Экспрессия Beclin-1 и Caspase 3 в посттравматическом периоде экспериментального ушиба сердца у крыс с различной стрессоустойчивостью

Цель. Оценка активности аутофагии и апоптоза в миокарде крыс с различной стрессоустойчивостью после моделирования ушиба сердца.

Материалы и методы. Исследование проводили на 106 белых беспородных крысах-самцах массой 250–300 г. Крыс ранжировали по стрессоустойчивости, среднеустойчивых особей (n = 42) исключили из эксперимента. Из оставшихся животных сформировали контрольную (n = 16) и опытную (n = 48) группы, в контрольную вошли подгруппы с высокой и низкой стрессоустойчивостью, в опытную включили шесть подгрупп в соответствии с тремя исследовательскими точками посттравматического периода: с высокой и низкой стрессоустойчивостью и длительностью эксперимента 6, 12 и 24 часа. Таким образом сформировали восемь подгрупп по 8 животных в каждой. В опытной группе моделировали ушиб сердца. Через 6, 12 и 24 часа соответственно сердца крыс извлекали, далее из зон, подверженных наибольшему травматическому воздействию (межжелудочковой перегородки, передних стенок левого и правого желудочков), иссекали фрагменты миокарда 5х5 мм, изготавливали гистологические срезы и проводили иммуногистохимическое исследование с антителами к маркерам Beclin-1 и Caspase 3. Полученные образцы исследовали под микроскопом.

Результаты. В миокарде крыс после ушиба сердца была выявлена экспрессия маркеров Beclin-1 и Caspase 3. У крыс с высокой стрессоустойчивостью отмечалось нарастание индекса экспрессии Beclin-1 в динамике посттравматического периода, а у животных с низкой стрессоустойчивостью наблюдалось постепенное снижение. У высокоустойчивых крыс экспрессия Caspase 3 регистрировалась только через 24 часа после травмы, а у низкоустойчивых животных наблюдалось нарастание экспрессии в динамике посттравматического периода.

Заключение. Экспрессия Beclin-1 в миокарде крыс опытной группы свидетельствует о запуске аутофагии, а экспрессия Caspase 3 – об активации апоптоза. Выраженность данных реакций неодинакова у животных с разной стрессоустойчивостью.

1. Weber B., Lackner I., Gebhard F., Miclau T., Kalbitz M. Trauma, a Matter of the Heart-Molecular Mechanism of Post-Traumatic Cardiac Dysfunction. Int. J. Mol. Sci. 2021;22(2):737. https://doi.org/10.3390/ijms22020737

2. Ключникова Е.И., Корпачева О.В., Мозговой С.И., Золотов А.Н., Кононов А.В. Влияние стрессоустойчивости на экспрессию проаутофагического белка Beclin-1 в миокарде после экспериментального ушиба сердца. Общая реаниматология. 2023;19(6):54-61. https://doi.org/10.15360/1813-9779-2023-6-54-61

3. Tao L., Liu H.R., Gao F., Qu Y., Christopher T.A., Lopez B.L., Ma X.L. Mechanical traumatic injury without circulatory shock causes cardiomyocyte apoptosis: role of reactive nitrogen and reactive oxygen species. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2005;288(6):2811-2818. https://doi.org/10.1152/ajpheart.01252.2004

4. Yan Z., He J.L., Guo L., Zhang H.J., Zhang S.L., Zhang J., Wen Y.J., Cao C.Z., Wang J., Wang J., Zhang M.S., Liang F. Activation of caspase-12 at early stage contributes to cardiomyocyte apoptosis in trauma-induced secondary cardiac injury. Sheng Li Xue Bao. 2017;69(4):367-377

5. Kalbitz M., Amann E.M., Bosch B., Palmer A., Schultze A., Pressmar J., Weber B., Wepler M., Gebhard F., Schrezenmeier H., Brenner R., Huber-Lang M. Experimental blunt chest trauma-induced myocardial inflammation and alteration of gap-junction protein connexin 43. PLoS One. 2017;12(11). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0187270

6. Gordy C., He Y.W. The crosstalk between autophagy and apoptosis: where does this lead? Protein Cell. 2012;3(1):17-27. https://doi.org/10.1007/s13238-011-1127-x

7. D'Arcy M.S. Cell death: a review of the major forms of apoptosis, necrosis and autophagy. Cell Biol. Int. 2019;43(6):582-592. https://doi.org/10.1002/cbin.11137

8. Prerna K., Dubey V.K. Beclin1-mediated interplay between autophagy and apoptosis: New understanding. Int. J. Biol. Macromol. 2022;204:258-273. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.02.005

9. Zhao G.X., Pan H., Ouyang D.Y., He X.H. The critical molecular interconnections in regulating apoptosis and autophagy. Ann. Med. 2015;47(4):305-315. https://doi.org/10.3109/07853890.2015.1040831

10. Chen Y., Zhang W., Guo X., Ren J., Gao A. The crosstalk between autophagy and apoptosis was mediated by phosphorylation of Bcl- 2 and beclin1 in benzene-induced hematotoxicity. Cell Death Dis. 2019;10(10):772. https://doi.org/10.1038/s41419-019-2004-4

11. Sukumaran P., Nascimento Da Conceicao V., Sun Y., Ahamad N., Saraiva L.R., Selvaraj S., Singh B.B. Calcium Signaling Regulates Autophagy and Apoptosis. Cells. 2021;10(8):2125. https://doi.org/10.3390/cells10082125

12. Takagi H., Matsui Y., Hirotani S., Sakoda H., Asano T., Sadoshima J. AMPK mediates autophagy during myocardial ischemia in vivo. Autophagy. 2007;3(4):405-407. https://doi.org/10.4161/auto.4281

13. Liu Q. Lentivirus mediated interference of Caspase-3 expression ameliorates the heart function on rats with acute myocardial infarction. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2014;18(13):1852-1858.

14. Condorelli G., Roncarati R., Ross J. Jr., Pisani A., Stassi G., Todaro M., Trocha S., Drusco A., Gu Y., Russo M.A., Frati G., Jones S.P., Lefer D.J., Napoli C., Croce C.M. Heart-targeted overexpression of caspase3 in mice increases infarct size and depresses cardiac function. Proc. Nat.l Acad. Sci. U S A. 2001;98(17):9977-9982. https://doi.org/10.1073/pnas.161120198

15. Matsui Y., Takagi H., Qu X., Abdellatif M., Sakoda H., Asano T., Levine B., Sadoshima J. Distinct roles of autophagy in the heart during ischemia and reperfusion: roles of AMP-activated protein kinase and Beclin 1 in mediating autophagy. Circ. Res. 2007;100(6):914-922. https://doi.org/10.1161/01.RES.0000261924.76669.36

16. He C., Zhu H., Li H., Zou M.H., Xie Z. Dissociation of Bcl-2-Beclin1 complex by activated AMPK enhances cardiac autophagy and protects against cardiomyocyte apoptosis in diabetes. Diabetes 2013;62(4):1270-1281. https://doi.org/10.2337/db12-0533

17. Кузнецов А.И., Васильева Т.А. Влияние тонуса симпатоадреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы на функцию кроветворных органов у собак с разной стрессовой чувствительностью. Известия ОГАУ. 2019;79(5):185-188.

18. Chrishtop V.V., Tomilova I.K., Rumyantseva T.A., Mikhaylenko E.V., Avila-Rodriguez M.F., Mikhaleva L.M., Nikolenko V.N., Somasundaram S.G., Kirkland C.E., Bachurin S.O., Aliev G. The Effect of ShortTerm Physical Activity on the Oxidative Stress in Rats with Different Stress Resistance Profiles in Cerebral Hypoperfusion. Mol. Neurobiol. 2020;57(7):3014-3026. https://doi.org/10.1007/s12035-020-01930-5

19. Приймак А.Б., Корпачева О.В., Золотов А.Н., Ключникова Е.И. Методика ранжирования крыс по стрессоустойчивости и определение объема выборки при экспериментальном ушибе сердца. Современные проблемы науки и образования. 2022;4:120. https://doi.org/10.17513/spno.31965

20. Ключникова Е.И., Золотов А.Н., Корпачева О.В., Мозговой С.И., Храмых Т.П., Ермолаев П.А. Способ макроскопической паноптической визуализации очагов повреждения и расчета объема поврежденного миокарда при моделировании ушиба сердца. Патент РФ на изобретение №2799815 12.07.2023. Бюл. № 20. Доступно по: https://patentimages.storage.googleapis.com/c5/8d/a5/4b6bcd854efa54/RU2799815C1.pdf. Ссылка активна на 17.04.2024.

21. Tran S., Fairlie W.D., Lee E.F. BECLIN1: Protein Structure, Function and Regulation. Cells. 2021;10(6):1522. https://doi.org/10.3390/cells10061522

22. Maejima Y., Isobe M., Sadoshima J. Regulation of autophagy by Beclin 1 in the heart. J Mol Cell Cardiol. 2016;95:19-25. https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2015.10

23. Asadi M., Taghizadeh S., Kaviani E., Vakili O., Taheri-Anganeh M., Tahamtan M., Savardashtaki A. Caspase-3: Structure, function, and biotechnological aspects. Biotechnol. Appl. Biochem. 2022;69(4):1633- 1645. https://doi.org/10.1002/bab.2233

24. Eskandari E., Eaves C.J. Paradoxical roles of caspase-3 in regulating cell survival, proliferation, and tumorigenesis. J. Cell. Biol. 2022;221(6):e202201159. https://doi.org/10.1083/jcb.202201159

25. Booth L.A., Tavallai S., Hamed H.A., Cruickshanks N., Dent P. The role of cell signalling in the crosstalk between autophagy and apoptosis. Cell. Signal. 2014;26(3):549-555. https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2013.11.028

26. Sui X., Kong N., Ye L., Han W., Zhou J., Zhang Q., He C., Pan H. p38 and JNK MAPK pathways control the balance of apoptosis and autophagy in response to chemotherapeutic agents. Cancer Lett. 2014;344(2):174-179. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2013.11.019

27. Zhang Z., Pi R., Jiang Y., Ahmad M., Luo H., Luo J., Yang J., Sun B. Cathepsin B mediates the lysosomal-mitochondrial apoptosis pathway in arsenic-induced microglial cell injury. Hum. Exp. Toxicol. 2023;42:9603271231172724. https://doi.org/10.1177/09603271231172724

28. Kim S.J., Zhang Z., Hitomi E., Lee Y.C., Mukherjee A.B. Endoplasmic reticulum stress-induced caspase-4 activation mediates apoptosis and neurodegeneration in INCL. Hum. Mol. Genet. 2006;15(11):1826- 1834. https://doi.org/10.1093/hmg/ddl105

29. Liu H., Wang Z., Nowicki M.J. Caspase-12 mediates carbon tetrachloride-induced hepatocyte apoptosis in mice. World J. Gastroenterol. 2014;20(48):18189-18198. https://doi.org/10.3748/wjg.v20.i48.18189