Фармакологічна модуляція HSP70 – опосередкованих механізмів нейропротекції в умовах церебральної ішемії

Abstract

В дисертаційній роботі були дослідженні молекулярно-біохімічні механізми нейропротективної дії тамоксифену, мелатоніну, HSF-1 і глутаміну, які спрямовані на підвищення концентрації білку теплового шоку HSP70 в ішемізованому мозку. Внаслідок підвищення рівня HSP70 спостерігається підсилення стійкості нейронів до ішемічних пошкоджень в дослідах in vitro і in vivo. Досліджувані препарати: тамоксифен, мелатонін, HSF-1 і глутамін реалізують нейропротективну дію за рахунок активації ланок ендогенної нейропротекції – підсилення експресії мРНК HSP70, мРНК Hif-1α, мРНК Hif-3α, підвищення рівня HSP70. Призначення досліджуваних препаратів гальмує розвиток оксидативного і нітрозативного стресу, а також усуває мітохондріальну дисфункцію за рахунок HSP70/GSH-залежних механізмів активації антиоксидантної системи. Встановлено, що усунення енергетичного дефіциту на фоні лікування досліджуваних препаратами спостерігається за рахунок позитивної модуляції HSP70/HIF-1α-залежних механізмів регуляції малат-аспартатного човникового механізму енергопродукції. На фоні призначення тамоксифену, мелатоніну, HSF-1 і глутаміну спостерігається зменшення проявів нейродеструктивних пошкоджень структур головного мозку, підвищується щільність нейронів сенсомоторної зони кори, гальмується нейроапоптоз, підвищується вміст РНК в нейронах сенсомоторної зони кори і, як наслідок, зменшуються прояви неврологічних і когнітивних порушень у експериментальних тварин. Досліджувані препарати достовірно підвищують виживання тварин з експериментальною церебральною ішемією. Molecular-biochemical mechanisms of the neuroprotective action of tamoxifen, melatonin, HSF-1 and glutamine, aimed at increasing the concentration of heat shock protein HSP70 in the ischemic brain, were investigated in the thesis. Increasing the HSP70 level results in an increase in the resistance of neurons to ischemic damage in in vitro and in vivo experiments. The investigated drugs: tamoxifen, melatonin, HSF-1 and glutamine have neuroprotective effect through activation of endogenous neuroprotection units - increased expression of HSP70 mRNA, Hif-1 α mRNA, Hif-3 α mRNA, and increased HSP70 level. It is found that the elimination of energy deficit on the background of treatment with the studied drugs is observed due to the positive modulation of HSP70/HIF-1α - dependent mechanisms of regulation of malate-aspartate shuttle mechanism of energy production. Tamoxifen, melatonin, HSF-1 and glutamine on in vitro model of glutamate excitotoxicity inhibited the rate of development of oxidative stress and the accumulation of markers of protein degradation of AFG (26,1-50,8%), KFG (19,1-49,5%) and nitrotyrosine (13,9-38,3%) against the background of the increase of the HSP70 concentration (46-97,6%) and the level of GSH (6,6-82,2%) and increased activity of glutathione-specific enzymes (GR 10,5-45,4%, GST 14,3-43,5%). In vitro experiments showed that there was a close direct relationship between the concentration of GSH and HSP70, as well as the inverse relationship between the level of nitrotyrosine and the concentration of HSP70. In vivo experiments in the acute cerebral ischemia model showed characteristic manifestations of ischemic damage: oxidative and nitrosative stresses growth, a decrease in the concentration of endogenous neuroprotector HSP70 decrease in GSH level, inhibition of GR, GST activity, increasing energy deficit. Tamoxifen, melatonin, HSF-1, and glutamine leads recovering of endogenous neuroprotection units - the HSP70 level increased in the cytosolic fraction 1,5-11,3 times (p<0.05), in the mitochondrial fraction 1,1-2,6 times (p<0,05), Hsp70 gene expression increased 1,7-4,1 times (p<0.05), Hif-1α mRNA expression 7,0-11,6 times (p<0.05), Hif-3α mRNA 3,6 times (p<0.05) (in the group with melatonin). Activation of endogenous mechanisms of neuroprotection restored the work of thiol-disulfide antioxidant system - GSH level increased 3,1-4,1 times (p<0.05), activity of GR and GST increased 2.3-3.4 times (p<0.05) and 1.3-1.6 times (p<0.05) respectively, relative to the control group of animals. Therapy with tamoxifen, melatonin, HSF-1 and glutamine for 4 days significantly inhibited the progress of oxidative and nitrizative stresses, as evidenced by a decrease in the level of AFG/KFG in the range from 22.5/28.7% to 32.5/35,3%, and nitrotyrosine concentration from 60% to 69.9% (p<0.05). At the same time, the drugs increased the activity of SOD from 41,8% to 84,7% (p<0.05).