Иммуноцитохимические и морфометрические изменения астроглии в перифокальной зоне моделируемого инфаркта мозга

D. N. Voronkov1, O. V. Sal’nikova1, R. M. Khudoerkov1
1ФГБНУ «Научный центр неврологии», Москва, Россия

Аннотация


Введение. Перифокальная зона (ПЗ) инфаркта головного мозга содержит гибнущие и реактивно измененные нейроны, судьба которых зависит от характера межклеточных взаимодействий и, в частности, от реакции астроцитов, участвующих как в повреждении нейронов, так и в нейропротекции. Особенности реакции астроцитов на ишемическое повреждение и значение их активации при глиозе изучены недостаточно.

Цель исследования. Методами иммуноморфологии и компьютерной морфометрии оценить изменения астроглии в перифокальной зоне инфаркта мозга в зависимости от сроков его воспроизведения.

Материалы и методы. Инфаркт моделировали в левом полушарии коры головного мозга крыс (n=10) окклюзией средней мозговой артерии. Оценивали распределение и форму астроцитов на 3-й и 21-й дни после операции, исследовали локализацию кислого глиофибриллярного белка (GFAP), аквапорина-4 (AQP4) и глутаминсинтетазы (GlnS) в перифокальной зоне.

Результаты. Параметры формы, распределение астроцитов и экспрессия GFAP значимо менялись в зависимости от срока и расстояния до очага повреждения. На 3-й день площадь, занимаемая отростками астроцитов, снижалась на 15% от контроля, а на 21-й день – возрастала на 35%. Экспрессия GlnS и AQP4 на 3-й день вблизи очага инфаркта снижалась, а на 21-й день наблюдали противоположные изменения. Также выявили перераспределение исследованных белков в отростках реактивных астроцитов. Выделили два морфологических типа астроцитов: рубец-формирующие поляризованные астроциты, характеризующиеся перераспределением маркерных белков в отростках, и транзиторно-активированные, отличающиеся умеренными изменениями.

Заключение. Выявлена гетерогенность астроцитов в ПЗ инфаркта и зависимость их структурно-функциональных изменений от расстояния до очага повреждения и сроков после инфаркта. При помощи иммуногистохимического и морфометрического анализа охарактеризованы рубец-формирующие и транзиторно-активированные астроицты, имеющие разное значение для ремоделирования и репарации ишемизированной нервной ткани в перифокальной зоне инфаркта.


Ключевые слова

инфаркт мозга; глиальный рубец; астроциты; морфометрия; кислый глиофибриллярный белок; глутаминсинтетаза; аквапорин-4

Полный текст:

PDF

Литература

Gusev E.I, Skvortsova V.I. Ishemiya golovnogo mozga. [Brain Ishaemia]. Moscow, Meditsina., 2001. 328 p. (In Russ.)

Fernaud-Espinosa I., Nieto-Sampedro M., Bovolenta P. Differential activation of microglia and astrocytes in aniso-and isomorphic gliotic tissue. Glia. 1993; 8: 277–291, DOI:10.1002/glia.440080408. PMID: 8406684.

Rusnakova V., Honsa P., Dzamba D. et al. Heterogeneity of astrocytes: from development to injury – single cell gene expression. PLoS ONE. 2013; 8: e69734. DOI: 10.1371/journal.pone.0069734. PMID: 23940528.

Sofroniew M.V., Vinters H.V. Astrocytes: biology and pathology. Acta Neuropathol. 2010; 119: 7–35. DOI: 10.1007/s00401-009-0619-8. PMID: 20012068.

Sosunov A.A., Wu X., Tsankova N.M. et al. Phenotypic heterogeneity and plasticity of isocortical and hippocampal astrocytes in the human brain. J. Neurosci. 2014; 34: 2285–2298. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4037-13.2014. PMID: 24501367.

Wilhelmsson U., Bushong E.A., Price D.L. et al. Redefining the concept of reactive astrocytes as cells that remain within their unique domains upon reaction to injury. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 2006; 103: 17513–17518. DOI: 10.1073/ pnas.0602841103. PMID: 17090684.

Wagner D.C., Scheibe J., Glocke I. et al. Object-based analysis of astroglial reaction and astrocyte subtype morphology after ischemic brain injury. Acta Neurobiol. Exp. 2013; 73: 79–87. PMID: 23595285.

Morgun A.V., Malinovskaya N.A., Komleva Y.K. et al. [Structural and functional heterogeneity of astrocytes in the brain: Role in neurodegeneration and neuroinflammation]. Byulleten' sibirskoy meditsiny. 2014; 5: 138–148. DOI: http://dx.doi.org/10.20538/1682-0363-2014-5-138-148. (In Russ.)

Anderson M.A., Ao Y., Sofroniew M.V. Heterogeneity of reactive astrocytes. Neurosci. Lett. 2014; 565: 23–29. DOI:10.1016/j.neulet.2013.12.030. PMID: 24361547.

Villarreal A., Rosciszewski G., Murta V. et al. Isolation and characterization of ischemia-derived astrocytes (IDAs) with ability to transactivate quiescent astrocytes. Front Cell Neurosci. 2016; 10: 139. DOI: 10.3389/fncel.2016.00139. PMID: 27313509.

Samoilenkova N.S., Gavrilova S.A., Koshelev V.B. [Protective effect of hypoxic and ischemic preconditioning in rat brain local ischemia]. Dokl Biol Sci. 2007; 414: 183–184. DOI: 10.1134/S0012496607030039. PMID: 17668615. (In Russ.)

Khudoerkov R.M., Samoylenkova N.S., Gavrilova S.A. et al. [Preconditioning as a method of neuroprotection in a model of brain infarct]. Annals of clinical and experimental neurology. 2009; 2: 26–30. (In Russ.)

Khudoerkov R.M., Savinkova I.G., Strukova S.M. et al. [Effects of activated protein C on the size of modeled ischemic focus and morphometric parameters of neurons and neuroglia in its perifocal zone]. Bull Exp Biol Med. 2014; 157: 530–534. DOI: 10.1007/s10517-014-2607-9. PMID: 25110099 (In Russ.)

Lutsik B.D., Iashchewnko A.M., Lutsik A.D.[Lectin-peroxidase markers of the microglia in paraffin sections]. Arkh Patol. 1991; 10: 60–3. PMID: 1793382 (In Russ.)

Khudoerkov R.M., Voronkov D.N. [Modern possibilities of computer-assisted morphometry in immunohistochemical studies of brain]. In: XXI Century Neurology: diagnostic, treatment and research technologies. Eds. Piradov M.A., Illarioshkin S.N., Tanashyan M.M.. Moscow. ATMO, 2015. 3: 198–248. (In Russ.)

Galea E., Morrison W., Hudry E. et al. Topological analyses in APP/PS1 mice reveal that astrocytes do not migrate to amyloid-β plaques. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015; 112: 15556–15561. DOI: 10.1073/pnas.1516779112. PMID: 26644572.

Khiripet N., Khantuwan W., Jungck J.R. Ka-me: a Voronoi image analyzer. Bioinformatics. 2012; 28: 1802–1804. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts253. PMID: 22556369

Kharitonov S.P. [Nearest-neighbor distance method for the evaluation of distribution of different biological objects in a plane or in a line]. Vestnik nizhegorodskogo universiteta. Seriya biologiya. 2005; 1: 213–221. (In Russ.)

Gunnarson E., Zelenina M., Axehult G. et al. Identification of a molecular target for glutamate regulation of astrocyte water permeability. Glia. 2008; 56: 587–596. DOI: 10.1002/glia.20627. PMID: 18286643.

Anlauf E., Derouiche A. Glutamine synthetase as an astrocytic marker: its cell type and vesicle localization. Front Endocrinol. 2013; 4: 144. DOI: 10.3389/ fendo.2013.00144. PMID: 24137157.

Zelenina M. Regulation of brain aquaporins. Neurochem. Int. 2010; 57: 468–488. DOI: 10.1016/j.neuint.2010.03.022. PMID: 20380861.

Hubbard J.A., Hsu M.S., Seldin M.M., Binder D.K. Expression of the astrocyte water channel aquaporin-4 in the mouse brain. ASN Neuro. 2015; 7: PII: 1759091415605486. DOI: 10.1177/1759091415605486. PMID: 26489685.




DOI: http://dx.doi.org/10.18454/ACEN.2017.1.6158