Влияние ресвератрола на сорбцию фосфорилированного tau-белка и MAPT на PVDF-мембрану в мышиной модели болезни Альцгеймера

  • Екатерина Владимировна Чернышова Воронежский государственный университет
  • Екатерина Павловна Крутских Воронежский государственный университет
  • Полина Ивановна Бабенкова Воронежский государственный университет
  • Вероника Витальевна Нестерова Воронежский государственный университет
  • Ирина Борисовна Певзнер НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ
  • Егор Юрьевич Плотников НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ
  • Артем Петрович Гуреев Воронежский государственный университет, Воронеж Воронежский государственный университет инженерных технологий
Ключевые слова: вестерн-блоттинг, сорбционная мембрана, tau-белок, болезнь Альцгеймера, ресвератрол

Аннотация

Болезнь Альцгеймера – это комплексное нейродегенеративное заболевание, в основе которого лежат различные процессы, связанные с накоплением и агрегацией дефектных белков. Среди них особое значение имеют амилоид-β, образующийся при расщеплении белка-предшественника амилоида, скопление внутри нейронов гиперфосфорилированных белков tau, образующих нейрофибриллярные клубки, а также аберрантная агрегация и образование включений связанного с микротрубочками белка tau (MAPT). Трансгенные мыши линии APP/PS1 являются моделью болезни Альцгеймера и экспрессируют мутантные человеческие гены, способствующие накоплению пептидов амилоида-β в мозге. Целью данной работы являлась количественная оценка уровня p-tau231 с использованием сорбционного метода в мозге трансгенных мышей с моделью БА. Также к задачам исследования относилась проверка способности природного полифенола ресвератрола снижать концентрацию p-tau231 в мозге трансгенных мышей и улучшить когнитивные функции. Широко распространенным методом иммунного обнаружения и количественного определения белков in vitro является вестерн-блоттинг. Вестерн-блоттинг позволяет разделить белки в зависимости от их молекулярной массы с последующим переносом на адсорбционную мембрану. При этом перенос белков из геля на мембрану PVDF осуществляется с помощью электрофоретической элюции. Этот метод включает помещение белоксодержащего полиакриламидного геля в непосредственный контакт с мембраной PVDF, которая представляет собой линейный полимер с повторяющимися звеньями -(CF2-CH2)-. Белки, перенесенные на мембрану, хорошо удерживаются на ее поверхности на протяжении всего процесса иммунодетекции за счет сочетания дипольных и гидрофобных взаимодействий. Вестерн-блоттинг показывает, что в мозге у мышей с нарушенной агрегацией белков накапливается значительно больше MAPT и фосфорилированного tau-белка, чем у мышей дикого типа. К тому же, в тесте водного лабиринта Морриса у данных мышей наблюдались когнитивные дефициты, которые проявлялись как в затруднении поиска платформы, так и в более тревожном поведении, что подчеркивает ярко выраженный тигмотаксис. Природный полифенол ресвератрол частично нивелировал когнитивные дефициты, хотя данный эффект не был связан со снижением уровня фосфорилированного tau и MAPT.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Екатерина Владимировна Чернышова, Воронежский государственный университет

лаборант кафедры генетики цитологии и биоинженерии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия

Екатерина Павловна Крутских, Воронежский государственный университет

инженер-биолог кафедры генетики цитологии и биоинженерии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия

Полина Ивановна Бабенкова, Воронежский государственный университет

студент кафедры генетики цитологии и биоинженерии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия

Вероника Витальевна Нестерова, Воронежский государственный университет

студент кафедры генетики цитологии и биоинженерии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия

Ирина Борисовна Певзнер, НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ

к.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории структуры и функции митохондрий, Научно-исследовательский институт физико-химической биологии имени А.Н.Белозерского МГУ, Москва, Россия

Егор Юрьевич Плотников, НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ

д.б.н., заведующий лабораторией структуры и функции митохондрий, Научно-исследовательский институт физико-химической биологии имени А.Н.Белозерского МГУ, Москва, Россия

Артем Петрович Гуреев, Воронежский государственный университет, Воронеж Воронежский государственный университет инженерных технологий

к.б.н., доцент кафедры генетики цитологии и биоинженерии, Воронежский государственный университет, Воронеж; младший научный сотрудник лаборатории метагеномики и пищевых биотехнологий, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Россия

Литература

Lim J., Li Q., He Z., Vingrys A., Wong V., Currier N., Mullen J., Bui B., Nguyen C. The Eye As a Biomarker for Alzheimer's Disease. Front Neurosci. 2016; 10: 536. https://doi.org/10.3389/fnins.2016.00536

Moda F., Ciullini A., Dellarole I., Lombardo A., Campanella N., Bufano G., Cazzaniga F., Giaccone G. Secondary Pro-tein Aggregates in Neurodegenerative Dis-eases: Almost the Rule Rather than the Ex-ception. Front Biosci (Landmark Ed). 2023; 28(10): 255. https://doi.org/10.31083/j.fbl2810255

Irvine G., El-Agnaf O., Shankar G. et al. Protein Aggregation in the Brain: The Molecular Basis for Alzheimer’s and Parkinson’s Diseases. Mol. Med. 2008; 14: 451–464. https://doi.org/10.2119/2007-00100.irvine

Previs M., VanBuren P., Begin K., Vigoreaux J., LeWinter M., Matthews D. Quantification of protein phosphorylation by liquid chromatography-mass spectrome-try. Anal. Chem. 2008; 80(15): 5864-72. https://doi.org/10.1021/ac800337v

Bass J., Wilkinson D., Rankin D., Phillips B., Szewczyk N., Smith K., Ather-ton P. An overview of technical considera-tions for Western blotting applications to physiological research. Scand J Med Sci Sports. 2017; 27(1): 4-25. https://doi.org/10.1111/sms.12702

The enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Bull World Health Organ. 1976; 54(2): 129-39. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmc2366430/

Mishra M., Tiwari S., Gomes A. Protein purification and analysis: next gen-eration Western blotting techniques. Expert Rev Proteomics. 2017; 14(11): 1037-1053. https://doi.org/10.1080/14789450.2017.1388167

Goedert M., Wischik C., Crowther R., Walker J., Klug A. Cloning and se-quencing of the cDNA encoding a core pro-tein of the paired helical filament of Alz-heimer disease: identification as the micro-tubule-associated protein tau. Proc Natl Acad Sci U S A. 1988; 85(11): 4051-5. https://doi.org/10.1073/pnas.85.11.4051

Arendt T., Stieler J., Holzer M. Tau and tauopathies. Brain Res Bull. 2016; 126(3): 238-292. https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2016.08.018

Blennow K., Hampel H., Weiner M., Zetterberg H. Cerebrospinal fluid and plasma biomarkers in Alzheimer disease. Nat Rev Neurol. 2010; 6(3): 131-44. https://doi.org/10.1038/nrneurol.2010.4

Jack C., Wiste H., Botha H., Weigand S., Therneau T., Knopman D., Graff-Radford J., Jones D., Ferman T., Boeve B., Kantarci K., Lowe V., Vemuri P., Mielke M., Fields J., Machulda M., Schwarz C., Senjem M., Gunter J., Petersen R. The bivariate distribution of amyloid-β and tau: relationship with established neu-rocognitive clinical syndromes. Brain. 2019; 142(10): 3230-3242. https://doi.org/10.1093/brain/awz268

Aschenbrenner A., Gordon B., Ben-zinger T., Morris J., Hassenstab J. Influ-ence of tau PET, amyloid PET, and hippo-campal volume on cognition in Alzheimer disease. Neurology. 2018; 91(9): e859-e866. https://doi.org/10.1212/wnl.0000000000006075

Pillai J., Cummings J. Clinical trials in predementia stages of Alzheimer dis-ease. Med Clin North Am. 2013; 97(3): 439-57. https://doi.org/10.1016/j.mcna.2013.01.002

Bukhari S. Dietary Polyphenols as Therapeutic Intervention for Alzheimer's Disease: A Mechanistic Insight. Antioxidants (Basel). 2022; 11(3): 554. https://doi.org/10.3390/antiox11030554

Islam F., Nafady M., Islam M. et al. Resveratrol and neuroprotection: an in-sight into prospective therapeutic ap-proaches against Alzheimer’s disease from bench to bedside. Mol Neurobiol. 2022; 59: 4384-4404. https://doi.org/10.1007/s12035-022-02859-7

Sadovnikova I., Gureev A., Ignat-yeva Dю, Gryaznova M., Chernyshova E., Krutskikh E., Novikova A., Popov V. Nrf2/ARE Activators Improve Memory in Aged Mice via Maintaining of Mitochondrial Quality Control of Brain and the Modulation of Gut Microbiome. Pharma-ceuticals. 2021; 14(7): 607. https://doi.org/10.3390/ph14070607

Patel K., Scott E., Brown V., Gescher A., Steward W., Brown K. Clinical trials of resveratrol. Annals of the New York Academy of Sciences. 2011; 1215: 161-169. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2010.05853.x

Mohammadpourfazeli S., Arash S., Ansari A., Yang S., Mallick K., Bagher-zadeh R. Future prospects and recent de-velopments of polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric polymer; fabrication methods, structure, and electro-mechanical properties. RSC Adv. 2023; 13(1): 370-387. https://doi.org/10.1039/d2ra06774a

Vorhees C., Williams M. Morris water maze: procedures for assessing spa-tial and related forms of learning and memory. Nat Protoc. 2006; 1(2): 848-58. https://doi.org/10.1038/nprot.2006.116

Wang Y., Wang K., Yan J., Zhou Q., Wang X. Recent Progress in Research on Mechanisms of Action of Natural Prod-ucts against Alzheimer's Disease: Dietary Plant Polyphenols. Int J Mol Sci. 2022; 23(22): 13886. https://doi.org/10.3390/ijms232213886

Ashton N., Benedet A., Pascoal T., Karikari T., Lantero-Rodriguez J., Brum W., Mathotaarachchi S., Therriault J., Sa-vard M., Chamoun M., Stoops E., Francois C., Vanmechelen E., Gauthier S., Zimmer E., Zetterberg H., Blennow K., Rosa-Neto P. Cerebrospinal fluid p-tau231 as an early indicator of emerging pathology in Alz-heimer's disease. EBioMedicine. 2022; 76: 103836. https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2022.103836

Cheng C., Lin K., Hong C., Wu D., Chang H., Liu C., Hsiao I., Yang C., Liu Y., Hu C. Plasmon-Activated Water Reduces Amyloid Burden and Improves Memory in Animals with Alzheimer's Disease. Sci Rep. 2019; 9(1): 13252. https://doi.org/10.1038/s41598-019-49731-8

Mayagoitia K., Tolan A., Shammi S., Shin S., Menchaca J., Figueroa J., Wil-son C., Bellinger D., Ahmed A., Soriano S. Loss of APP in mice increases thigmotaxis and is associated with elevated brain ex-pression of IL-13 and IP-10/CXCL10. Physiol Behav. 2021; 240: 113533. https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2021.113533

Yan H., Wenxia Z., Yongxiang Z. Bright lighting conditions during testing increase thigmotaxis and impair water maze performance in BALB/c mice, Be-havioural Brain Research. 2012; 226(1): 26-31. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2011.08.043

Higaki A., Mogi M., Iwanami J., Min L-J., Bai H-Y., Shan B-S., et al. Recognition of early stage thigmotaxis in Morris water maze test with convolutional neural network. PLoS ONE. 2018; 13(5): e0197003. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0197003

Miyasaka T., Xie C., Yoshimura S., Shinzaki Y., Yoshina S., Kage-Nakadai E., Mitani S., Ihara Y. Curcumin improves tau-induced neuronal dysfunction of nema-todes. Neurobiol Aging. 2016; 39: 69-81. https://doi.org/10.1016/j.neurobiolaging.2015.11.004

Porquet D., Casadesús G., Bayod S., Vicente A., Canudas A., Vilaplana J., Pelegrí C., Sanfeliu C., Camins A., Pallàs M., del Valle J. Dietary resveratrol pre-vents Alzheimer's markers and increases life span in SAMP8. Age (Dordr). 2013; 35(5): 1851-65. https://doi.org/10.1007/s11357-012-9489-4

Varamini B., Sikalidis A., Bradford K. Resveratrol increases cerebral glycogen synthase kinase phosphorylation as well as protein levels of drebrin and transthyretin in mice: an exploratory study. Int J Food Sci Nutr. 2014; 65(1): 89-96. https://doi.org/10.3109/09637486.2013.832171

Yu K., Kwan P., Cheung S., Ho A., Baum L. Effects of Resveratrol and Morin on Insoluble Tau in Tau Transgenic Mice. Transl Neurosci. 2018; 9: 54-60. https://doi.org/10.1515/tnsci-2018-0010

Liu F., Grundke-Iqbal I., Iqbal K., Gong C. Contributions of protein phospha-tases PP1, PP2A, PP2B and PP5 to the reg-ulation of tau phosphorylation. Eur J Neu-rosci. 2005; 22(8): 1942-50. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2005.04391.x

Brest P., Lapaquette P., Souidi M., Lebrigand K., Cesaro A., Vouret-Craviari V., Mari B., Barbry P., Mosnier J., Hé-buterne X., Harel-Bellan A., Mograbi B., Darfeuille-Michaud A., Hofman P. A syn-onymous variant in IRGM alters a binding site for miR-196 and causes deregulation of IRGM-dependent xenophagy in Crohn's disease. Nat Genet. 2011; 43(3): 242-5. https://doi.org/10.1038/ng.762

Schweiger S., Matthes F., Posey K., Kickstein E., Weber S., Hettich M., Pfurtscheller S., Ehninger D., Schneider R., Krauß S. Resveratrol induces dephosphory-lation of Tau by interfering with the MID1-PP2A complex. Sci Rep. 2017; 7(1): 13753. https://doi.org/10.1038/s41598-017-12974-4

Wood H. Alzheimer disease: Bi-omarkers of AD risk - the end of the road for plasma amyloid-β? Nat Rev Neurol. 2016; 12(11): 613. https://doi.org/10.1038/nrneurol.2016.160

Strang K., Golde T., Giasson B. MAPT mutations, tauopathy, and mecha-nisms of neurodegeneration. Lab Invest. 2019; 99(7): 912-928. https://doi.org/10.1038/s41374-019-0197-x

Caillet-Boudin M., Buée L., Ser-geant N., Lefebvre B. Regulation of human MAPT gene expression. Mol Neurodegen-er. 2015; 10: 28. https://doi.org/10.1186/s13024-015-0025-8

Forrest S., Lee S., Nassir N., Mar-tinez-Valbuena I., Sackmann V., Li J., Ahmed A., Tartaglia M., Ittner L., Lang A., Uddin M., Kovacs G. Cell-specific MAPT gene expression is preserved in neuronal and glial tau cytopathologies in progressive supranuclear palsy. Acta Neuropathol. 2023; 146(3): 395-414. https://doi.org/10.1007/s00401-023-02604-x

Опубликован
2024-07-20
Как цитировать
Чернышова, Е. В., Крутских, Е. П., Бабенкова, П. И., Нестерова, В. В., Певзнер, И. Б., Плотников, Е. Ю., & Гуреев, А. П. (2024). Влияние ресвератрола на сорбцию фосфорилированного tau-белка и MAPT на PVDF-мембрану в мышиной модели болезни Альцгеймера. Сорбционные и хроматографические процессы, 24(3), 415-425. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2024.24/12243