РОЛЬ РЕАКТИВНОЙ ГЛИИ В МОДУЛЯЦИИ НЕЙРО- И СИНАПТОГЕНЕЗА IN VITRO

DOI: https://doi.org/10.29296/24999490-2021-06-10

А.В. Виноградова, О.П. Тучина ФГАОУ ВО «БФУ им. Иммануила Канта», лаборатория синтетической биологии, Институт живых систем, Российская Федерация, 236041, Калининград, ул. Университетская, д. 2 E-mail: otuchina@kantiana.ru

Введение. Активация глиальных клеток липополисахаридом (ЛПС) приводит к выделению провоспалительных цитокинов и развитию нейровоспаления, что, в свою очередь, влияет на процессы нейро- и сипнаптогенеза. Однако конкретные механизмы нейроглиальных и астроцит-микроглиальных взаимодействий в этих процессах остаются предметом дискуссии. Цель исследования. Изучение роли микроглии в приобретении астроцитами реактивного фенотипа in vitro, а также влияния ЛПС и астроцит-кондиционированной среды на нейро- и синаптогенез гиппокампальных нейронов in vitro методами иммуноцитохимии. Методы. Исследование проводили на глиальных и нейрональных культурах клеток гиппокампа крысы. ЛПС добавляли к чистой культуре астроцитов и смешанной глиальной культуре в концентрации 1 и 10 мкг/мл на 6, 12 и 24 ч. После этого клетки фиксировали, окрашивали глиальные культуры на астроцитарный маркер GFAP. К культуре нейронов гиппокампа добавляли ЛПС в концентрации 10 мкг/мл на 6 и 12 ч, а также астроцит-кондиционированную среду, затем клетки фиксировали и окрашивали на маркер пролиферации клеток Ki67, пресинаптический (Syn1) и постсинаптические (PSD95) белки. Результаты. Количество GFAP увеличилось в смешанной глиальной культуре через 6 и 12 ч инкубации с ЛПС, в культуре астроцитов экспрессия GFAP, напротив, снижается. Добавление к нейронам ЛПС и астроцит-кондиционированной среды привело к снижению пролиферации клеток и увеличению количества постсинаптического белка PSD95, в то время как количество Syn1 изменилось только в случае добавления ЛПС непосредственно к нейронам. Заключение. В нашем исследовании показано, что астроциты in vitro приобретают характерный реактивный фенотип только в присутствии микроглиальных клеток, о чем свидетельствует увеличение количества GFAP. Астроциты, инкубированные с ЛПС, способны модулировать пролиферацию нейронов и процессы синаптогенеза in vitro
Ключевые слова: 
гиппокамп
Для цитирования: 
Виноградова А.В., Тучина О.П. РОЛЬ РЕАКТИВНОЙ ГЛИИ В МОДУЛЯЦИИ НЕЙРО- И СИНАПТОГЕНЕЗА IN VITRO. Молекулярная медицина, 2021; (6): -https://doi.org/10.29296/24999490-2021-06-10

Список литературы: 
  1. Ben Haim L., Rowitch D.H. Functional diversity of astrocytes in neural circuit regulation. Nature Reviews Neuroscience. 2016; 18 (1): 31–41. https://doi.org/10.1038/nrn.2016.159.
  2. Тучина О.П., Адамовская С.С. Региональная гетерогенность астроцитов в отношении экспрессии глиального фибриллярного кислого белка и синтетазы глутамина in vitro. Современные проблемы науки и образования. 2020; 2: 158–62. https://doi.org/10.17513/spno.29751 [Tuchina O.P., Adamovskaya S.S. Regional heterogeneity of astrocytes in respect to glial fibrillary acidic protein and glutamine synthetase in vitro. Modern problems of science and education. 2020; 2: 158–62. https://doi.org/10.17513/spno.29751 (in Russian)].
  3. Franco R., Fernández-Suárez D. Alternatively activated microglia and macrophages in the central nervous system. Progress in Neurobiology. 2015; 131: 65–86. https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2015.05.003.
  4. Тучина О.П. Нейро-иммунные взаимодействия в холинергическом противовоспалительном пути. Гены и клетки. 2020; XV (1): 23–8. https://doi.org/10.23868/202003003 [Tuchina O.P. Neuro-immune interactions in cholinergic anti-inflammatory pathway. Genes and Cells. 2020; XV (1): 23–8. https://doi.org/10.23868/202003003 (in Russian)].
  5. Banks W.A., Robinson S.M. Minimal penetration of lipopolysaccharide across the murine blood-brain barrier. Brain Behav Immun. 2009; 24 (1): 102–9. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2009.09.001.
  6. Патлай Н.И., Сотников Е.Б., Курилова Е.А., Тучина О.П. Ранние изменения реактивного профиля глиальных клеток гиппокампа мыши в ответ на липополисахарид. Современные проблемы науки и образования. 2020; 6: 136–9. https://doi.org/10.17513/spno.30310 [Patlay N.I., Sotnikov E.B., Kurilova E.A., Tuchina O.P. Early changes in the reactive profile of mouse hippocampal glial cells in response to lipopolysaccharide. Modern problems of science and education. 2020; 6: 136–9. https://doi.org/10.17513/spno.30310 (in Russian)].
  7. Сотников Е.Б., Патлай Н.И., Николаева А.Ю., Тучина О.П. Экспрессия глиальных маркеров, цитокинов и маркеров нейрогенеза в гиппокампе мыши при старении и в ответ на липополисахарид. Молекулярная медицина. 2021; 19 (3): 38–43. https://doi.org/10.29296/24999490-2021-03-06 [Sotnikov E.B., Patlay N.I., Nikolaeva A.Y., Tuchina O.P. Expression of glial markers, cytokines and markers of neurogenesis in the mouse hippocampus during aging and in response to lipopolysaccharide. Molekulyarnaya meditsina 2021; 19 (3): 38–43. https:// doi.org/10.29296/24999490-2021-03-06 (in Russian)].
  8. Патлай Н.И., Сотников Е.Б., Тучина О.П. Роль микроглиальных цитокинов в модуляции нейрогенеза во взрослом мозге. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2020; 5: 15–23. https://doi.org/10.17513/mjpfi.13062 [Patlay N.I., Sotnikov E.B., Tuchina O.P. The role of microglial cytokines in the modulation of neurogenesis in the adult brain. International journal of applied and fundamental studies. 2020; 5: 15–23. https://doi.org/10.17513/mjpfi.13062 (in Russian)].
  9. Liddelow S.A., Guttenplan K.A., Clarke L.E., Bennett F.C., Bohlen C.J., Schirmer L., Bennett M.L., Münch A.E., Chung W.-S., Peterson T.C., Wilton D.K., Frouin A., Napier B.A., Panicker N., Kumar M., Buckwalter M.S., Rowitch D.H., Dawson V.L., Dawson T.M., Stevens B., Barres B.A. Neurotoxic reactive astrocytes are induced by activated microglia. Nature. 2017; 541: 481–7. https://doi.org/10.1038/nature21029.
  10. You L.-H., Yan C.-Z., Zheng B.-J., Ci Y.-Z., Chang S.-Y., Yu P., Gao G.-F., Li H.-Y., Dong T.-Y., Chang Y.-Z. Astrocyte hepcidin is a key factor in LPS-induced neuronal apoptosis. Cell Death Dis. 2017; 8: e2676. https://doi.org/10.1038/cddis.2017.93.
  11. Tamashiro T.T., Dalgard C.L., Byrnes K.R. Primary microglia isolation from mixed glial cell cultures of neonatal rat brain tissue. J. Vis Exp. 2012; 2: e3814. https://doi.org/10.3791/3814.
  12. Beaudoin G.M.J., Lee S.-H., Singh D., Yuan Y., Ng Y.-G., Reichardt L.F., Arikkath J. Culturing pyramidal neurons from the early postnatal mouse hippocampus and cortex. Nat Protoc. 2012; 7: 1741–54. https://doi.org/10.1038/nprot.2012.099.
  13. Middeldorp J., Hol E.M. GFAP in health and disease. Progress in Neurobiology. 2011; 421–43. https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2011.01.005.
  14. Leow-Dyke S., Allen C., Denes A., Nilsson O., Maysami S., Bowie A.G., Rothwell N.J., Pinteaux E. Neuronal Toll-like receptor 4 signaling induces brain endothelial activation and neutrophil transmigration in vitro. J. Neuroinflammation. 2012; 9: 230–5. https://doi.org/10.1186/1742-2094-9-230.