DOI: https://doi.org/10.14739/2310-1237.2020.1.203742

Ультраструктурні особливості стану астрогліальної ендосомальної системи при сепсис-асоційованій енцефалопатії

T. V. Shuliatnikova, V. O. Shavrin

Анотація


 

Сепсис-асоційована енцефалопатія (САЕ) – часте ускладнення сепсису, що виявляється широким спектром дисфункціональних порушень головного мозку. Астроцити, як головні гомеостатичні клітини мозку, відіграють ключову роль у процесах адаптації нервової тканини до гострого пошкодження.

Мета роботи – визначити ультраструктурний стан ендосомальної системи астроцитів у головному мозку щурів в експериментальних умовах системного запалення.

Матеріали та методи. Дослідження виконали на 2 групах щурів лінії Вістар: контрольній (5 хибнооперованих щурів) і основній (із перев’язкою і пункцією сліпої кишки, CLP, 10 щурів). Дослідження кори та підкоркової білої речовини сенсомоторної зони у строк від 12 год до 24 год післяопераційного періоду виконали за допомогою трансмісійної електронної мікроскопії.

Результати. У групі CLP, починаючи з 12 год післяопераційного періоду, в перикаріонах і відростках астроцитів збільшується кількість мікровезикулярних тілець (МВТ). Так, у померлих тварин основної групи визначили тенденцію до збільшення кількості ендосом порівняно з контролем і з переважною локалізацією їх у перикаріонах астроцитів. Астроглія тварин основної групи, які вижили, характеризувалася більшим ступенем компенсації внутрішньоклітинного набряку й накопиченням МВТ у капілярних ніжках астроцитів, де їхня кількість вірогідно збільшувалася більш ніж утричі порівняно з групою контролю.

Висновки. В умовах експериментального абдомінального сепсису в астроцитах головного мозку з середини першої доби спостерігали ознаки реактивних змін із підвищенням активності їхнього ендосомально-екзосомального апарату, що показує високий ступінь адаптивної активності астроглії та фазу компенсації патологічного стану тканини. Одне з ультраструктурних проявів цього явища – підвищення в цитоплазмі астроцитів кількості МВТ із накопиченням останніх в астроцитарних відростках, здебільшого в капілярних астроцитарних ніжках. Накопичення МВТ в астроцитарних відростках може вказувати на активацію їхньої міжклітинної та гліо-васкулярної взаємодії за допомогою ендо- та екзоцитозу в гострій фазі адаптивних процесів в умовах САЕ. Цей факт підкреслює особливу роль астроглії в процесах компенсації порушеного гомеостазу мозкової тканини в наведених умовах.


Ключові слова


астроглія; сепсис-асоційована енцефалопатія; мультивезикулярні тільця

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Lamar, C. D., Hurley, R. A., & Taber, K. H. (2011). Sepsis-Associated Encephalopathy: Review of the Neuropsychiatric Manifestations and Cognitive Outcome. Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences, 23(3), 236-241. https://doi.org/10.1176/appi.neuropsych.23.3.237

Shuliatnikova, T. V, & Shavrin, V. O. (2018). Sepsis associated encephalopathy and abdominal sepsis: current state of problem. Art of Medicine, (3), 158-165.

Sartelli, M., Abu-Zidan, F. M., Catena, F., Griffiths, E. A., Di Saverio, S., Coimbra, R., & Ansaloni, L. (2015). Global validation of the WSES Sepsis Severity Score for patients with complicated intra-abdominal infections: a prospective multicentre study (WISS Study). World Journal of Emergency Surgery, 10, Article 61. https://doi.org/10.1186/s13017-015-0055-0

Shulyatnikova, T., & Verkhratsky, A. (2020). Astroglia in Sepsis Associated Encephalopathy. Neurochemical Research, 45(1), 83-99. https://doi.org/10.1007/s11064-019-02743-2

Sonneville, R., Verdonk, F., Rauturier, C., Klein, I. F., Wolff, M., Annane, D., Chretien, F., & Sharshar, T. (2013). Understanding brain dysfunction in sepsis. Annals of Intensive Care, 3, Article 15. https://doi.org/10.1186/2110-5820-3-15

Chaudhry, N., & Duggal, A. K. (2014). Sepsis Associated Encephalopathy. Advances in Medicine, 2014, 1-16. https://doi.org/10.1155/2014/762320

Verkhratsky, A., & Nedergaard, M. (2018). Physiology of Astroglia. Physiological Reviews, 98(1), 239-389. https://doi.org/10.1152/physrev.00042.2016

Sofroniew, M. V. (2015). Astrocyte barriers to neurotoxic inflammation. Nature Reviews Neuroscience, 16(5), 249-263. https://doi.org/10.1038/nrn3898

Zorec, R., Zupanc, T. A., & Verkhratsky, A. (2019). Astrogliopathology in the infectious insults of the brain. Neuroscience Letters, 689, 56-62. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2018.08.003

Vardjan, N., & Zorec, R. (2015). Excitable astrocytes: Ca2+- and cAMP-regulated exocytosis. Neurochemical Research, 40(12), 2414-2424. https://doi.org/10.1007/s11064-015-1545-x

Verkhratsky, A., Matteoli, M., Parpura, V., Mothet, J. P., & Zorec, R. (2016). Astrocytes as secretory cells of the central nervous system: idiosyncrasies of vesicular secretion. Embo Journal, 35(3), 239-257. https://doi.org/10.15252/embj.201592705

Vardjan, N., Parpura, V., Verkhratsky, A., & Zorec, R. (2019). Gliocrine system: Astroglia as secretory cells of the CNS. In Advances in Experimental Medicine and Biology (Vol. 1175, pp. 93-115). Springer New York LLC. https://doi.org/10.1007/978-981-13-9913-8_4

Turchinovich, A., Drapkina, O., & Tonevitsky, A. (2019). Transcriptome of Extracellular Vesicles: State-of-the-Art. Frontiers in Immunology, 10, Article 202. https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.00202

Liu, T., Zhang, Q., Zhang, J. K., Li, C., Miao, Y. R., Lei, Q., Li, Q. B., & Guo, A. Y. (2019). EVmiRNA: a database of miRNA profiling in extracellular vesicles. Nucleic Acids Research, 47(D1), D89-D93. https://doi.org/10.1093/nar/gky985

Lian, H., Yang, L., Cole, A., Sun, L., Chiang, A. C. A., Fowler, S. W., Shim, D. J., Rodriguez-Rivera, J., Taglialatela, G., Jankowsky, J. L., Lu, H. C., & Zheng, H. (2015). NFκB-Activated Astroglial Release of Complement C3 Compromises Neuronal Morphology and Function Associated with Alzheimer’s Disease. Neuron, 85(1), 101–115. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2014.11.018

Vardjan, N., Gabrijel, M., Potokar, M., Svajger, U., Kreft, M., Jeras, M., de Pablo, Y., Faiz, M., Pekny, M., & Zorec, R. (2012). IFN-γ-induced increase in the mobility of MHC class II compartments in astrocytes depends on intermediate filaments. Journal of Neuroinflammation, 9. https://doi.org/10.1186/1742-2094-9-144

Božić, M., Verkhratsky, A., Zorec, R., & Stenovec, M. (2019). Exocytosis of large-diameter lysosomes mediates interferon γ-induced relocation of MHC class II molecules toward the surface of astrocytes. Cellular and Molecular Life Sciences. https://doi.org/10.1007/s00018-019-03350-8

Huotari, J., & Helenius, A. (2011). Endosome maturation. EMBO Journal, 30(17), 3481-3500. https://doi.org/10.1038/emboj.2011.286

Trajkovic, K., Hsu, C., Chiantia, S., Rajendran, L., Wenzel, D., Wieland, F., Schwille, P., Brugger, B., & Simons, M. (2008). Ceramide triggers budding of exosome vesicles into multivesicular Endosomes. Science, 319(5867), 1244-1247. https://doi.org/10.1126/science.1153124

Luzio, J. P., Gray, S. R., & Bright, N. A. (2010). Endosome-lysosome fusion. Biochemical Society Transactions, 38, 1413-1416. https://doi.org/10.1042/bst0381413

Hanson, P. I., & Cashikar, A. (2012). Multivesicular Body Morphogenesis. Annual Review of Cell and Developmental Biology, Vol 28, 28, 337-362. https://doi.org/10.1146/annurev-cellbio-092910-154152

Doyle, L. M., & Wang, M. Z. (2019). Overview of Extracellular Vesicles, Their Origin, Composition, Purpose, and Methods for Exosome Isolation and Analysis. Cells, 8(7), Article 727. https://doi.org/10.3390/cells8070727

EP and Council. (2010). Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council of 22 September 2010 on the protection of animals used for scientific purposes. OJ L276:33.

Rittirsch, D., Huber-Lang, M. S., Flierl, M. A., & Ward, P. A. (2009). Immunodesign of experimental sepsis by cecal ligation and puncture. Nature Protocols, 4(1), 31-36. https://doi.org/10.1038/nprot.2008.214

Toscano, M. G., Ganea, D., & Gamero, A. M. (2011). Cecal Ligation Puncture Procedure. Jove-Journal of Visualized Experiments, (51), Article e2860. https://doi.org/10.3791/2860

Su, W., Aloi, M. S., & Garden, G. A. (2016). MicroRNAs mediating CNS inflammation: Small regulators with powerful potential. Brain Behavior and Immunity, 52, 1-8. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2015.07.003

Gaudet, A. D., Fonken, L. K., Watkins, L. R., Nelson, R. J., & Popovich, P. G. (2018). MicroRNAs: Roles in Regulating Neuroinflammation. Neuroscientist, 24(3), 221-245. https://doi.org/10.1177/1073858417721150

Nuzziello, N., & Liguori, M. (2019). The MicroRNA Centrism in the Orchestration of Neuroinflammation in Neurodegenerative Diseases. Cells, 8(10), Article 1193. https://doi.org/10.3390/cells8101193

Balusu, S., Van Wonterghem, E., De Rycke, R., Raemdonck, K., Stremersch, S., Gevaert, K., Brkic, M., Demeestere, D., Vanhooren, V., Hendrix, A., Libert, C., & Vandenbroucke, R. E. (2016). Identification of a novel mechanism of blood-brain communication during peripheral inflammation via choroid plexus-derived extracellular vesicles. Embo Molecular Medicine, 8(10), 1162-1183. https://doi.org/10.15252/emmm.201606271

Wang, G. H., Dinkins, M., He, Q., Zhu, G., Poirier, C., Campbell, A., Mayer-Proschel, M., & Bieberich, E. (2012). Astrocytes Secrete Exosomes Enriched with Proapoptotic Ceramide and Prostate Apoptosis Response 4 (PAR-4) potential mechanism of apoptosis induction in Alzheimer disease (AD). Journal of Biological Chemistry, 287(25), 21384-21395. https://doi.org/10.1074/jbc.M112.340513

Fader, C. M., & Colombo, M. I. (2009). Autophagy and multivesicular bodies: two closely related partners. Cell Death and Differentiation, 16(1), 70-78. https://doi.org/10.1038/cdd.2008.168

Rusten, T. E., & Simonsen, A. (2008). ESCRT functions in autophagy and associated disease. Cell Cycle, 7(9), 1166-1172. https://doi.org/10.4161/cc.7.9.5784

Meng, T., Lin, S., Zhuang, H., Huang, H., He, Z., Hu, Y., Gong, Q., & Feng, D. (2019). Recent progress in the role of autophagy in neurological diseases. Cell Stress, 3(5), 141–161. https://doi.org/10.15698/cst2019.05.186

Banerjee, R., Beal, M. F., & Thomas, B. (2010). Autophagy in neurodegenerative disorders: pathogenic roles and therapeutic implications. Trends in Neurosciences, 33(12), 541-549. https://doi.org/10.1016/j.tins.2010.09.001

Guo, F., Liu, X. Y., Cai, H. B., & Le, W. D. (2018). Autophagy in neurodegenerative diseases: pathogenesis and therapy. Brain Pathology, 28(1), 3-13. https://doi.org/10.1111/bpa.12545

Pascua-Maestro, R., Gonzalez, E., Lillo, C., Ganfornina, M. D., Falcon-Perez, J. M., & Sanchez, D. (2019). Extracellular Vesicles Secreted by Astroglial Cells Transport Apolipoprotein D to Neurons and Mediate Neuronal Survival Upon Oxidative Stress. Frontiers in Cellular Neuroscience, 12, Article 526. https://doi.org/10.3389/fncel.2018.00526

Venturini, A., Passalacqua, M., Pelassa, S., Pastorino, F., Tedesco, M., Cortese, K., Gagliani, M. C., Leo, G., Maura, G., Guidolin, D., Agnati, L. F., Marcoli, M., & Cervetto, C. (2019). Exosomes From Astrocyte Processes: Signaling to Neurons. Frontiers in Pharmacology, 10, Article 1452. https://doi.org/10.3389/fphar.2019.01452

Lafourcade, C., Ramirez, J. P., Luarte, A., Fernandez, A., & Wyneken, U. (2016). MiRNAs in Astrocyte-Derived Exosomes as Possible Mediators of Neuronal Plasticity. Journal of Experimental Neuroscience, 10, 1-9. https://doi.org/10.4137/jen.s39916

Schiera, G., Di Liegro, C. M., & Di Liegro, I. (2020). Cell-to-Cell Communication in Learning and Memory: From Neuro- and Glio-Transmission to Information Exchange Mediated by Extracellular Vesicles. International Journal of Molecular Sciences, 21(1), Article 266. https://doi.org/10.3390/ijms21010266

Santello, M., Cali, C., & Bezzi, P. (2012). Gliotransmission and the Tripartite Synapse. Synaptic Plasticity: Dynamics, Development and Disease, 970, 307-331. https://doi.org/10.1007/978-3-7091-0932-8_14

Durkee, C. A., & Araque, A. (2019). Diversity and Specificity of Astrocyte-neuron Communication. Neuroscience, 396, 73-78. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2018.11.010

Verkhratsky, A., & Nedergaard, M. (2014). Astroglial cradle in the life of the synapse. Philosophical Transactions of the Royal Society B-Biological Sciences, 369(1654), Article 20130595. https://doi.org/10.1098/rstb.2013.0595

van Gool, W. A., van de Beek, D., & Eikelenboom, P. (2010). Systemic infection and delirium: when cytokines and acetylcholine collide. Lancet, 375(9716), 773-775. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(09)61158-2

Bernardinelli, Y., Randall, J., Janett, E., Nikonenko, I., Konig, S., Jones, E. V., Flores, C. E., Murai, K. K., Bochet, C. G., Holtmaat, A., & Muller, D. (2014). Activity-Dependent Structural Plasticity of Perisynaptic Astrocytic Domains Promotes Excitatory Synapse Stability. Current Biology, 24(15), 1679-1688. https://doi.org/10.1016/j.cub.2014.06.025




ПАТОЛОГІЯ   Лицензия Creative Commons
Запорізький державний медичний університет