Overexpression of HSP70 in mice with mutant FUS protein is accompanied by a mitigated neurodegeneration in limbic system
https://doi.org/10.47093/2218-7332.2025.16.1.4-19
摘要
Aim. To study morphological and developmental changes in the structure of mice’s limbic system, which overexpress 70 kDa heat shock proteins (HSP70) and co-express mutant fused-in-sarcoma (FUS) protein with amyotrophic lateral sclerosis (ALS).
Materials and methods. The study was based on mice (n = 36; six for each group) of six lines either without FUS mislocalization: C57Bl/6 (wild-type); extracellular (HSP70out) or intracellular (HSP70in) overexpression of HSP70 family 1A protein; or with FUS mislocalization: transgenic mice with ALS-FUS (FUS[1-359]); and double transgenic animals (FUS[1-359]/HSP70out and FUS[1-359]/HSP70in). All FUS expressing mice were symptomatic with myasthenia up to limb paralysis in some animals. When the mice were 20 weeks old, they were killed by staining histological slides of their brain using hematoxylin and eosin, toluidine blue by Nissl, immunofluorescent antibodies for the neuronal nuclear marker (NeuN) of the caudoputamen, septal nuclei, and hippocampus, as well as glial fibrillar acid protein (GFAP), S100β protein, and synaptophysin for the hippocampus. The number of neurons and the number of cells with a positive reaction to antibodies were counted. The statistical processing included ANOVA and were compared with the results from the Tukey test for.
Results. Statistically significant differences were observed for the FUS-expressing groups compared to FUS-negative groups: (1) a reduction in the number of neurons and NeuN+-cells in the caudoputamen and amygdala, especially for FUS[1-359]/HSP70out group; (2) an increase in the number of hyperchromic neurons in the subiculum, cornu Ammonis (CA1), and dentate gyrus, with a significantly greater increase for FUS[1-359] and FUS[1-359]/HSP70out groups compared to FUS[1-359]/HSP70in group; (3) an increase in the number of GFAP+and S100β+-cells in the hippocampus, with the most pronounced change for the FUS[1-359] and FUS[1-359]/HSP70out groups compared to с FUS[1-359]/HSP70in group.
Conclusion. An overexpression of HSP70 family 1A protein and co-expression of mutant FUS protein in the cytoplasm is accompanied by mitigated neurodegeneration in the structure of the limbic system compared with the expression of mutant FUS protein alone.
关于作者
G. Piavchenko
Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)
俄罗斯联邦
俄罗斯联邦
K. Pokidova
Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)
俄罗斯联邦
俄罗斯联邦
E. Kuzmin
Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)
俄罗斯联邦
俄罗斯联邦
A. Venediktov
Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)
俄罗斯联邦
俄罗斯联邦
S. Kuznetsov
Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)
俄罗斯联邦
俄罗斯联邦
参考
1. Feldman E.L., Goutman S.A., Petri S., et al. Amyotrophic lateral sclerosis. Lancet. 2022 Oct 15; 400(10360): 1363–1380. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(22)01272-7. Epub 2022 Sep 15. PMID: 36116464
2. Shoesmith C. Palliative care principles in ALS. Handb Clin Neurol. 2023; 191: 139–155. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-824535-4.00007-0. PMID: 36599506
3. Yun Y., Ha Y. CRISPR/Cas9-Mediated Gene Correction to Understand ALS. Int J Mol Sci. 2020 May 27; 21(11): 3801. https://doi.org/10.3390/ijms21113801. PMID: 32471232
4. Grad L.I., Rouleau G.A., Ravits J., et al. Clinical Spectrum of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). Cold Spring Harb Perspect Med. 2017 Aug 1; 7(8): a024117. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a024117. PMID: 28003278
5. Kwiatkowski T.J. Jr, Bosco D.A., Leclerc A.L., et al. Mutations in the FUS/TLS gene on chromosome 16 cause familial amyotrophic lateral sclerosis. Science. 2009 Feb 27; 323(5918): 1205–1208. https://doi.org/10.1126/science.1166066. PMID: 19251627
6. Nolan M., Talbot K., Ansorge O. Pathogenesis of FUS-associated ALS and FTD: insights from rodent models. Acta Neuropathol Commun. 2016 Sep 6; 4(1): 99. https://doi.org/10.1186/s40478-016-0358-8. PMID: 27600654
7. Venediktov A.A., Bushueva O.Y., Kudryavtseva V.A., et al. Closest horizons of Hsp70 engagement to manage neurodegeneration. Front Mol Neurosci. 2023 Sep 19; 16: 1230436. https://doi.org/10.3389/fnmol.2023.1230436. PMID: 37795273
8. Li Y., Gu J., Wang C., et al. Hsp70 exhibits a liquid-liquid phase separation ability and chaperones condensed FUS against amyloid aggregation. iScience. 2022 May 5; 25(6): 104356. https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104356. PMID: 35620440
9. Пьявченко Г.А., Венедиктов А.А., Кузьмин Е.А. и др. Морфофункциональные изменения у мышей после однократного введения высоких и низких доз Hsp70. Сеченовский вестник. 2023; 14(4): 31–41. https://doi.org/10.47093/22187332.2023.918.13. EDN: WALXAM
10. Bede P., Iyer P.M., Schuster C., et al. The selective anatomical vulnerability of ALS: ‘disease-defining’ and ‘disease-defying’ brain regions. Amyotroph Lateral Scler Frontotemporal Degener. 2016 Oct-Nov; 17(7–8): 561–570. https://doi.org/10.3109/21678421.2016.1173702. PMID: 27087114
11. Shelkovnikova T.A., Peters O.M., Deykin A.V., et al. Fused in sarcoma (FUS) protein lacking nuclear localization signal (NLS) and major RNA binding motifs triggers proteinopathy and severe motor phenotype in transgenic mice. J Biol Chem. 2013 Aug 30; 288(35): 25266–25274. https://doi.org/10.1074/jbc.M113.492017. Epub 2013 Jul 18. PMID: 23867462
12. Paxinos G., Franklin K.B.J. The Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates. 5th Edition. Academic Press. 2019. 376 p. eBook ISBN: 9780128161586
13. Bankhead P., Loughrey M.B., Fernández J.A, et al. QuPath: Opensource software for digital pathology image analysis. Sci Rep. 2017 Dec 4; 7(1): 16878. https://doi.org/10.1038/s41598-017-17204-5. PMID: 29203879
14. Gurskiy Y.G., Garbuz D.G., Soshnikova N.V., et al. The development of modified human Hsp70 (HSPA1A) and its production in the milk of transgenic mice. Cell Stress Chaperones. 2016 Nov; 21(6): 1055–1064. https://doi.org/10.1007/s12192-016-0729-x. PMID: 27511022
15. Mochizuki Y., Isozaki E., Takao M., et al. Familial ALS with FUS P525L mutation: two Japanese sisters with multiple systems involvement. J Neurol Sci. 2012 Dec 15; 323(1–2): 85–92. https://doi.org/10.1016/j.jns.2012.08.016. PMID: 22980027
16. Vorobyov V., Deev A., Sengpiel F., et al. Cortical and Striatal Electroencephalograms and Apomorphine Effects in the FUS Mouse Model of Amyotrophic Lateral Sclerosis. J Alzheimers Dis. 2021; 81(4): 1429–1443. https://doi.org/10.3233/JAD-201472. PMID: 33935079
17. Koga S., Murakami A., Soto-Beasley A.I., et al. Publisher Correction to: Diffuse argyrophilic grain disease with TDP43 proteinopathy and neuronal intermediate filament inclusion disease: FTLD with mixed tau, TDP-43 and FUS pathologies. Acta Neuropathol Commun. 2023 Jul 12;11(1):117. https://doi.org/10.1186/s40478-023-01621-x. Erratum for: Acta Neuropathol Commun. 2023 Jul 6; 11(1): 109. https://doi.org/10.1186/s40478-023-01611-z. PMID: 37438786
18. Murakami A., Nakamura M, Nakamura Y., et al. An autopsy case report of neuronal intermediate filament inclusion disease presenting with predominantly upper motor neuron features. Neuropathology. 2021 Oct; 41(5): 357–365. https://doi.org/10.1111/neup.12741. PMID: 34309938
19. Plekhova N.G., Radkov I.V., Zinoviev S.V., et al. Effect of Mild Traumatic Brain Injury on Behavioral Reactions and Neocortical Morphology in Rats. Bull Exp Biol Med. 2021 Mar;170(5):672– 676. https://doi.org/10.1007/s10517-021-05130-6. Epub 2021 Mar 31. PMID: 33788107
20. Kino Y., Washizu C., Kurosawa M., et al. FUS/TLS deficiency causes behavioral and pathological abnormalities distinct from amyotrophic lateral sclerosis. Acta Neuropathol Commun. 2015 Apr 25; 3: 24. https://doi.org/10.1186/s40478-015-0202-6. PMID: 25907258
21. Tzeplaeff L., Seguin J., Le Gras S., et al. Mutant FUS induces chromatin reorganization in the hippocampus and alters memory processes. Prog Neurobiol. 2023 Aug; 227: 102483. https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2023.102483. Epub 2023 Jun 15. PMID: 37327984
22. Ho W.Y., Agrawal I., Tyan S.H., et al. Dysfunction in nonsense-mediated decay, protein homeostasis, mitochondrial function, and brain connectivity in ALS-FUS mice with cognitive deficits. Acta Neuropathol Commun. 2021 Jan 6; 9(1): 9. https://doi.org/10.1186/s40478-020-01111-4. PMID: 33407930
23. Sun M., Yamashita T., Shang J., et al. Acceleration of TDP43 and FUS/TLS protein expressions in the preconditioned hippocampus following repeated transient ischemia. J Neurosci Res. 2014 Jan; 92(1): 54–63. https://doi.org/10.1002/jnr.23301. Epub 2013 Oct 28. PMID: 24265138
24. King A., Troakes C., Smith B., et al. ALS-FUS pathology revisited: singleton FUS mutations and an unusual case with both a FUS and TARDBP mutation. Acta Neuropathol Commun. 2015 Oct 9; 3: 62. https://doi.org/10.1186/s40478-015-0235-x. PMID: 26452761
25. Piavchenko G.A., Pokidova K.S., Kuzmin E.A., et al. Quantitative Immunofluorescence Mapping of HSP70’s Neuroprotective Effects in FUS-ALS Mouse Models. Appl. Sci. 2024; 14(24): 11614. https://doi.org/10.3390/app142411614
补充文件
|
|
1. Graphic abstract | |
| 主题 | ||
| 类型 | Исследовательские инструменты | |
预览
(192KB)
|
索引源数据 ▾ | |
|
2. 1180_The ARRIVE guidelines 2.0: author checklist | |
| 主题 | ||
| 类型 | Исследовательские инструменты | |
下载
(120KB)
|
索引源数据 ▾ | |
评论
Журнал "Сеченовский вестник". Лист редактора можно посмотреть здесь /
Sechenov Medical Journal. Editor's checklist you can find here
Название / Title | Гиперэкспрессия белков теплового шока HSP70 у мышей с мутантнымбелком FUS сопровождается меньшими нейродегенеративнымиизменениями в структурах лимбической системы / Overexpression of HSP70 in mice with mutant FUS protein is accompanied by a mitigated neurodegeneration in limbic system |
Раздел / Section
| КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯ, ЦИТОЛОГИЯ, ГИСТОЛОГИЯ / CELL BIOLOGY, CITOLOGY, HISTOLOGY |
Тип / Article | Оригинальная статья / Original article |
Номер / Number | 1180 |
Страна/территория / Country/Territory of origin | Россия / Russia |
Язык / Language | Русский / Russian |
Источник / Manuscript source | Инициативная рукопись / Unsolicited manuscript |
Дата поступления / Received | 01.12.2024 |
Тип рецензирования / Type ofpeer-review | Двойное слепое / Double blind |
Язык рецензирования / Peer-review language | Русский / Russian
|
РЕЦЕНЗЕНТ А / REVIEWER A
Инициалы / Initials | 1180_А |
Научная степень / Scientific degree | Кандидат медицинских наук / Cand. of Sci. (Medicine) |
Страна/территория / Country/Territory | Россия / Russia |
Дата рецензирования / Date of peer-review | 26.02.2025 |
Число раундов рецензирования / Number of peer-review rounds | 1 |
Финальное решение / Final decision | принять к публикации / accept |
ПЕРВЫЙ РАУНД РЕЦЕНЗИРОВАНИЯ / FIRST ROUND OF PEER-REVIEW
Актуальность цели исследования не вызывает сомнений. Боковой амиотрофический склероз, является заболеванием нервной системы, которое поражает нервные клетки в головном и спинном мозге. Состояние пациентов ухудшается с течением времени. Точная причина заболевания до сих пор неизвестна, однако, примерно у 10% людей с боковым амиотрофическим склерозом (БАС) можно определить генетическую причину с большим количеством вовлеченных генов. При этом достаточно многочисленные недавние генетические открытия предполагают, что наследственные формы БАС более распространены, чем считалось ранее.
В настоящее время не существует эффективного лечения или лечения, которое может обратить вспять ущерб, вызванный БАС. Накопленные научные данные, пока, не позволяют излечивать это смертельное заболевание.
БАС считается мультисистемным расстройством, которое может сопровождаться немоторными симптомами, такими как поведенческие и когнитивные нарушения, и даже проявляться как перекрестный синдром с признаками лобно-височной деменции (ЛВД), обнаружено, что анатомические и функциональные поражения при БАС выходят за рамки прецентральной коры и кортикоспинальных трактов, могут включать мозолистое тело, лобную, сенсорную и премоторную кору, таламус и другие отделы головного мозга. Поэтому морфологические исследования структур лимбической системы на трансгенных животных моделях заболевания, несомненно, актуальны.
Научная новизна результатов не вызывает сомнений. Получены количественные показатели нейродегенеративных изменений в структурах лимбической системы у мышей с гиперэкспрессией белков теплового шока семейства HSP70 в форме HSPA1A и экспрессией мутантного человеческого белка FUS с транслокацией [1-359], свойственной для БАС. Обнаружено, что одновременное присутствие белка HSPA1A вместе с мутантным белком FUS [1-359] в цитоплазме клеток нервной ткани в структурах лимбической системы сопровождается меньшими нейродегенеративными изменениями, чем при изолированной экспрессии мутантного FUS.
Практическая значимость результатов высокая, так как продемонстрированы определенные патологические изменения в лимбической системе в трансгенной животной модели БАС, а также сделано обоснованное предположение, что гиперэкспрессия HSPA1A является потенциальным способом замедлить развитие FUS-варианта БАС. Результаты расширяют представления о возможностях лечения БАС, терапевтического использования белков теплового шока и стратегий влияния на их экспрессию.
Статья соответствует правилам этики проведения исследований и публикации их результатов. Материалы и методы исследований соответствуют поставленной цели. За последнее десятилетие область изучения БАС значительно продвинулась вперед благодаря быстрому прогрессу в понимании генетической архитектуры и патофизиологических механизмов заболевания за счет разработки надежных, пригодных для использования доклинических модельных систем. Двойные трансгенные мыши в исследовании – свидетельство самого современного и высокого уровня техники при выполнении исследования.
Заключение обоснованно и не противоречит известным представлениям о БАС и адекватных животных моделях этого заболевания. Использование научной терминологии и ее соответствие принятой в рассматриваемой области знаний не вызывают замечаний.
Валидность и новизна выбранных литературных источников не вызывают возражений. Можно учесть информацию Mead, R.J., Shan, N., Reiser, H.J. et al. Amyotrophic lateral sclerosis: a neurodegenerative disorder poised for successful therapeutic translation. Nat Rev Drug Discov 22, 185–212 (2023). https://doi.org/10.1038/s41573-022-00612-2.
Целостность и непротиворечивость текста работы, стиль изложения и уровень русского языка – без замечаний.
РЕЦЕНЗЕНТ B / REVIEWER B
Инициалы / Initials | 1180_В |
Научная степень / Scientific degree | Доктор медицинских наук / Dr. of Sci. (Medicine) |
Страна/территория / Country/Territory | Россия / Russia |
Дата рецензирования / Date of peer-review | 01.03.2025 |
Число раундов рецензирования / Number of peer-review rounds | 1 |
Финальное решение / Final decision | принять к публикации / accept |
ПЕРВЫЙ РАУНД РЕЦЕНЗИРОВАНИЯ / FIRST ROUND OF PEER-REVIEW
Актуальность исследования и научная новизна его результатов не вызывает сомнений.
Работа проведена в соответствии с правилами этики проведения исследований и публикации их результатов. Материалы и методы соответствуют поставленной цели. Заключение достаточно обосновано.
Замечания (пожелания):
- В статье, при сравнении отличий между группами в рубрике «результаты исследования», авторами используется термины: «было меньше», «больше», «снижалось», «увеличивалось» без указания числовых значений (или уточнения «во сколько раз»), что в свою очередь улучшит восприятие и понимание материала.
- Не совсем понятна необходимость включения в рубрики статьи «актуальность исследования» и «материалы и методы» рисунков (схем), не обладающих новизной, оригинальностью и наглядностью материала. В частности, рис 1, отражающий механизм взаимодействия, не обладает новизной, оригинальностью, не содержит информационной составляющей, а только «занимает место в статье» и обладает функцией «приукрашивания работы». Рекомендовано удалить из текста статьи.
Рис 2. – Как правило, схематичное (графическое) отображение дизайна исследования является необходимым в научном докладе или тексте диссертационного исследования. В данном случае – это научная статья и демонстрируемый графический материал является лишним (учитывая наличие всей информации в тексте рубрики «материалы и методы») и избыточным. Рекомендуется удалить данный рисунок из текста научной статьи.
浏览:
821
Email this article 