Doprinos poremećaja krvno-moždane barijere patofiziologiji Alchajmerove bolesti u transgenim animalnim modelima
Contribution of blood-brain barrier disruption to the pathophysiology of Alzheimer’s disease in transgenic animal models
Апстракт:
Krvno-moždana barijera (KMB) je ključna strukturna i funkcionalna prilagođenost krvnih sudova u centralnom nervnom sistemu, neophodna za njegovo normalno funkcionisanje. Osnovni zadatak KMB je da spreči slobodan prolazak humoralnih i hemijskih faktora i ćelija iz krvi u moždani parenhim i obrnuto. Periciti su ćelije koje naležu na endotelne ćelije krvnih kapilara, i zajedno sa endotelnim ćelijama, kao i proširenjima astrocitnih nastavaka i bazalnom membranom, čine KMB. Periciti, osim uloge u svim aspektima funkcionisanja i propustljivosti KMB, imaju ulogu u regulaciji protoka krvi, angiogeneze, čišćenja toksičnih materija iz mozga, neuroinflamaciji, kontrolišu ekspresiju proteina poreklom iz endotelnih ćelija koji ulaze u sastav adherentnih i čvrstih veza endotelnog sloja, a opisana su i njihova svojstva slična nervnim matičnim ćelijama. Alchajmerova bolest (AB) je neurodegenerativno oboljenje i najčešći oblik demencije kod ljudi starijih od 65 godina. AB se na neuropatološkom nalazu karakteriše akumulacijom vanćelijskog amiloida β i unutarćelijskog tau proteina u moždanom tkivu, kao i gubitkom neurona. Dodatno, istraživanja su pokazala da se promene u moždanoj cirkulaciji, protoku krvi i propustljivosti kapilara mogu primetiti i pre pojave kliničke slike sporadičnog oblika AB. Cilj ove teze je bio da se ispita integritet KMB i uloga percita u prisustvu i odsustvu AB patologije. Dodatni cilj je bio i da se ispita uloga PICALM proteina, jer se pokazalo da mutacije u ne-kodirajućem regionu PICALM gena mogu da predstavljaju faktor rizika za razvoj AB u kasnijem dobu (eng. late-onset). Uloga PICALM-a je praćena zasebno na endotelnim ćelijama i neuronima, a ispitana je i posledica farmakološkog povećanja ekspresije PICALM-a na nivo amiloida β. Konačno, ispitana je dijetalna restrikcija kao potencijalna intervencija u cilju smanjenja patologije vezane za AB. Da bi se ispitala uloga pericita korišćena su dva mišija modela: a) životinje koje imaju mutacije u receptoru PDGFRβ, koji je specifično eksprimiran na pericitima i vaskularnim glatkim mišićnim ćelijama i ima ključnu ulogu u regulaciji ćelijskog ciklusa, diferencijacije, rasta i razvoja i b) novouspostavljeni model akutnog gubitka pericita. Dodatno, da bi se ispitali poremećaji KMB u AB, korišćene su transgene životinje kao modeli AB - Tg2576, 3xTg i 5XFAD koje imaju jednu ili više mutacija u genima amiloidnog prekursorkog proteina i presenilina. Da bi se ispitale uloge PICALM-a u endotelnim ćelijama i neuronima, korišćeni su specijalni transgeni sojevi koji eksprimiraju Cre rekombinazu pod promotorom koji se specifično nalazi u endotelnim ćelijama (Cdh5-Cre) i neuronima (Camk2a-CreER), kako bi se osigurala specifična delecija PICALM-a iz ovih ćelija. Dijetalni režim ishrane svaki drugi dan (eng. every-other-day, EOD), je bio primenjen na ženke 5XFAD miševa. Svi eksperimenti su uključivali i odgovarajuće kontrolne životinje iz istog okota, a rezultati su prikupljeni analizom imunoblotova, imunohistohemijkih i histoloških bojenja, i testova ponašanja. Rezultati su pokazali da hronični gubitak pericita dovodi do demijelinizacije neuronskih nastavaka u beloj masi mozga, što dovodi do poremećaja u ponašanju, a da akutni gubitak pericita u adultnom životu može da dovede do gubitka nervnih ćelija u korteksu i hipokampusu i poremećaja u memoriji koja zavisi od normalne funkcije hipokampusa. Ispitivanje propustljivosti KMBumodelima AB je pokazalo, pored „klasične“ patologije – akumulacije amiloida, i izraženu narušenost KMB, čak i pre gubitka neurona. Dalje su rezultati otkrili da je PICALM protein izuzetno važan za čišćenje amiloida iz moždanog parenhima i da farmakološko povećanje ekspresije PICALM-a dovodi do smanjene količine amiloida u mozgu. Takođe, prisustvo PICALM-a u neuronima je važno za normalno ponašanje i zdravlje neurona. Primena dijetalne intervencije nije pokazala pozitivne efekte na smanjenje AB patologije. Naprotiv, ovakva intervencija je izazvala veću inflamaciju i dovela do drastičnog pada sinaptičkih proteina i čak smrti neurona kod ženki 5XFAD soja. Rezultati prikazani u ovoj disertaciji ukazuju na važnost održanja ne samo strukturnog integriteta KMB, već i optimalnog nivoa proteina koji ulaze u sastav ćelija KMB. Dodatno, rezultati ukazuju da promene na KMB mogu da dovedu do funkcionalnih promena i u odsustvu patologije izazvane Ab. Takođe, s obzirom da svi ispitani modeli AB imaju promene na KMB, važno je da se uključi i ova komponenta prilikom dijagnostifikovanja AB. Na kraju, iako je dijetalna restrikcija u prethodnim rezultatima pokazala uglavnom odlaganje ili umanjenje AB patologije; pol i starost jedinke, kao i tip i dužina trajanja dijetalne restrikcije treba pažljivo da se uzme u obzir pre odluke da se uvede kao tretman.
Кључне речи:
Periciti; Krvno-moždana barijera; Alchajmerova bolest; Životinjski modeli; Učenje i pamćenje; PonašanjeИзвор:
University of Belgrade, Faculty of Biology, 2019, 1-163Финансирање / пројекти:
- Пластичност мозга током старења: утицај дијеталне рестрикције и анестезије (RS-MESTD-Basic Research (BR or ON)-173056)
- Fogarty International Research Collaboration Award (FIRCA, #R03AG046216)