Особливості експресії HIF-1α та HIF-3α в гіпоталамусі щурів лінії Вістар за умов переривчастої гіпобаричної гіпоксії

A. V. Abramov, V. A. Shamenko

Анотація


Мета роботи – встановити особливості експресії генів hif-1α та hif-3α, накопичення білків HIF-1α та HIF-3α в нейронах паравентрикулярного (ПВЯ) та супраоптичного (СОЯ) ядер гіпоталамуса в умовах дії переривчастої гіпоксії та в постгіпоксичний період.

Матеріали та методи. Переривчасту гіпоксію моделювали щоденним 6-годинним перебуванням щурів на висоті 6000 м (рО2 = 9,8 %) протягом 15 днів, постгіпоксичний період становив 10 днів. Розподіл білків HIF-1α та HIF-3α в гіпоталамусі досліджували імунофлюоресцентним методом. Рівень експресії мРНК генів hif-1α та hif-3α в гіпоталамусі визначали за допомогою полімеразної ланцюгової реакції зі зворотною транскрипцією в реальному часі.

Результати. Встановили, що переривчаста гіпоксія призводила до зростання в медіобазальному гіпоталамусі рівня мРНК до HIF-1α у 13 разів, а до HIF-3α – у 8,6 раза. При цьому в нейронах медіального дрібноклітинного (ммПВЯ) та задньолатерального крупноклітинного (злкПВЯ) суб'ядер ПВЯ спостерігалось збільшення площі імунореактивності до HIF-1α та HIF-3α, а також зростання вмісту білка HIF-1α у 2,5 (ммПВЯ) та 3,4 (злкПВЯ) раза, а білка HIF-3α – в 1,7 і 3,0 раза відповідно. У постгіпоксичний період рівень мРНК до HIF-1α та HIF-3α в гіпоталамусі знижувався, але концентрація мРНК до HIF-1α залишалась у 2,5 раза вищою, ніж у контролі. При цьому вміст білків HIF-1α та HIF-3α зберігався підвищеним у дрібноклітинних нейронах ПВЯ та знижувався на 50–60 % у крупноклітинних нейронах ПВЯ. Реакція нейронів СОЯ на гіпоксію характеризувалася зниженням експресії білків HIF-1α та HIF-3α, що проявлялось зниженням площі імунореактивності в нейронах із частковим відновленням у постгіпоксичний період. Результати свідчать, що переривчаста гіпоксія призводить до посилення експресії генів сімейства hif, підвищення синтезу білків HIF у нейронах ПВЯ та збереження цього ефекту в постгіпоксичний період.


Ключові слова


переривчаста гіпоксія; гіпоталамус; фактор, що індукується гіпоксією

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Zagórska, A., & Dulak, J. (2004) HIF-1: the knowns and unknowns of hypoxia sensing. Acta Biochimicac Polonica, 51(3), 563–585. doi: 045103563.

Majmundar, A. J., Wong, W. J., & Simon, M. C. (2010) Hypoxia-inducible factors and the response to hypoxic stress. Mol Cell., 40, 294–309. doi: 10.1016/j.molcel.2010.09.022.

Zhang, P., Yao, Q., Lu, L., Li, Y., Chen, P. J., & Duan, C. (2014) Hypoxia-inducible factor 3 is an oxygen-dependent transcription activator and regulates a distinct transcriptional response to hypoxia. Cell Reports., 6, 1110–1121. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2014.02.011.

Yang, H.-L., Chao, W., Xiong, Z.-F., & Fang, X. (2015) Progress on hypoxia-inducible factor-3: Its structure, gene regulation and biological function. Mol. Med. Reports., 12, 2411–2416. doi: 10.3892/mmr.2015.3689.

Duan, C. (2016) Hypoxia-inducible factor 3 biology: complexities and emerging themes. Am. J. Physiol. Cell. Physiol., 310, C260–C269. doi: 10.1152/ajpcell.00315.2015.

Charmandari, E., Tsigos, C., & Chrousos, G. (2005) Endocrinology of the stress response. Annu. Rev. Physiol., 67, 259–284. doi: 10.1146/annurev.physiol.67.040403.120816.

Prabhakar, N. R., & Semenza, G. L. (2012) Adaptive and maladaptive cardiorespiratory responses to continuous and intermittent hypoxia mediated by hypoxia-inducible factors 1 and 2. Physiol Rev., 92, 967–1003. doi: 10.1152/physrev.00030.2011.

Pugh, C. W. (2016) Modulation of the Hypoxic Response. Adv. Exp. Med. Biol., 903, 259–271. doi: 10.1007/978-1-4899-7678-9_18.

Lee, H.-C., & Tsai, S.-J. (2017) Endocrine targets of hypoxia-inducible factors. J. Endocrinology, 234, R53–R65. doi: 10.1530/JOE-16-0653.

Swanson, L. W., & Sawchenko, P. E. (1983) Hypothalamic integration: organization of the paraventricular and supraoptic nuclei. Ann. Rev. Neurosci., 6, 269–324. doi: 10.1146/annurev.ne.06.030183.001413.

Bonfiglio, J. J., Inda, C., Refojo, D., Holsboer, F., Arzt, E., & Silberstein, S. (2011) The corticotropin-releasing hormone network and the hypothalamic-pituitary-adrenal axis: molecular and cellular mechanisms involved. Neuroendocrinology, 94, 12–20. doi: 10.1159/000328226.

Kovacs, K. J. (2013) CRH: The link between hormonal-, metabolic- and behavioral responses to stress. J. Chem. Neuroanatomy, 54, 25–33. doi: 10.1016/j.jchemneu.2013.05.003.

Meerson, F. Z. (1981) Adaptacija, stress i profilaktika [Adaptation, stress and prevention]. Мoscow: Nauka. [in Russian].

McEwen, B. S. (2007) Physiology and neurobiology of stress and adaptation: central role of the brain. Physiol Rev., 87, 873–904. doi: 10.1152/physrev.00041.2006.

Silverman, A. J., & Zimmerman, E. A. (1983) Magnocellular neurosecretory system. Ann. Rev. Neurosci, 6, 357–380. doi: 10.1146/annurev.ne.06.030183.002041.

Abramov, A. V., & Kolesnik, Yu. M. (1992) Vliyanie gipoksii na funkcional'noe sostoyanie nejrosekretornoj sistemy gipotalamusa krys [Influence of hypoxia on the functional state of peptidergic neurons of the neurosecretiry system of the rat hypothalamus]. Fiziologicheskij zhurnal im. I. M. Sechenova, 78(7), 21–27. [in Russian].

Abramov, A. V. (1998) Vliyanie interval'nykh gipoksicheskikh trenirovok na funkcional'noe sostoyanie peptidergicheskikh nejronov paraventrikulyarnogo yadra gipotalamusa i nejronov stvola mozga krys [Influence of interval hypoxic training on the functional state of peptidergic neurons of the paraventricular nucleus of the hypothalamus and neurons of the rat brain stem]. Rossijskij fiziologicheskij zhurnal im. I. M. Sechenova, 84(3), 173–181. [in Russian].

Kolesnik Yu.M., Kadzharyan E.V., Abramov A.V. (2014) Effect of Intermittent Hypoxia Trainings on the Functional State of Corticotropin releasing hormone- and β-Endorphin-Synthesizing Neurons of the Rat Paraventricular Nucleus of Hypothalamus. Int. J. Physiol. Pathophysiology, 5(4), 291–297. doi: 10.1615/IntJPhysPathophys.v5.i4.20.

Gajdyshev, I. P. (2004) Reshenie nauchnykh i inzhenernykh zadach sredstvami Excel, VBA i C/C++. [Solution of scientific and engineering problems by means of Excel, VBA and C/C++]. Saint Petersburg [in Russian].

Tsigos, C., & Chrousos, G. P. (2002) Hypothalamic–pituitary–adrenal axis, neuroendocrine factors and stress. J. Psychosomatic Res., 53, 865–871. doi: 10.1016/S0022-3999(02)00429-4.

Shamenko, V. O. (2014) Morfogistokhimicheskaya kharakteristika nejronov supraopticheskogo yadra gipotalamusa krys pri dejstvii preryvistoj gipoksii [The morpho-histochemical characteristics of neurons of supraoptic nucleus of the rat hypothalamus under intermittent hypoxia]. Ezhemesyachnyj nauchnyj zhurnal Fonda «Biolog», 4, 29–32 [in Russian].

Virtue, S., & Vidal-Puig, A. (2011) Nothing Iffy about HIF in the Hypothalamus. PLoS Biol., 9(7), e1001116. doi:10.1371/journal.pbio.1001116.

Zhang, H., Zhang, G., Gonzalez, F. J., Park, S., & Cai, D. (2011) Hypoxia-Inducible Factor Directs POMC Gene to Mediate Hypothalamic Glucose Sensing and Energy Balance Regulation. PLoS Biol., 9(7), e1001112. doi: 10.1371/journal.pbio.1001112.

Harrell, C. S., Rowson, S. A., & Neigh, G. N. (2015) Pharmacological stimulation of Hypoxia Inducible Factor-1 α facilitates the corticosterone response to a mild acute stressor. Neurosci Lett, 600, 75–79. doi: 10.1016/j.neulet.2015.05.051.

Maiti, P., Singh, S. B., Sharma, A. K., Muthuraju, S., Banerjee, P. K., & Ilavazhagan, G. (2006) Hypobaric hypoxia induces oxidative stress in rat brain. Neurochemistry International, 49, 709–716. doi: 10.1016/j.neuint.2006.06.002.

Doyle, K. P., Simon, R. P., & Stenzel-Poore, M. P. (2008) Mechanisms of ischemic brain damage. Neuropharmacology, 55(3), 310–318. doi: 10.1016/j.neuropharm.2008.01.005.

Khoshnam, S. E., Winlow, W., Farzaneh, M., Farbood, Y., & Moghaddam, H. F. (2017) Pathogenic mechanisms following ischemic stroke. Neurol. Sci., 38(7), 1167–1186. doi: 10.1007/s10072-017-2938-1.

Terraneo, L., Paroni, R., Bianciardi, P., Giallongo, T., Carelli, S., Gorio, A., & Samaja, M. (2017) Brain adaptation to hypoxia and hyperoxia in mice. Redox Biology, 11, 12–20. doi: 10.1016/j.redox.2016.10.018.

Li, Q. F., Wang, X. R., Yang, Y. W., & Lin, H. (2006) Hypoxia upregulates hypoxia inducible factor (HIF)-3alpha expression in lung epithelial cells: Characterization and comparison with HIF-1alpha. Cell Res., 16(6), 548–558. doi: 10.1038/sj.cr.7310072.

Khan, M., Khan, H., Singh, I., & Singh, A. K. (2017) Hypoxia inducible factor-1 alpha stabilization for regenerative therapy in traumatic brain injury. Neural Regen. Res., 12(5), 696–701. doi: 10.4103/1673-5374.206632.

Li, L., Candelario, K. M., Thomas, K., Wang, R., Wright, K., Messie,r A., & Cunningham, L. A. (2014) Hypoxia inducible factor-1 α (HIF-1 α ) is required for neural stem cell maintenance and vascular stability in the adult mouse SVZ. J. Neurosci., 34, 16713–16719. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4590-13.2014.

Sun, Y., He, W., & Geng, L. (2016) Neuroprotective mechanism of HIF-1α overexpression in the early stage of acute cerebral infarction in rats. Experimental and Therapeutic Medicine, 12(1), 391–395. doi: 10.3892/etm.2016.3288.

Piret, J. P., Mottet, D., Raes, M., & Michiels, C. (2002) Is HIF-1 α a pro- or an anti-apoptotic protein? Biochem. Pharmacology, 64(5–6), 889–892. doi: 10.1016/S0006-2952(02)01155-3.

Tanaka, T., Wiesener, M., Bernhardt, W., Eckardt, K. U., & Warnecke, C. (2009) The human HIF (hypoxia-inducible factor)-3alpha gene is a HIF-1 target gene and may modulate hypoxic gene induction. Biochem. J., 424, 143–151. doi: 10.1042/BJ20090120.




DOI: https://doi.org/10.14739/2310-1237.2017.2.109291

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


ПАТОЛОГІЯ   Лицензия Creative Commons
Запорізький державний медичний університет