ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 460, № 3, с. 346-348
БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 577.112.6:615.214.31
АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ АНТИДЕПРЕССИВНОГО ДЕЙСТВИЯ ЛИГАНДОВ РЕЦЕПТОРОВ TгkB ОТ АКТИВАЦИИ MAP-КИНАЗНОГО ПУТИ
© 2015 г. Т. А. Гудашева, И. О. Логвинов, П. Ю. Поварнина, Т. А. Антипова, академик РАН С. Б. Середенин
Поступило 29.08.2014 г.
БО1: 10.7868/80869565215030251
Известно, что мозговой нейротрофический фактор (BDNF), связываясь с рецептором TrkB, вызывает его димеризацию, аутофосфорилирова-ние и активацию двух сигнальных путей. Компонентами одного из них являются фосфатидилино-зитол-3-киназа и протеиназа AKT — PI3K/AKT, второго — протеинкиназы, активируемые митоге-нами, MAPK (mitogen activated protein kinases) и киназы, регулируемые внеклеточными сигналами, ERK (extracellular signal-regulated kinases) — MAPK/ERK [1]. Нарушение физиологической нормы содержания BDNF сопровождает многие нейродегенеративные и психические заболевания [2, 3]. Существуют хорошо документированные доказательства участия BDNF в патогенезе депрессии [4]. При центральном введении BDNF проявляет выраженный антидепрессивный эффект [5, 6]. Трансгенные мыши с повышенным уровнем BDNF более устойчивы при моделировании депрессии [7]. Классические антидепрессанты увеличивают концентрацию BDNF и/или его рецепторов [8]. Подобно другим членам семейства нейротрофинов, BDNF представляет собой симметричный гомодимер, мономерные единицы которого содержат 7 бета-тяжей, связанных 4 шпилькообразными петлями, три из которых экспонированы в растворитель (петли 1, 2, 4).
Нами предложена гипотеза о связи разных петлеобразных структур нейротрофинов с их разными функциями. При этом предполагается, что фармакофорными участками этих петель являются их бета-изгибы [9]. Для проверки этой гипотезы были получены дипептидные миметики BD-NF, один из которых, гексаметилендиамид бис-моносукцинил-серил-лизина (ГСБ-106), был сконструирован на основе бета-изгиба 4-й петли, а второй, гексаметилендиамид бис-моносукци-
Научно-исследовательский институт фармакологии им. В.В. Закусова, Москва
нил-метионил-серина (ГСБ-214), — на основе бета-изгиба 1-й петли [9]. Ранее нами установлено, что ГСБ-106 активирует рецептор TrkB и сигнальные пути PI3K/AKT и MAPK/ERK [10], и в экспериментах in vivo проявляет выраженные антидепрессивные свойства [11].
В настоящей работе изучали влияние на активацию рецептора TrkB и сигнальных путей PI3K/AKT и MAPK/ERK соединения, сконструированного на основе 1-й петли BDNF, и протестированы его свойства на модели депрессии.
Методом Вестерн-блот-анализа с использованием моноклональных антител к фосфорилиро-ванной форме TrkB [12] было доказано, что ГСБ-214 действует через TrkB-рецепторы. Так, при инкубации с клетками НТ22 ГСБ-214 в концентрации, равной 10-7 М, при которой он обладал ней-ропротективной активностью [9], достоверное увеличение фосфорилированной формы TrkB (в 1.3 раза) наблюдали уже через 15 мин, и через 30 мин и 1 ч сохранялась тенденция к ее увеличению (рис. 1а). Аналогичное увеличение ранее было отмечено и для миметика 4-й петли — ГСБ-106 [10]. В контрольных опытах с BDNF (10-9 М) через 60 мин после внесения препарата в инкубационную смесь наблюдали повышение содержания фосфорилированной формы TrkB. Следовательно, можно полагать, что ГСБ-214 активирует TrkB рецептор, как ГСБ-106 и BDNF.
В опытах по исследованию влияния ГСБ-214 на фосфорилирование киназ AKT и ERK мы использовали ту же концентрацию миметика, при которой он активировал TrkB. В результате проведенных экспериментов было установлено, что пептид ГСБ-214 также через 15 мин активировал ERK в 1.5 раза, но, в отличие от миметика 4-й петли ГСБ-106, не активировал AKT ни в один из интервалов времени (рис. 1б и 1в). Отметим, что ГСБ-106 в клетках НТ22 увеличивал фосфорилирование AKT в 1.2 раза, ERK — в 1.8 раза, а BDNF (10-9 М) — в 1.6 и в 1.1 раза соответственно [9].
АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ АНТИДЕПРЕССИВНОГО ДЕЙСТВИЯ
347
ОДЕ
3.0
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0
4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 14
12
10
8
6
4
2
0
(а)
(б)
(в)
Контроль
5 мин
15 мин
30 мин
60 мин
Рис. 1. Активация ТгкВ (а), АКТ (б), ЕКК (в) в культуре нейронов НТ22 при инкубации с ГСБ-214 (10-7М). Фосфори-лирование определяли методом Вестерн-блота с последующим денситометрированием. Для каждой точки выполняли по 5 вестерн-блот-анализов из 3 независимых выделений белка. По оси абсцисс — время инкубации ГСБ-214 с клетками в мин, по оси ординат — оптические денситометрические единицы (ОДЕ). * — р < 0.05 по сравнению с контролем по критерию и Вилкоксона—Манна—Уитни.
Таким образом, установлено, что при наличии у соединений, полученных на основе различных петлеобразных участков нейротрофина, способности фосфорилировать рецептор ТгкВ имеются существенные различия в активации путей транс-дукции сигнала.
Антидепрессивная активность ГСБ-214 была нами изучена на классической модели "поведения отчаяния" у мышей в оригинальном варианте Порсолта [13]. Эксперименты проводили в осенне-зимний период с 10 до 13 ч на мышах-самцах линии BALB/cAnN, массой тела 20—22 г, полученных из питомника лабораторных животных "Пущино" при филиале Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова. В качестве активного контроля использовали антидепрессант имипрамин в дозе 25 мг/кг и миметик 4-й петли BDNF — ГСБ-106 в дозе 0.1 мг/кг, которые вводили в виде водных растворов внутрибрюшинно за 60 мин и 24 ч до тестирования соответственно. Контрольным животным вводили дистиллированную воду. Для выявления
статистических различий между контрольной и опытными группами использовали критерий и Вилкоксона—Манна—Уитни. Результаты этой серии экспериментов представлены в табл. 1.
Таблица 1. Влияние миметиков BDNF ГСБ-106 и ГСБ-214 на длительность иммобильности у мышей
Группа Длительность иммобильности
время, с % от контроля
Контроль 208 (189-233) 100
Имипрамин 75** (10-75) 36**
ГСБ-106, 0.1 мг/кг 165* (159-176) 79*
ГСБ-214, 0.1 мг/кг 198 (186-205) 95
ГСБ-214, 1 мг/кг 193(185-215) 93
Примечание. Длительность иммобильности в с представлена в виде медиан и (в скобках) интерквартильных интервалов. ** — p < 0.01, * — p < 0.05 по сравнению с контролем (критерий U).
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 460 № 3 2015
7*
348
ГУДАШЕВА и др.
Как видно из табл. 1, миметик 1-й петли ГСБ-214, в отличие от имипрамина и ГСБ-106, не проявил антидепрессивной активности во всем диапазоне изученных доз.
Таким образом, полученные результаты дают основания для заключения о том, что проявление антидепрессивной активности при активации рецепторов TrkB должно быть сопряжено с активацией MAP-киназного пути, которая возникает при взаимодействии с TrkB структурного аналога 4-й петли BDNF и отсутствует при взаимодействии соединения, синтезированного на основе его 1-й петли, что соответствует высказанной нами гипотезе.
Наши результаты согласуются с литературными данными о снижении концентрации BDNF в мозгу и ослаблении МАР-киназной активности у больных депрессией и в условиях экспериментальных моделей этой патологии [14]. Классические антидепрессанты увеличивают концентрацию BDNF и вызывают усиление МАР-киназно-го сигналинга [15].
Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках научного проекта № 14—15—00596.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Chao M.V., Rajagopal R., Lee F.S. // Clin. Sci. 2006. V 110. № 2. P. 167-173.
2. Fumagalli F., Racagni G, Riva M.A. // Pharmacoge-nom. J. 2006. V. 6. № 2. P. 95-104.
3. Angelucci F., Brene S., Mathe A.A. // Mol. Psychiat. 2005. V. 10. № 4. P. 345-352.
4. Adlam J., Zaman R. // Psychiat: Danub. 2013. V. 25. № 2. P. 368-369.
5. Siuciak J.A., Lewis D.R., WiegandS.J., Lindsay R.M. // Pharmacol. Biochem. Behav. 1997. V. 56. № 1. P. 131137.
6. Shirayama J., Chen A.C., Nakagawa S., Russel R.S., Duman R.S. // J. Neurosci. 2002. V. 22. № 8. P. 32513261.
7. Govindarajan A., Rao B.S.S., Nair D, Trinh M, Maw-jee N., Tonegawa S., Chattarji S. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2006. V. 103. № 35. P. 13208-13213.
8. Castren E, Rantamaki T. // Develop. Neurobiol. 2010. V. 70. № 5. P. 289-297.
9. Гудашева Т.А., Тарасюк А.В., Помогайбо С.В., Логвинов И.О., Поварнина П.Ю., Антипова Т.А., Сере-денин С.Б. // Биоорган. химия. 2012. Т. 38. № 3. С. 280-290.
10. Гудашева Т.А., Логвинов И.О., Антипова Т.А., СереденинС.Б. // ДАН. 2013. Т. 451. № 5. С. 577580.
11. Середенин С.Б., Воронина Т.А., Гудашева Т.А., Гарибова Т.Л., Молодавкин Г.М., Литвинова С.А., Елизарова О.А., Посева В.И. // Acta natur. 2013. Т. 5. № 4. С. 116-120.
12. Massa S.M., Yang T., Xie Y., Shi J., Bilgen M., Joyce J.N., Nehama D., Rajadas J., Longo F.M. // J. Clin. Invest. 2010. V. 120. № 5. P. 1774-1785.
13. Porsolt R.D., Anton G., BlavetN., Jalfre M. // Europ. J. Pharmacol. 1978. V 47. № 4. P. 379-391.
14. Dwivedi Y., Rizavi H.S., Roberts R.C., Conley R.C., Tamminga C.A., Pandey G.N. // J. Neurochem. 2001. V. 77. № 3. P. 916-928.
15. Duman C.H., Schlesinger L., Kodama M., RussellD.S., Duman R.S. // Biol. Psychiat. 2007. V. 61. № 5. P. 661670.
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 460 № 3 2015
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.