Автореферат (Роль HIF1-зависимой регуляции пентозофосфатного пути в обеспечении реакций мозга на гипоксию)

На правах рукописиВЕТРОВОЙОлег ВасильевичРОЛЬ HIF1-ЗАВИСИМОЙ РЕГУЛЯЦИИ ПЕНТОЗОФОСФАТНОГОПУТИ В ОБЕСПЕЧЕНИИ РЕАКЦИЙ МОЗГА НА ГИПОКСИЮ03.01.04 – БиохимияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата биологических наукСанкт-Петербург20182Работа выполнена на кафедре биохимии Биологического факультетаФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»Научный руководитель:Официальные оппоненты:Ещенко Наталья Дмитриевнадоктор биологических наук, профессоркафедры биохимии Биологического факультетаФГБОУ ВО «Санкт-Петербургскийгосударственный университет», г. Санкт-ПетербургКирова Юлия Игоревнадоктор биологических наук, ведущий научныйсотрудник лаборатории биоэнергетикии проблем гипоксии ФГБНУ НИИ общейпатологии и патофизиологии РАН, г.

МоскваЖуравин Игорь Александровичдоктор биологических наук, профессор,заведующий лабораторией сравнительнойфизиологии и патологии ЦНС, ФГБУН Институтэволюционной физиологии и биохимииим. И.М. Сеченова РАН, г. Санкт-ПетербургВедущая организация: ФГБНУ «Томский национальный исследовательскиймедицинский центр РАН», г. Томск.Защита состоится 26 апреля 2018 г.

в 16:00 часов на заседании Диссертационногосовета Д.212.232.10 по защите докторских и кандидатских диссертаций на базеФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет» по адресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9, ауд. 90.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А.М. ГорькогоФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет» по адресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб.

д. 7/9, а также на сайте СанктПетербургскогогосударственногоуниверситетапоадресу:https://disser.spbu.ru/files/disser2/disser/8t2dZr6WnD.pdfe-mail: n.alekseev@spbu.ruтел.: +7 (812) 328-95-74Автореферат разослан 26 февраля 2018 г.Учёный секретарьДиссертационного совета 212.232.10,доктор биологических наук, профессорН.П. Алексеев3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. Нарушение кислородного снабжениямозга рассматривается в настоящее время как ключевой фактор в развитиимножества неврологических заболеваний. Тяжелые формы гипоксического стресса,такие как ишемический инсульт, представляют собой одну из самыхраспространенных причин смерти и снижения качества жизни. Поэтому поиск путейповышения устойчивости мозга к гипоксии/ишемии представляет собой одну изважнейших задач современной биологии и медицины.

Основные подходы длярешения этой задачи включают не только разработку новых лекарственных средств,но и использование немедикаментозных методов мобилизации эндогенныхзащитных механизмов (Самойлов и др., 2012). Особого внимания среди такихнемедикаментозных методов заслуживает посткондиционирование (ПостК) предъявление экстремальных воздействий умеренной интенсивности особям,пережившим тяжелое повреждающее воздействие (Zhao et al., 2003), с цельюмобилизации эндогенных адаптивных и регенеративных механизмов.Настоящееисследованиенаправленонаизучениемеханизмовнейропротективного действия гипоксического посткондиционирования, а также нарасширение представлений о метаболических перестройках мозга, лежащих воснове патологических и адаптивных реакций на гипоксию и реоксигенацию. Вфокусе нашего внимания была роль гипоксия-индуцируемого фактора-1 (HIF1) врегуляции пентозофосфатного пути (ПФП) метаболизма глюкозы – основногоисточника НАДФН в мозге.

В связи с тем, что без НАДФН невозможновосстановление таких антиоксидантов как тиоредоксины и глутатион, ПФПпредставляет собой ключевой регулятор эффективности антиоксидантных системмозга. Поскольку опосредованная гипоксией гибель нейронов осуществляется сучастием активных форм кислорода (АФК), изучение вопроса о возможнойвзаимосвязи между гипоксией/реоксигенацией в различных режимах, ключевымрегулятором клеточного ответа на гипоксию, HIF1, пентозофосфатным путем иопосредованными им функциями является крайне важным как для пониманияэндогенных механизмов адаптации мозга, так и для разработки подходов ктаргетной терапии постгипоксических состояний.Степень разработанности темы исследования. Ранее в лабораториирегуляции функций нейронов мозга Института физиологии им.

И.П.Павлова РАНбыл разработан неинвазивный способ коррекции последствий тяжелойповреждающей гипоксии мозга сеансами умеренной гипобарической гипоксии(УГГ) - воздействия на организм пониженным атмосферным давлением,приводящим к ослаблению кислородного снабжения (патент РФ №2437164). Вмоделях на крысах показано, что посткондиционирование (ПостК) трехкратной УГГэффективно предотвращает индуцируемую тяжелой гипоксией гибель нейроновгиппокампа и неокортекса, способствует функциональной реабилитации послетяжелой гипобарической гипоксии (ТГ) или психоэмоциональных стрессов,нормализуя активность гипоталамо-гипофизарно адренокортикальной системы иповедение у крыс (Rybnikova et al., 2012).

При этом, в отличие от ишемическихмоделей (Gao et al., 2008), нейропротекция наблюдается даже в тех случаях, когда4ПостК производится в отдаленный период после повреждающего воздействия (1-3дня). Однако, помимо описательных данных, информации о конкретных механизмахреализации протективного действия ПостК УГГ на сегодняшний день недостаточно.Роль ключевого регулятора адаптации к гипоксии отводится гипоксияиндуцируемому фактору-1 (HIF1), в связи с чем в мировой литературе активнообсуждается возможность фармакологической активации HIF1 с целью терапии, вчастности, постинсультных состояний.

Однако, патогенез относительнонепродолжительных острых форм гипоксии/ишемии в первую очередь реализуется впериод реоксигенации (Nita et al., 2001), когда неконтролируемая активация данногофактора транскрипции на фоне дефицита активности киназ, ответственных заобеспечение правильного патттерна пост-трансляционных модификаций HIF1 (Chenet al., 2003, Vetrovoy et al., 2015), потенциально способна оказывать дезадаптивныйэффект, что может вносить неблагоприятный вклад в формированиепостгипоксических патологий (Sun Y. et al., 2017). Поэтому вопрос о конкретнойроли HIF1 в реализации эффектов тяжелых форм гипоксии также остаетсяоткрытым.Цель исследования. Изучить молекулярные механизмы, лежащие в основенейропротективного действия гипоксического посткондиционирования прикомпенсации последствий тяжелой гипоксии мозга крыс, и оценить роль HIF1 вреализации эффектов тяжелой гипоксии.Задачи.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:1. Исследовать влияние гипоксического посткондиционирования на развитиепроцессов клеточной гибели в гиппокампе и неокортексе крыс, пережившихтяжелую гипоксию.2. Провести сравнительный анализ содержания нейропротективных белков Bcl-2и BDNF в гиппокампе и неокортексе крыс, переживших тяжелую гипоксию итяжелую гипоксию в сочетании с гипоксическим посткондиционированием.3. Сравнитьэффектытяжелойгипоксииигипоксическогопосткондиционирования на активность пентозофосфатного пути и связанные сним процессы регуляции окислительно-восстановительного статуса исвободнорадикального окисления в гиппокампе и неокортексе крыс.4. Изучить роль HIF1 в реализации процессов клеточной гибели в гиппокампекрыс, переживших тяжелую гипоксию.5.

Определить влияние HIF1 на активность пентозофосфатного пути и связанныес ПФП процессы регуляции окислительно-восстановительного статуса исвободнорадикального окисления в гиппокампе крыс, переживших тяжелуюгипоксию.6. В модели трехкратной умеренной гипобарической гипоксии проанализироватьвзаимосвязь между активностью HIF1 и транскрипцией ключевого ферментапентозофосфатного пути, глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы.Научная новизна. В результате проведенных исследований с применениеммодели умеренной гипобарической гипоксии (УГГ) in vivo в гиппокампе крысвпервые выявлена обратная связь между активностью HIF1 и транскрипцией Г6ФДГ5– первого скорость-лимитирующего фермента ПФП. Впервые установлено, чтотяжелая гипоксия (ТГ) и последующая реоксигенация, вызывающие краткосрочнуюгиперэкспрессию регуляторной альфа субъединицы HIF1 (HIF1a) в СА1 полегиппокампа, индуцируют снижение количества и активности Г6ФДГ, а такжеколичества НАДФН, что сопровождается окислительным стрессом и запускомпроцессов апоптотической клеточной гибели.

Приоритетными являются результаты,доказывающие, что воздействие на крыс, переживших ТГ, УГГ в режиме ПостКлибо инъекция ингибитора HIF1 топотекана непосредственно перед ТГпредотвращают отсроченное уменьшение количества и активности Г6ФДГ,увеличивая уровень НАДФН. Это сопровождается нормализацией окислительновосстановительного статуса и снижением свободнорадикального окисления, а такжепредотвращением апоптотических процессов в гиппокампе.Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты работырасширяют современные представления о молекулярно-биологических процессах,приводящих к развитию постгипоксических патологий, и способствуют пониманиюмеханизмов антиапоптотического и антиоксидантного действия гипоксическогопосткондиционирования.