Изменения когнитивных процессов и транскрипционной активности генов S100A6 и ASCL1 в различные сроки после хронического введения амилоидогенных олигомеров a-синуклеина
Authors: М.А. Грудень , В.И. Инокентьева , О.А. Соловьева , Н.П. Михайлова , А.М. Ратмиров , З.И. Сторожева 
Published: November 2024

Образование нейротоксических амилоидогенных форм белка альфа-синуклеина (α-син) является ключевым молекулярным звеном патогенеза ряда нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Паркинсона (БП). Есть основания полагать, что развитие когнитивных нарушений на субклиническом уровне предшествует манифестации моторных симптомов БП, причем имеются весомые свидетельства сопряженности этих нарушений с дезорганизацией механизмов регуляции нейрогенеза в зрелом мозге. Однако сведения о долгосрочном влиянии амилоидогенных форм α-син на динамику когнитивной активности и молекулярные процессы в трансляционных моделях синуклеинопатий практически отсутствуют. Цель работы – изучение динамики эффектов интраназального введения олигомеров α-син молодым половозрелым животным в отношении исследовательской активности и эпизодической памяти, а также экспрессии генов S100A6 и ASCL1, регулирующих различные стадии нейрогенеза, в гиппокампе, фронтальной коре и мозжечке с одновременной оценкой структурно-функциональных связей между поведенческими и молекулярными показателями. Материалы и методы. Самцам мышей С57BL/6J 2,5-месячного возраста в течение 14 дней интраназально вводили раствор полученных in vitro олигомеров рекомбинантного α-син либо физиологический раствор с последующим тестированием поведения в модели «Распознавание нового объекта» в возрасте 3, 6 и 12 месяцев. В каждой из возрастных точек определяли экспрессию генов S100A6 и ASCL1 в гиппокампе, фронтальной коре и мозжечке методом полимеразной цепной реакции. Результаты исследования. В возрасте 3 месяцев у мышей, получавших олигомеры α-син, обнаружено снижение относительно контроля скорости передвижения в условиях повышения новизны контекста при сохранности других показателей поведения, а также возрастание экспрессии генов S100A6 и ASCL1 во фронтальной коре и снижение активности гена ASCL1 в мозжечке. В возрасте 6 месяцев у животных экспериментальной группы наблюдалось снижение исследовательской активности и эпизодической памяти при отсутствии отличий от контроля по показателям транскрипционной активности исследованных генов. В 12 месяцев в опытной группе выявлены нарушения инициации исследовательского поведения и эпизодической памяти; наблюдалось также снижение экспрессии гена ASCL1 во фронтальной коре и мозжечке. Выявленные в различных временных точках корреляционные связи молекулярных и поведенческих показателей свидетельствуют о возможной компенсаторной/протекторной роли изменений экспрессии гена ASCL1 после введения олигомеров α-син у 3-месячных животных. Заключение. Результаты проведенных исследований показывают, что динамика развития когнитивного дефицита после введения амилоидогенных форм α-син определяется не только их токсическим воздействием, но также компенсаторными процессами, включающими изменения транскрипционной активности генов, регулирующих процессы нейрогенеза в зрелом мозге. Полученные данные позволяют предположить существование специфичных для определенных возрастных периодов компенсаторных механизмов, связанных с регуляцией стадий пролиферации и дифференцировки нейрогенеза у взрослых животных. Дальнейшие исследования, направленные на выявление таких механизмов, представляются необходимыми для развития персонализированных стратегий профилактики и терапии нейродегенеративных нарушений.

The formation of neurotoxic amyloidogenic forms of the protein alpha-synuclein (α-syn) is a key molecular link in the pathogenesis of a number of neurodegenerative diseases, including Parkinson’s disease (PD). There is reason to believe that the development of cognitive impairment at a subclinical level precedes the manifestation of motor symptoms of PD, and there is significant evidence that these disorders are associated with disorganization of the mechanisms regulating neurogenesis in the mature brain. However, information about the long-term influence of amyloidogenic forms of α-syn on the dynamics of cognitive activity and molecular processes in translational models of synucleinopathies are practically absent. The aim of the work is to study the dynamics of the effects of intranasal administration of α-syn oligomers to young sexually mature animals in relation to exploratory activity and episodic memory, as well as the expression of the S100A6 and ASCL1 genes, which regulate various stages of neurogenesis, in the hippocampus, prefrontal cortex and cerebellum with simultaneous assessment of the structural functional connections between behavioral and molecular indicators. Materials and methods. Male C57BL/6J mice, 2.5 months old, were intranasally injected with a solution of recombinant α-syn oligomers or saline for 14 days, followed by behavioral testing in a novel object recognition model at the ages of 3, 6, and 12 months. At each age point, the expression of the S100A6 and ASCL1 genes in the hippocampus, frontal cortex and cerebellum was determined using the polymerase chain reaction method. Results. At the age of 3 months, mice treated with α-syn oligomers showed a decrease in movement speed relative to control under conditions of increasing context novelty while maintaining other behavioral indicators, as well as an increase in the expression of S100A6 and ASCL1 genes in the cortex and a decrease in ASCL1 activity in the cerebellum. At the age of 6 months, animals in the experimental group showed a decrease in exploratory activity and episodic memory, with no differences from the control in terms of transcriptional activity of the studied genes. At 12th months in the experimental group, disturbances in the initiation of exploratory behavior were revealed while maintaining its total duration and episodic memory; there was also a decrease in gene ASCL1 expression in the prefrontal cortex and cerebellum. Correlations of molecular and behavioral parameters identified at different time points indicate a possible compensatory/protective role of changes in gene ASCL1 expression after administration of α-syn in 3-month-old animals. Conclusion. The results of the studies show that the dynamics of the development of cognitive deficit after administration of α-syn is determined not only by the toxic effects of amyloidogenic forms of the protein, but also by compensatory processes, including changes in the transcriptional activity of genes that regulate the processes of neurogenesis in the mature brain. The data obtained also suggest the existence of age-specific compensatory mechanisms associated with the regulation of the cellular proliferation/differentiation stages of neurogenesis. Further research aimed at identifying such mechanisms seems necessary for the development of personalized strategies for the prevention and treatment of neurodegenerative disorders.