«Ульяновский медико-биологический журнал»

BIOLOGICAL SCIENCES

Download article

DOI 10.34014/2227-1848-2024-3-117-125

LEVELS OF HEAT SHOCK PROTEIN HSP70 IN NEURONS OF PARIETAL CORTEX AND HIPPOCAMPUS IN RATS WITH VARIOUS STAGES OF CEREBRAL ISCHEMIA

E.I. Bon', N.Ye. Maksimovich, O.A. Karnyushko, S.M. Zimatkin, S.S. Belokon', Z.A. Petukhov

Grodno State Medical University, Grodno, Republic of Belarus

The paper examines the issue of increasing the body’s resistance to oxygen deficiency and energy deficit under cerebral ischemia. Adaptation to these changes is represented by an increased number of heat shock proteins in brain neurons. Their expression increases with a decrease of oxygen level in the blood.

The aim of the paper is to evaluate HSP70 level in the brain of rats with various stages of cerebral ischemia.

Materials and Methods. The study was conducted on 27 white outbred male rats weighing 267±16 g. The authors used such models as partial cerebral ischemia, step-by-step 90 % blood flow shutdown, one-time 90 % blood flow shutdown, and complete cerebral ischemia.

Results. In the 1st subgroup of step-by-step 90 % blood flow shutdown (7 days between dressings) there was an increase in the HSP70 level by 25 % in the parietal cortex (p<0.05) compared with the control. However, its concentration in the hippocampus did not change (p>0.05). In the 2nd and 3rd subgroups of step-by-step 90 % blood flow shutdown (3 days and 1 day between dressings), the HSP70 level did not change in any of the studied areas (p>0.05) compared with the control. Compared with the 1st subgroup, in the 2nd subgroup HSP70 level in the parietal cortex was lower by 26 % (p<0.05) and in the hippocampus by 20 % (p<0.05), in the 3rd subgroup it was lower by 30 % (p<0.05) and by 23 % (p<0.05), respectively. No differences in HSP70 levels were found between the 2nd and 3rd subgroups (p>0.05). In the group of one-time 90 % blood flow shutdown, the HSP70 level decreased by 29 % in the parietal cortex (p<0.05) and by 18 % in the hippocampus (p<0.05) compared with the control. In group of one-time 90 % blood flow shutdown, the HSP70 level did not differ from those in the 2nd and 3rd subgroups of step-by-step 90 % blood flow shutdown in the hippocampus. In the parietal cortex, the HSP70 level in the 2nd subgroup was 28 % higher (p<0.05), and in the 3rd subgroup by 23 % higher (p<0.05) compared with the group of one-time 90 % blood flow shutdown.

In total cerebral ischemia, the most significant decrease in HSP70 level was observed compared to the control: by 35 % in the parietal cortex (p<0.05) and by 36 % in the hippocampus (p<0.05).

Conclusion. Thus, in the 1st subgroup with the maximum interval between dressings, the HSP70 level increased, indicating the activation of compensation mechanisms during hypoxia by protecting proteins from premature proteolytic breakdown and promoting the correct polypeptide folding into a tertiary structure.

Key words: heat shock protein, neurons, cerebral ischemia.

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Author contributions

Research concept and design: Maksimovich N.Ye, Zimatkin S.M.

Data collection and processing: Bon' E.I., Belokon' S.S., Petukhov Z.A.

Text writing: Bon' E.I., Karnyushko O.A.

Proofreading: Bon' E.I., Karnyushko O.A.

References

  1. Belenichev I.F. Neyroprotektsiya i neyroplastichnost': monografiya [Neuroprotection and neuroplasticity: Monograph]. Kiev: OOO «Poligraf plyus»; 2014. 512 (in Russian).

  2. Bon' E.I., Maksimovich N.Ye. Sposoby modelirovaniya i morfofunktsional'nye markery ishemii golovnogo mozga [Simulation means and morphofunctional markers of cerebral ischemia]. Biomeditsina. 2018; 2: 59–71 (in Russian).

  3. Bon' E.I., Maksimovich N.Ye. Sravnitel'nyy analiz morfologicheskikh narusheniy neyronov temennoy kory i gippokampa krys pri razlichnykh vidakh eksperimental'noy ishemii golovnogo mozga [Comparative analysis of morphological disturbances of neurons in parietal cortex and hippocampus of rats with different types of experimental cerebral ischemia]. Orenburgskiy meditsinskiy vestnik. 2021; 2: 29–36 (in Russian).

  4. Korzhevskiy D.E., Gilerovich E.G., Kirik O.V. Immunogistokhimicheskoe issledovanie golovnogo mozga [Immunohistochemical study of brain]. St. Petersburg: SpetsLit; 2016. 143 (in Russian).

  5. Maksimovich N.Ye, Bon' E.I., Zimatkin S.M. Golovnoy mozg krysy i ego reaktsiya na ishemiyu: monografiya [Rat brain and its response to ischemia: Monograph]. Grodno: GrGMU; 2020. 240 (in Russian).

  6. Clemens J.A. Cerebral ischemia: gene activation, neuronal injury, and the protective role of antioxidants. Free Radic. Biol. Med. 2000; 28: 1526–1531.

  7. Maksimovich N.Ye, Bon' E.I. Belki teplovogo shoka. Svoystva. Rol' v adaptatsii. Metodicheskie podkhody k opredeleniyu [Heat shock proteins. Properties. Role in adaptation. Methodological approaches to definition]. Biomeditsina. 2020; 2: 60–67 (in Russian).

  8. Maksimovich N.Ye., Bon I.L. The Role of Heat Shock Proteins in Cell Metabolism. J Med Clin Case Stud. 2023; 1 (1): 1–8.

  9. Cui Y., Wang M., Yin X., Xu G., Song S., Li M., Liu K., Xia X. OsMSR3, a Small Heat Shock Protein, Confers Enhanced Tolerance to Copper Stress in Arabidopsis thaliana. Int J Mol Sci. 2019; 3: 20–23.

  10. Fabczak H., Osinka A. Role of the Novel Hsp90 Co-Chaperones in Dynein Arms' Preassembly. Int J Mol Sci. 2019; 20: 24–29.

  11. Gupta A., Bansal A., Hashimoto-Torii K. HSP70 and HSP90 in neurodegenerative diseases. Neurosci Lett. 2020; 18: 716–720.

  12. Min H.J., Choe J.W., Chang M.Y., Kim K.S., Lee S.Y., Mun S.K. The expression and correlation of Hsp 70 and Hsp 27 in serous middle ear effusion fluids of pediatric patients-a preliminary. Int J Pediatr Otorhinolaryngol. 2017; 101: 145–149.

  13. Mo Z.T., Li W.N., Zhai Y.R., Gao S.Y. The effects of icariin on the expression of HIF-1α, HSP-60 and HSP-70 in PC12 cells suffered from oxygen-glucose deprivation-induced injury. Pharm Biol. 2017; 55: 848–852.

  14. Oh E., Lee B., Choi Y.M. Associations of Heat-Shock Protein Expression with Meat Quality and Sensory Quality Characteristics in Highly Marbled Longissimus Thoracis Muscle from Hanwoo Steers Categorized by Warner-Bratzler Shear Force Value. Foods. 2019; 8: 12–18.

Received April 08, 2024; accepted June 27, 2024.

Information about the authors

Bon' Elizaveta Igorevna, Candidate of Sciences (Biology), Associate Professor, Chair of Pathological Physiology named after D.A. Maslakov, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7189-0838

Zimatkin Sergey Mikhaylovich, Doctor of Sciences (Medicine), Professor, Head of the Chair of Histology, Cytology and Embryology, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-5728-2588

Maksimovich Nataliya Evgen'evna, Doctor of Sciences (Medicine), Head of the Chair of Pathological Physiology named after D.A. Maslakov, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-3181-9513

Belokon' Sergey Sergeevich, Student, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-0090-7254

Petukhov Zakhar Aleksandrovich, Student, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky st., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7580-7915

Karnyushko Ol'ga Anatol'evna, Associate Professor, Chair of Histology, Cytology and Embryology, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-2309-1542

For citation

Bon' E.I., Maksimovich N.Ye., Karnyushko O.A., Zimatkin S.M., Belokon' S.S., Petukhov Z.A. Soderzhanie belka teplovogo shoka HSP70 v neyronakh temennoy kory i gippokampa krys s tserebral'noy ishemiey razlichnoy stepeni tyazhesti [Levels of heat shock protein HSP70 in neurons of parietal cortex and hippocampus in rats with various stages of cerebral ischemia]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2024; 3: 117–125. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-3-117-125 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 616.831.31-005.4.-092.913:618.33

DOI 10.34014/2227-1848-2024-3-117-125

СОДЕРЖАНИЕ БЕЛКА ТЕПЛОВОГО ШОКА HSP70 В НЕЙРОНАХ ТЕМЕННОЙ КОРЫ И ГИППОКАМПА КРЫС С ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ ИШЕМИЕЙ РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНИ ТЯЖЕСТИ

Е.И. Бонь, Н.Е. Максимович, О.А. Карнюшко, С.М. Зиматкин, С.С. Белоконь, З.А. Петухов

УО «Гродненский государственный медицинский университет», г. Гродно, Республика Беларусь

 

В работе поднимается вопрос повышения резистентности организма к недостатку кислорода и энергодефициту в условиях церебральной ишемии различной степени тяжести. Адаптация к данным условиям представлена повышением выработки в нейронах головного мозга белков теплового шока. Их экспрессия повышается при уменьшении в крови количества кислорода.

Цель – оценить содержание HSP70 в головном мозге крыс с ишемией головного мозга различной степени тяжести.

Материалы и методы. Исследование проведено на 27 белых беспородных крысах-самцах массой 267±16 г. Использованы модели частичной церебральной ишемии, пошагового девяносто­процентного выключения кровотока, единовременного девяностопроцентного выключения кровотока и полной ишемии головного мозга.

Результаты. По сравнению с контрольной группой в 1-й подгруппе ПДВК (7 сут между перевязками) происходило увеличение содержания HSP70 на 25 % в теменной коре (р<0,05), а в гиппокампе его концентрация не изменилась (р>0,05). Во 2-й и 3-й подгруппах ПДВК (3 сут и 1 сут между перевязками) уровень HSP70 по сравнению с контрольной группой не изменялся ни в одном из изучаемых отделов (р>0,05), а по сравнению с 1-й подгруппой был меньше во 2-й подгруппе на 26 % в теменной коре (р<0,05) и на 20 % в гиппокампе (р<0,05), в 3-й подгруппе – на 30 % (р<0,05) и на 23 % (р<0,05) соответственно. Различий в содержании HSP70 между 2-й и 3-й подгруппами выявлено не было (р>0,05).

По сравнению с контролем в группе ЕДВК содержание HSP70 уменьшилось на 29 % в теменной коре (р<0,05) и на 18 % в гиппокампе (р<0,05) и не имело отличий от содержания HSP70 во 2-й и 3-й подгруппах ПДВК в гиппокампе, в то время как в теменной коре содержание HSP70 во 2-й подгруппе, по сравнению с ЕДВК, было больше на 28 % (р<0,05), а в 3-й подгруппе – на 23 % (р<0,05).

При тотальной церебральной ишемии отмечено наиболее значимое уменьшение содержания HSP70 по сравнению с контролем – на 35 % в теменной коре (р<0,05) и на 36 % в гиппокампе (р<0,05).

Выводы. Таким образом, в 1-й подгруппе с максимальным интервалом между перевязками содержание HSP70 увеличивалось, свидетельствуя об активации механизмов компенсации при гипоксии путем предохранения белков от преждевременного протеолитического распада и способствуя правильному сворачиванию полипептида в третичную структуру.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

 

Вклад авторов

Концепция и дизайн исследования: Максимович Н.Е., Зиматкин С.М.

Сбор и обработка материала: Бонь Е.И., Белоконь С.С., Петухов З.А.

Написание текста: Бонь Е.И., Карнюшко О.А.

Редактирование: Бонь Е.И., Карнюшко О.А.

 

Литература

  1. Беленичев И.Ф. Нейропротекция и нейропластичность: монография. К.: ООО «Полиграф плюс»; 2014. 512.

  2. Бонь Е.И., Максимович Н.Е. Способы моделирования и морфофункциональные маркеры ишемии головного мозга. Биомедицина. 2018; 2: 59–71.

  3. Бонь Е.И., Максимович Н.Е. Сравнительный анализ морфологических нарушений нейронов теменной коры и гиппокампа крыс при различных видах экспериментальной ишемии головного мозга. Оренбургский медицинский вестник. 2021; 2: 29–36.

  4. Коржевский Д.Э., Гилерович Е.Г., Кирик О.В. Иммуногистохимическое исследование головного мозга. Санкт-Петербург: СпецЛит; 2016. 143.

  5. Максимович Н.Е., Бонь Е.И., Зиматкин С.М. Головной мозг крысы и его реакция на ишемию: монография. Гродно: ГрГМУ; 2020. 240.

  6. Clemens J.A. Cerebral ischemia: gene activation, neuronal injury, and the protective role of antioxidants. Free Radic. Biol. Med. 2000; 28: 1526–1531.

  7. Максимович Н.Е., Бонь Е.И. Белки теплового шока. Свойства. Роль в адаптации. Методические подходы к определению. Биомедицина. 2020; 2: 60–67.

  8. Maksimovich N.Ye., Bon I.L. The Role of Heat Shock Proteins in Cell Metabolism. J Med Clin Case Stud. 2023; 1 (1): 1–8.

  9. Cui Y., Wang M., Yin X., Xu G., Song S., Li M., Liu K., Xia X. OsMSR3, a Small Heat Shock Protein, Confers Enhanced Tolerance to Copper Stress in Arabidopsis thaliana. Int J Mol Sci. 2019; 3: 20–23.

  10. Fabczak H., Osinka A. Role of the Novel Hsp90 Co-Chaperones in Dynein Arms' Preassembly. Int J Mol Sci. 2019; 20: 24–29.

  11. Gupta A., Bansal A., Hashimoto-Torii K. HSP70 and HSP90 in neurodegenerative diseases. Neurosci Lett. 2020; 18: 716–720.

  12. Min H.J., Choe J.W., Chang M.Y., Kim K.S., Lee S.Y., Mun S.K. The expression and correlation of Hsp 70 and Hsp 27 in serous middle ear effusion fluids of pediatric patients-a preliminary. Int J Pediatr Otorhinolaryngol. 2017; 101: 145–149.

  13. Mo Z.T., Li W.N., Zhai Y.R., Gao S.Y. The effects of icariin on the expression of HIF-1α, HSP-60 and HSP-70 in PC12 cells suffered from oxygen-glucose deprivation-induced injury. Pharm Biol. 2017; 55: 848–852.

  14. Oh E., Lee B., Choi Y.M. Associations of Heat-Shock Protein Expression with Meat Quality and Sensory Quality Characteristics in Highly Marbled Longissimus Thoracis Muscle from Hanwoo Steers Categorized by Warner-Bratzler Shear Force Value. Foods. 2019; 8: 12–18.

Поступила в редакцию 08.04.2024; принята 27.06.2024.

 

Авторский коллектив

Бонь Елизавета Игоревна – кандидат биологических наук, доцент кафедры патологической физиологии им. Д.А. Маслакова, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7189-0838

Зиматкин Сергей Михайлович – доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-5728-2588

Максимович, Наталия Евгеньевна – доктор медицинских наук, заведующий кафедрой патологической физиологии им. Д.А. Маслакова, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-3181-9513

Белоконь Сергей Сергеевич – студент, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-0090-7254

Петухов Захар Александрович – студент, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.,ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7580-7915

Карнюшко Ольга Анатольевна – доцент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно,
ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-2309-1542.

 

Образец цитирования

Бонь Е.И., Максимович Н.Е., Карнюшко О.А., Зиматкин С.М., Белоконь С.С., Петухов З.А. Содержание белка теплового шока HSP70 в нейронах теменной коры и гиппокампа крыс с церебральной ишемией различной степени тяжести. Ульяновский медико-биологический журнал. 2024; 3: 117–125. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-3-117-125