Annals of Clinical and Experimental NeurologyAnnals of Clinical and Experimental NeurologyАнналы клинической и экспериментальной неврологии2075-54732409-2533Eco-Vector1710.17816/psaic17Original articlesОригинальные статьиUnknownActivation of autophagy in peripheral blood mononuclear cells in amyotrophic lateral sclerosisАктивация аутофагии в периферических мононуклеарных клетках при боковом амиотрофическом склерозеKocherginIvan A.КочергинИван Александрович
Russian Federation
i.a.kochergin@yandex.ruTukhvatulinA. I.ТухватулинA. И.
Russian Federation
i.a.kochergin@yandex.ruLogunovD. Yu.ЛогуновД. Ю.
Russian Federation
i.a.kochergin@yandex.ruZakharovaMaria N.ЗахароваМария Николаевна
Russian Federation
i.a.kochergin@yandex.ruResearch Center of NeurologyФГБНУ «Научный центр неврологии»N.F. Gamaleya Federal Research Center of Epidemiology and Microbiology, the Ministry of Healthcare of the Russian FederationФГБУ «Федеральный научно-исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени почетного академика Н.Ф. Гамалеи» МЗ РФ02122016104263130012017Copyright ©; 2016, Kochergin I.A., Tukhvatulin A.I., Logunov D.Y., Zakharova M.N.Copyright ©; 2016, Kochergin I.A., Tukhvatulin A.I., Logunov D.Y., Zakharova M.N.2016Kochergin I.A., Tukhvatulin A.I., Logunov D.Y., Zakharova M.N.Kochergin I.A., Tukhvatulin A.I., Logunov D.Y., Zakharova M.N.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://annaly-nevrologii.com/pathID/article/view/17

Introduction. Accumulation of intracellular protein aggregates is one of the key processes in pathogenesis of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Autophagy is a complex process during which cell components and organelles are transferred inside lysosomes and are degraded. Autophagy disturbance was found to take place in various neurodegenerative diseases. Autophagy alteration can be observed not only in the central nervous system but also in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). Protein LC3 is the key marker of autophagy.Objective. To determine protein LC3 concentration in PBMCs of ALS patients and to analyze the relationship between this parameter and clinical characteristics of the disease.Materials and methods. The study involved 66 patients with definite ALS and 15 healthy volunteers. Past medical history was elicited in all patients; neurological examination and the pulmonary function test were performed. PBMCs were isolated from blood of patients and healthy volunteers. The cells were lysed and subjected to Western blot analysis using anti-LC3 antibodies.Results. The LC3-I level in PBMCs of ALS patients was increased compared to that in the control group (p<0.001). The LC3-I/LC3-II level was elevated in patients with the lumbosacral form of ALS (stage II ALS and the slow rate of disease progression). The tendency towards increased LC3-II level was observed for the bulbar form and stage III ALS.Conclusions. The results demonstrated for the first time that PBMCs of ALS patients tend to exhibit a higher level of autophagy activity compared to healthy volunteers.

Введение. Накопление внутриклеточных белковых агрегатов является одним из ключевых звеньев в патогенезе бокового амиотрофического склероза (БАС). Аутофагия – это сложный процесс, в ходе которого компоненты клетки и органеллы транспортируются внутрь лизосом и подвергаются деградации. Нарушение процессов аутофагии выявлено при различных нейродегенеративных заболеваниях. Изменения аутофагии могут наблюдаться не только в НС, но и в мононуклеарных клетках периферической крови (PBMC). Белок LC3 является основным маркером аутофагии.Цель исследования. Определить содержание белка LC3 в PBMC пациентов с БАС, а также провести анализ взаимосвязи между этим параметром и клиническими характеристиками заболевания.Материал и методы. В исследование включены 66 пациентов с достоверным диагнозом БАС и 15 здоровых добровольцев. Всем пациентам был проведен сбор анамнеза, неврологический осмотр, оценена функция внешнего дыхания. Из крови пациентов и здоровых доноров выделены PBMC. Полученные клетки лизировали и проводили вестерн-блоттинг с использованием антител к LC3.Результаты. Выявлено повышение уровня LC3-I в PBMC у пациентов с БАС по сравнению с контрольной группой (p<0,001). У пациентов с пояснично-крестцовой формой при 2 стадии БАС и медленном темпе прогрессирования заболевания отмечено повышение уровня LC3-I/LC3-II. Тенденция к увеличению уровня LC3-II наблюдалась при бульбарной форме и 3 стадии заболевания.Заключение. Результаты исследования впервые выявили, что в PBMC пациентов с БАС имеется тенденция к более высокому уровню активности аутофагии, чем у здоровых добровольцев.

autophagyamyotrophic lateral sclerosisneurodegenerative diseases, biomarkersperipheral blood mononuclear cellsаутофагиябоковой амиотрофический склерознейродегенеративные заболеваниябиомаркерымононуклеарныке клетки периферической кровиIllarioshkin S.N. [The conformational diseases of the brain]. Moscow: Yanus-K; 2003. (in Russ).Monahan Z., Shewmaker F., Pandey U.B. Stress granules at the intersection of autophagy and ALS. Brain Res. 2016; 1649(Pt B): 189–200. DOI: 10.1016/j.brainres.2016.05.022. PMID: 27181519.Lee J.K., Shin J.H., Lee J.E., Choi E.J. Role of autophagy in the pathogenesis of amyotrophic lateral sclerosis. Biochim Biophys Acta. 2015; 1852(11): 2517–24. DOI: 10.1016/j.bbadis.2015.08.005. PMID: 26264610.Klionsky D.J., Abdelmohsen K., Abe A. et al. Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (3rd edition). Autophagy. 2016; 12(1): 1–222. DOI: 10.1080/15548627.2015.1100356. PMID: 26799652.Nixon R.A. The role of autophagy in neurodegenerative disease. Nat Med. 2013; 19(8): 983–97. DOI: 10.1038/nm.3232. PMID: 23921753.Cipolat Mis M.S., Brajkovic S., Frattini E. et al. Autophagy in motor neuron disease: Key pathogenetic mechanisms and therapeutic targets. Mol Cell Neurosci. 2016; 72: 84–90. DOI: 10.1016/j.mcn.2016.01.012.PMID: 26837042Klyushnikov S.A. [Niemann-Pick disease, type C lysosomal pathology in violation of lipid intracellular transport]. Atmosfera Nervnye bolezni. 2014(1): 4–14. (in Russ).Prigione A., Piazza F., Brighina L. et al. Alpha-synuclein nitration and autophagy response are induced in peripheral blood cells from patients with Parkinson disease. Neurosci Lett. 2010; 477(1): 6–10. DOI: 10.1016/j.neulet.2010.04.022. PMID: 20399833Brooks B.R., Miller R.G., Swash M., Munsat T.L. El Escorial revisited: revised criteria for the diagnosis of amyotrophic lateral sclerosis. Amyotroph Lateral Scler Other Motor Neuron Disord. 2000; 1(5): 293–9. PMID: 11464847.Roche J.C., Rojas-Garcia R., Scott K.M. et al. A proposed staging system for amyotrophic lateral sclerosis. Brain 2012; 135(Pt 3): 847–52. DOI: 10.1093/brain/awr351. PMID: 22271664.Gordon P.H., Miller R.G., Moore D.H. ALSFRS-R. Amyotroph Lateral Scler Other Motor Neuron Disord. 2004; 5 (Suppl 1): 90–3. DOI: 10.1080/17434470410019906. PMID: 15512883.Bromberg M.B. Nomenclature and Classification of Motor Neuron Disease. Oxford, UK: ‘Oxford University Press’; 2014. DOI: 10.1093/med/9780199783113.003.0002.Ying Z., Xia Q., Hao Z. et al. TARDBP/TDP-43 regulates autophagy in both MTORC1-dependent and MTORC1-independent manners. Autophagy. 2016; 12(4): 707–8. DOI: 10.1080/15548627.2016.1151596. PMID: 27050460.Filimonenko M., Stuffers S., Raiborg C. et al. Functional multivesicular bodies are required for autophagic clearance of protein aggregates associated with neurodegenerative disease. J Cell Biol. 2007; 179(3): 485–500. DOI: 10.1083/jcb.200702115. PMID: 17984323.Morimoto N., Nagai M., Ohta Y. et al. Increased autophagy in transgenic mice with a G93A mutant SOD1 gene. Brain Res. 2007; 1167: 112–7. DOI: 10.1016/j.brainres.2007.06.045. PMID: 17689501.Sasaki S. Autophagy in spinal cord motor neurons in sporadic amyotrophic lateral sclerosis. J Neuropathol Exp Neurol. 2011; 70(5): 349–59. DOI: 10.1097/NEN.0b013e3182160690. PMID: 21487309.De Marco G., Lupino E., Calvo A. et al. Cytoplasmic accumulation of TDP-43 in circulating lymphomonocytes of ALS patients with and without TARDBP mutations. Acta Neuropathol. 2011; 121(5): 611–22. DOI: 10.1007/s00401-010-0786-7. PMID: 21120508.De Marco G., Lomartire A., Calvo A. et al. Monocytes of patients with amyotrophic lateral sclerosis linked to gene mutations display altered TDP-43 subcellular distribution. Neuropathol Appl Neurobiol. 2016. DOI: 10.1111/nan.12328. PMID: 27178390.Xia Q., Wang H., Hao Z. et al. TDP-43 loss of function increases TFEB activity and blocks autophagosome-lysosome fusion. EMBO J. 2016; 35(2):1 21–42. DOI: 10.15252/embj.201591998. PMID: 26702100.Xie Y., Zhou B., Lin M.Y., Sheng Z.H. Progressive endolysosomal deficits impair autophagic clearance beginning at early asymptomatic stages in fALS mice. Autophagy 2015; 11(10): 1934–6. DOI: 10.1080/15548627.2015.1084460. PMID: 26290961.Djeddi A., Michelet X., Culetto E. et al. Induction of autophagy in ESCRT mutants is an adaptive response for cell survival in C. elegans. J Cell Sci. 2012; 125(Pt 3): 685–94. DOI: 10.1242/jcs.091702. PMID: 22389403.Sala G., Tremolizzo L., Melchionda L. et al. A panel of macroautophagy markers in lymphomonocytes of patients with amyotrophic lateral sclerosis. Amyotroph Lateral Scler. 2012; 13(1): 119–24. DOI: 10.3109/17482968.2011.611139. PMID: 21916798.