносно ішемії

При введенні нейропротекторних препаратів показники основного білка мієліну у мозочку такі: при корвітиновій терапії – 63,56±0,01 мкг/100 мг тканини, при терапії альфа-кетоглутаратом – 89,31±0,01 мкг/100 мг тканини (див. рис. 3. 9). При порівнянні з ішемічною групою тварин при введенні Корвітину показники ОБМ знизилися у 1,43 рази (на 30%), при порівнянні з контролем – у 2 рази (на 53,1%). Це може вказувати на супутній токсичний вплив препарату на клітини мозочку. При введенні альфа-кетоглутарату не виявлено достовірних варіацій білка відносно ішемії, проте відносно контрольної групи вміст ОБМ є нижчим на 34,1%. Звідси видно, що препарати не відновлюють білу речовину мозочка у постішемічний період.

Для кори великих півкуль (рис. 3. 10) маємо наступний розподіл білка: 68,81±0,01 мкг/100 мг тканини (при введенні Корвітину) та 81,85±0,01 мкг/100 мг тканини (при введенні альфа-кетоглутарату). При порівнянні з ішемічною групою тварин: Корвітин знизив вміст ОБМ на 26,5%, альфа-кетоглутарат – на 12,5%. Відносно контролю: Корвітин – на 31,3%, альфа-кетоглутарат – на 18,3%.

Рис. 3. 10. Вміст основного білка мієліну (ОБМ) у корі великих півкуль мозку щурів: n = 6; *р<0,05 відносно контролю; # р<0,05 відносно ішемії

Для таламусу (рис. 3. 11) показники ОБМ наступні: 47,41±0,07 мкг/100 мг тканини (у групі «Ішемія + Корвітин») та 57,82±0,07 мкг/100 мг тканини. При порівнянні концентрації ОБМ у ішемічній та корвітиновій групах тварин не спостерігається вірогідних змін; при введенні альфа-кетоглутарату наявне невелике підвищення вмісту білка (приблизно на 18-20%), однак це свідчить про незначний ступінь регенерації ушкоджених ішемією тканин таламусу. Відносно контролю (норми) показники білка знижені на 48,6% (Корвітин) та на 37,3% (альфа-кетоглутарат).

Рис. 3. 11. Вміст основного білка мієліну (ОБМ) у таламусі щурів: n = 6;

*р<0,05 відносно контролю; # р<0,05 відносно ішемії

У випадку гіпокампу (рис. 3. 12) вміст ОБМ виглядає так: 60,45±0,02 мкг/100 мг тканини (група «Ішемія + Корвітин») та 59,30±0,04 мкг/100 мг тканини (група «Ішемія + α-КГ»).

Рис. 3. 12. Вміст основного білка мієліну (ОБМ) у гіпокампі щурів: n = 6;

*р<0,05 відносно контролю; # р<0,05 відносно ішемії

Відносно ішемії не виявлено суттєвих варіацій білка. При порівнянні з контрольною групою показники знижені на 35,5% (Корвітин) і 36,7% (альфа-кетоглутарат) відповідно. Видно, що у гіпокампі спостерігається схожа з іншими відділами мозку тенденція до зменшення кількості білка у цитозольних фракціях по відношенню до норми. Це вказує на виснаження пластичного балансу уражених олігодендроглії, ураженою ішемією. Причому видно, що препарати чинять незначний терапевтичний ефект, при цьому знижуючи метаболізм специфічних протеїнів ЦНС.

Згідно з деякими дослідженнями, зокрема, роботами [73] і [74] показано, що у гіпокампі експериментальних тварин (монгольських піщанок) після експериментально викликаної глобальної церебральної ішемії з подальшою реперфузією спостерігається реактивний гліоз, причому, в першу чергу, спостерігається реакція астроцитів з-поміж інших гліальних клітин. Зміни клітин вказаного типу у всіх шарах зони СА1 гіпокампу сягали максимуму на 7-у-14-у доби, що корелювало з розвитком деструктивних змін у нейронах у ці терміни після ішемізації. Загибель нейронів і наступна активація мікрогліальних клітин у зоні СА1 гіпокампу піщанок після ішемії-реперфузії істотно послаблювалися після застосування кверцетину. Зменшення активації астроцитів після введення цього агента не було таким значним. Ці літературні дані свідчать про доцільність клінічних випробувань кверцетину в аспекті його використання з профілактичною метою в групах пацієнтів з ризиком розладів мозкового кровообігу, проте не слід забувати про можливий загальнотоксичний ефект препарату на організм, який він проявляє у високих концентраціях [47].

Виживання і збереження цілісності мієлінопродукуючих олігодендроцитів має вирішальне значення для нормальної функції аксонів білої речовини мозку. Існує все більше доказів на моделях глобальної ішемії мозку і в трансгенних нокаут-мишей, позбавлених експресії білків мієліну, що первинна дисфункція в олігодендроцитах може призвести до вторинного пошкодження аксонів. Це спостерігається при різноманітних неврологічних порушеннях, зокрема, розсіяному склерозі, інсульті, перинатальній травмі головного мозку тощо. Уразливість олігодендроцитів за умов ішемічного пошкодження мозку показано у численних моделях in vitro і опосередковується як окисними, так і ексайтотоксичними механізмами [48].

При гострій ішемії, яка розвивається, наприклад, в результаті травматизації головного мозку, продемонстровано втрату імунореактивності до олігодендроцит-специфічних маркерів і появу у клітинах пікнотичних ядер. Олігодендроцит-специфічна експресія флуоресцентних маркерів в умовах ішемічного інсульту демонструє зниження інтенсивності флуоресценції в мієліновій оболонці.

Зміна перебігу процесів ремієлінізації може сприяти функціональному відновленню при демієлінізуючих захворювань і може бути залученою в початкове відновлення функції клітин в моделі пошкодження головного мозку. Як стверджують деякі дослідники, цього можна досягти, якщо замість ушкоджених клітин трансплантаційним шляхом ввести нові, генномодифіковані попередники олігодендроглії. Тим не менш, не цілком сформований потенціал для подібної заміни олігодендроцитів при ішемії білої речовини мозку, особливо якщо це стосується дорослого організму [48].

Сукупність отриманих нами результатів вказує на те, що морфофункціональні зміни олігодендрогліальних клітин в умовах розвитку дегенеративних процесів у різних структурах ЦНС значною мірою визначають як феноменологію реакцій самої олігодендроглії на дію пошкоджуючих факторів глобальної ішемії мозку, так і динаміку відповідей нейронів у даних умовах. Дані факти свідчить про те, що певна частина олігодендрогліальних клітин може брати безпосередню участь у функціонуванні нейронних мереж різних відділів головного мозку ссавців.

Отримані результати й сформульовані на їх підставі висновки істотно доповнюють сучасні уявлення про функціональні характеристики елементів нервової тканини і, зокрема, олігодендрогліальні клітин та їх роль в розвитку нейродегенеративних захворювань, зокрема, глобальної церебральної ішемії. Одержана інформація також може допомогти в розумінні механізмів виникнення і пошуку засобів запобігання розвитку досліджуваної патології.

ВИСНОВКИ

1. В мозку новонароджених щурів процеси мієлінізації нервових волокон розпочинаються лише після народження. Рівень основного білка мієліну та загального протеїну у цей період мінімальний.

2. Вміст основного білка мієліну у гіпокампі 1-місячних щурів нижчий в 3-4 рази, ніж у 3-місячних. Таке нерівномірне збільшення пояснюється інтенсивною мієлінізацією нервових волокон гіпокампу. У розподілі загального протеїну не виявлено достовірних змін.

3. У таламусі не спостерігається великих варіацій у концентрації основного білка мієліну зі збільшенням віку тварин. Вміст загального протеїну збільшується до 1-місяця, проте між 1- та 3-місячними тваринами спостерігаються незначні коливання ЗП.

4. Концентрація основного білка мієліну у мозочку 1-місячних особин є найвищою серед піддослідних тварин. Починаючи з цього терміну, інтенсивність мієлінізації знижується приблизно на 32,4%, що пов'язано з частковою демієлінізацією аксонів мозочка. Концентрація загального протеїну у мозочку зростає зі збільшенням віку тварин.

5. За умов глобальної ішемії у всіх відділах головного мозку, окрім кори великих півкуль, знижується вміст загального протеїну та основного білка мієліну, що свідчить про демієлінізацію нервових волокон та зниження функціональної активності олігодендроглії.

6. Нейропротекторні препарати Корвітин та альфа-кетоглутарат протягом не повністю відновлюють уражені ішемією ділянки головного мозку. Альфа-кетоглутарат виявляє позитивний терапевтичний ефект у мозочку, корі великих півкуль і таламусі. Корвітин чинить відновлюючий ефект лише у таламусі.

Список літературних посилань:

1. Virchow, R. Über das ausgebreitete Vorkommen einer dem Nervenmark analogen Substanz in den tierischen Geweben / R. Virchow // Virchows Arch. Pathol. Anat. – № 6. – Р. 562–572.

2. Balanced mTORC1 activity in oligodendrocytes is required for accurate CNS myelination / F. Lebrun-Julien [et al.] // J. Neurosci. – 2014. – Vol. 34. – № 25. – P. 8432–8448.

3. Основной белок миелина. Строение, свойства, функции, роль в диагностике демиелинизирующих заболеваний / В. П. Чехонин [и др.] // Вопросы медицинской химии. – 2000. – № 6. – С. 549–563.

4. Boggs, J. M. Myelin basic protein: a multifunctional protein // J. M. Boggs // Cell Mol. Life Sci. – 2006. – Vol. 63. – № 17. – Р. 1945–1961.

5. Arroyo, E. J. On the molecular architecture of myelinated fibers / E. J. Arroyo, S. S. Scherer // Histochem. Cell Biol. – 2000. – Vol.113. – №1. – Р. 1–18.

6. Baumann, N. Biology of oligodendrocyte and myelin in the mammalian central nervous system / N. Baumann, D. Pham-Dinh // Physiol. Rev. – 2001. – Vol. 81. – № 2. – Р. 871–927.

7. Myelin basic protein-diverse conformational states of an intrinsically unstructured protein and its roles in myelin assembly and multiple sclerosis / G. Harauz [et al.] // Micron. 2004. – Vol. 35. – № 7. – Р. 503–542.

8. Givogri, M. I. New insights on the biology of myelin basic protein gene: the neural-immune connection / M. I. Givogri, E. R. Bongarzone, A. T. Campagnoni // J. Neurosci. Res. – 2000. – Vol. 59. – № 2. – Р. 153–159.

9. Характеристика генів зі зниженою експресією в гліомах людини – потенційних пухлиносупресорних генів / В. В. Дмитренко [та ін.] // Біополімери і клітина. – 2007. – Т. 23. – № 4. – С. 347–362.

10. Protein tyrosine phosphatase receptor type z negatively regulates oligodendrocyte differentiation and myelination / К. Kuboyama [et al.] // PLoS One. – 2012. – Vol. 7. – № 11. – Р. 1–11.

11. Wunderlich, M. T. Release of neurobiochemical markers of brain damage is related to the neurovascular status on admission and the site of arterial occlusion in acute ischemic stroke / M. T. Wunderlich, C. W. Wallesch, M. Goertler // J. Neurol. Sci. – 2004. – Vol. 227. – № 1. – Р. 49–53.

12. Protein S-100B, neuron-specific enolase (NSE), myelin basic protein (MBP) and glial fibrillary acidic protein (GFAP) in cerebrospinal fluid (CSF) and blood of neurological patients / K. J. Lamers [et al.] // Brain Res. Bull. – 2003. – Vol. 61. – № 3. – Р. 261–264.

13. Bedell, M. A. Good genes in bad neighbourhoods / M. A. Bedell, N. A. Jenkins, N. G. Copeland // Nat. Genet. – 1996. – Vol. 12. – № 3. – Р. 229–232.

14. Cerebral white matter injury and damage to myelin sheath following whole-brain ischemia / Y. Chen [et al.] // Brain Res. – 2013. – № 1495. – Р. 11–17.

Gleich, O. The postnatal growth of cochlear nucleus subdivisions and neuronal somata of the anteroventral cochlear nucleus in the Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus) / O. Gleich, C. Kadow, J. Strutz // Audiol. Neurootol. – 1998. – Vol. 3. – № 1. – Р. 1–20.

16. Prominent white matter lesions develop in Mongolian gerbils treated with 100% normobaric oxygen after global brain ischemia / H. S. Mickel, О. Kempski, G. Feuerstein [et al.] // Acta Neuropathologica. – 1990. – Vol. 79. – № 5. – Р. 465–472.

17. Butt, A. M. Oligodendrocytes and the control of myelination in vivo: new insights from the rat anterior medullary velum / A. M. Butt, M. Berry // J. Neurosci Res. – 2000. – Vol. 59. – № 4. – Р. 477–488.

18. Growth of central nervous system auditory and visual nuclei in the postnatal gerbil (Meriones unguiculatus) / R. Rübsamen, M. Gutowski, J. Langkau [et al.] // J. Comp. Neurol. – 1994. – Vol. 346. – № 2. – Р. 289–305.