ИММУНОГИСТОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ШАПЕРОН-ИНДУЦИРУЕМОЙ АУТОФАГИИ В РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛАХ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА ПРИ СТАРЕНИИ

Поддержание функционального пула нейронов при возрастной инволюции головного мозга тесно связано с шаперон-опосредованной аутофагией, основной функцией которой является обеспечение клеточного протеостаза и утилизация нейротоксичных белков. Нарушение этого типа аутофагии лежит в основе патогенеза многих возраст-ассоциированных нейродегенеративных заболеваний. В этом аспекте актуальным представляется изучение взаимосвязи между ключевыми маркерами шаперон-опосредованной аутофагии и их относительным вкладом в старение и нейродегенерацию для определения фармацевтических мишеней. Целью исследования явилось определение уровней экспрессии маркеров шаперон-опосредованной аутофагии - белка теплового шока 70 (HSP70) и лизосом-ассоциированного мембранного белка типа 2А (LAMP2) в нейронах различных зон головного мозга человека при старении. Работа была выполнена на аутопсийном материале пациентов, причины смерти которых не были связаны с неврологическими заболеваниями. Исследовали препараты коры прецентральной извилины, стриатума и гиппокампа в группе случаев молодого возраста (35-45 лет, n=5) и старческого возраста (>75 лет, n=10). Иммуногистохимическое окрашивание выполнялось с использованием первичных антител к HSP70 и LAMP2. Оптическая плотность оценивалась в перикарионе 150 крупных нейронов V слоя коры прецентральной извилины, стриатума, пирамидного слоя гиппокампа. Результаты проведенного исследования продемонстрировали увеличение экспрессии как HSP70, так и LAMP2A в препаратах головного мозга случаев старческого возраста. Выявленные более высокие показатели оптической плотности HSP70 по сравнению с LAMP2A в препаратах головного мозга случаев старческого возраста, вероятно, обусловлены диссоциацией между стадией связывания субстрата и стадией его транслокации. Можно предположить, что связывание нефункционирующих белков с HSP70 и кошаперонами происходит быстрее, чем их перемещение в просвет лизосом посредством LAMP2A. Полученные результаты дают основание предполагать, что повышенные уровни маркеров шаперон-опосредованной аутофагии могут носить компенсаторно-приспособительный характер и обеспечивать выживаемость нейронов в условиях хронического стресса при физиологическом старении.

1. López-Otín C, Blasco MA, Partridge L et al. The hallmarks of aging. Cell. 2013;153(6):1194-1217. https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.05.039

2. Farr JN, Almeida M. The Spectrum of Fundamental Basic Science Discoveries Contributing to Organismal Aging. J Bone Miner Res. 2018;33(9):1568-1584. https://doi.org/10.1002/jbmr.3564

3. Zhe Li, Zhenkun Zhang, Yikun Ren et al. Aging and age‐related diseases: from mechanisms to therapeutic strategies. Biogerontology. 2021;22(2):165-187. https://doi.org/ 10.1007/s10522-021-09910-5

4. Loeffler DA. Influence of Normal Aging on Brain Autophagy: A Complex Scenario. Front Aging Neurosci. 2019;11:49. https://doi.org/ 10.3389/fnagi.2019.00049

5. Loos B, Klionsky DJ, Wong E. Augmenting brain metabolism to increase macro- and chaperone-mediated autophagy for decreasing neuronal proteotoxicity and aging. Prog Neurobiol. 2017;156:90-106. https://doi.org/ 10.1016/j.pneurobio.2017.05.001

6. Kallergi E, Nikoletopoulou V. Macroautophagy and normal aging of the nervous system: Lessons from animal models. Cell Stress. 2021;5(10):146-166. https://doi.org/10.15698/cst2021.10.257

7. Auzmendi-Iriarte J, Matheu A. Impact of Chaperone-Mediated Autophagy in Brain Aging: Neurodegenerative Diseases and Glioblastoma. Front Aging Neurosci. 2021;12:630743. https://doi.org/10.3389/fnagi.2020.630743

8. Maksimovich NE, Bon' EI. Belki teplovogo shoka. Svoistva. Rol' v adaptatsii. Metodicheskie podkhody k opredeleniyu. Biomeditsina. 2020;16(2):60-67. In Russian. https://doi.org/10.33647/2074-5982- 16-2-60-67

9. Pokrovskiy VM, Patrakhanov EA, Antsiferov OV i dr. Belok teplovogo shoka HSP70 - predposylki ispol'zovaniya v kachestve lekarstvennogo sredstva. Farmatsiya i farmakologiya. In Russian. 2021;9(5):346-355. https://doi.org/10.19163/2307-9266-2021-9-5-346-355

10. Kanno H, Handa K, Murakami T et al. Chaperone-Mediated Autophagy in Neurodegenerative Diseases and Acute Neurological Insults in the Central Nervous System. Cells. 2022;11(7):1205. https://doi.org/10.3390/cells11071205

11. Sukhorukov V, Voronkov D, Baranich T et al. Impaired Mitophagy in Neurons and Glial Cells during Aging and Age-Related Disorders. Int J Mol Sci. 2021;22(19):10251. https://doi.org/10.3390/ijms221910251

12. Franklin TB, Krueger-Naug AM, Clarke DB et al. The role of heat shock proteins Hsp70 and Hsp27 in cellular protection of the central nervous system. Int J Hyperthermia. 2005;21(5):379-392. https://doi.org/10.1080/02656730500069955

13. Bourdenx M, Martín-Segura A, Scrivo A et al. Chaperone-mediated autophagy prevents collapse of the neuronal metastable proteome. Cell. 2021;184(10):2696-2714.e25. https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.048

14. Ye W, Xu K, Huang D et al. Age-related increases of macroautophagy and chaperone-mediated autophagy in rat nucleus pulposus. Connect Tissue Res. 2011;52(6):472-478. https://doi.org/ 10.3109/03008207.2011.564336

15. Salway KD, Gallagher EJ, Page MM, Stuart JA. Higher levels of heat shock proteins in longer-lived mammals and birds. Mech Ageing Dev. 2011;132(6-7):287-297. https://doi.org/10.1016/j.mad.2011.06.002

16. Gleixner AM, Pulugulla SH, Pant DB et al. Impact of aging on heat shock protein expression in the substantia nigra and striatum of the female rat. Cell Tissue Res. 2014;357:43–54. https://doi.org/10.1007/s00441-014-1852-6

17. Joseph AM, Adhihetty PJ, Buford TW et al. The impact of aging on mitochondrial function and biogenesis pathways in skeletal muscle of sedentary high and low-functioning elderly individuals. Aging Cell. 2012;11(5):801–809. https://doi.org/10.1111/j.1474-9726.2012.00844.x

18. Shilova V, Zatsepina O, Zakluta A et al. Age-dependent expression profiles of two adaptogenic systems and thermotolerance in Drosophila melanogaster. Cell Stress Chaperones. 2020;25(2):305-315. https://doi.org/10.1007/s12192-020-01074-4

19. Cumming KT, Kvamme NH, Schaad L et al. Muscular HSP70 content is higher in elderly compared to young, but is normalized after 12 weeks of strength training. Eur J Appl Physiol. 2021;121(6):1689-1699. https://doi.org/10.1007/s00421-021-04633-4

20. Calabrese V, Scapagnini G, Ravagna A, Colombrita C, Spadaro F, Butterfield DA, Giuffrida Stella AM. Increased expression of heat shock proteins in rat brain during aging: relationship with mitochondrial function and glutathione redox state. Mech Ageing Dev. 2004;125(4):325-335. https://doi.org/10.1016/j.mad.2004.01.003

21. Tower J. Hsps and aging. Trends in Endocrinology&Metabolism. 2009;20(5):216-222. https://doi.org/10.1016/j.tem.2008.12.005

22. Kikis EA, Gidalevitz T, Morimoto RI. Protein homeostasis in models of aging and age-related conformational disease. Adv Exp Med Biol. 2010;694:138-159. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7002-2_11.

23. Njemini R, Lambert M, Demanet C et al. Basal and infection-induced levels of heat shock proteins in human aging. Biogerontology. 2007;8(3):353-364. https://doi.org/ 10.1007/s10522-006-9078-y