Нейроглобин в нейронах мозга крысы

Нейроглобин является металлопротеином, экспрессирующимся преимущественно в нервной системе и участвующим в функционировании клеток в норме и при патологии. Несмотря на многочисленные исследования, сведения о его региональном распределении неоднозначны. Цель исследования – выявление закономерностей и особенностей регионального распределения нейроглобина в нейронах всех структур мозга крысы с количественной оценкой его содержания на клеточном уровне. Материал и методы. В исследовании использовано 5 беспородных белых крыс-самцов, содержавшихся в стандартных условиях. После декапитации, фиксации, обезвоживания и заключения в парафин изготавливались фронтальные серийные срезы. Один срез серии окрашивали по Нисслю для идентификации структур по стереотаксическому атласу, второй – иммуногистохимически на нейроглобин. Цитофотометрически изучено 100 структур мозга, иммунореактивность нейроглобина выражали в единицах оптической плотности ×10³ (условные единицы). Результаты и их обсуждение. Выделено четыре уровня содержания нейроглобина в нейронах – низкий, умеренный, высокий и очень высокий. Структур без нейроглобина не обнаружено. В исследованных структурах мозга его содержание варьирует в пределах от 140–160 до 459–497 условных единиц. В абсолютном большинстве структур обнаружено низкое и умеренное количество нейроглобина. Среди отделов головного мозга наблюдается возрастание содержания металлопротеина в направлении: конечный мозг – промежуточный мозг – средний мозг – мост и продолговатый мозг. Наиболее широкий разброс значений характерен для конечного мозга, моста и продолговатого мозга. В мозжечке наибольшие значения демонстрируют вставочное ядро и клетки Пуркинье пирамиды. Заключение. Нейроглобин содержится в нейронах всех отделов головного и спинного мозга крысы. Количество металлопротеина зависит от филогенетического возраста: в головном мозге его содержание возрастает в переднезаднем направлении, а структуры палеокортекса содержат больше нейроглобина, чем структуры неокортекса. В мозжечке большее количество нейроглобина содержат структуры палеоцеребеллума.

1. Burmester T., Weich B., Reinhardt S., Hankeln T. A vertebrate globin expressed in the brain. Nature. 2000; 407 (6803): 520–523. doi: 10.1038/35035093

2. Herold S., Fago A., Weber R.E., Dewilde S., Moens L. Reactivity studies if the Fe(III) and Fe(II) NO forms of human neuroglobin reveal a potential role against oxidative stress. J. Biol. Chem. 2004; 279 (22): 22841–22847. doi: 0.1074/jbc.M313732200

3. Wystub S., Ebner B., Fuchs C., Weich B., Burmester T., Hankeln T. Interspecies comparison of neuroglobin, cytoglobin and myoglobin: sequence evolution and candidate regulatory elements. Cytogenet. Genome Res. 2004; 105 (1): 65–78. doi: 10.1159/000078011

4. Hankeln T., Ebner B., Fuchs C., Frank G., Haberkamp M., Laufs T.L., Roesner A., Schmidt M., Weich B., Wystub S., Saaler-Reinhardt S., Reuss S., Bolognesi M., de Sanctis D., Marden M.C., Kiger L., Moens L., Dewilde S., Nevo E., Avivi A., Weber R.E., Fago A., Burmester T. Neuroglobin and cytoglobin in search of their role in the vertebrate globin family. J. Inorg. Biochem. 2005; 99 (1): 110–119. doi: 10.1016/j.jinorgbio.2004.11.009

5. Tosqui P., Colombo M.F. Neuroglobin and cytoglobin: two new members of globin family. Rev. Bras. Hematol. Hemoter. 2011; 33 (4): 307–311. doi: 10.5581/1516-8484.20110082

6. Reuss S., Saaler-Reinhardt S., Weich B., Wystub S., Reuss M.H., Burmester T., Hankeln T. Expression analysis of neuroglobin mRNA in rodent tissues. Neuroscience. 2002; 115 (3): 645–656. doi: 10.1016/s0306-4522(02)00536-5

7. Schmidt M., Giessl A., Laufs T., Hankeln T., Wolfrum U., Burmester T. How does the eye breathe? Evidence for neuroglobin-mediated oxygen supply in the mammalian retina. J. Biol. Chem. 2003; 278 (3): 1932–1935. doi: 10.1074/jbc.M209909200

8. Dewilde S., Kiger L., Burmester T., Hankeln T., Baudin-Creuza V., Aerts T., Marden M.C., Caubergs R., Moens L. Biochemical characterization and ligand binding properties of neuroglobin, a novel member of the globin family. J. Biol. Chem. 2001; 276 (42): 38949–38955. doi: 10.1074/jbc.M106438200

9. Trent J.T. 3rd, Watts R.A., Hargrove M.S. Human neuroglobin, a hexacoordinate hemoglobin that reversibly binds oxygen. J. Biol. Chem. 2001; 276 (32): 30106–30110. doi: 10.1074/jbc.C100300200

10. Hamdane D., Kiger L., Dewilde S., Green B.N., Pesce A., Uzan J., Burmester T., Hankeln T., Bolognesi M., Moens L., Marden M.C. The redox state of the cell regulates the ligand binding affinity of human neuroglobin and cytoglobin. J. Biol. Chem. 2003; 278 (51): 51713–51721. doi: 10.1074/jbc.M309396200

11. Pesce A., Dewilde S., Nardini M., Moens L., Ascenzi P., Hankeln T., Burmester T., Bolognesi M. Human brain neuroglobin structure reveals a distinct mode of controlling oxygen affinity. Structure. 2003; 11 (9): 1087–1095. doi: 10.1016/s0969-2126(03)00166-7

12. Burmester T., Haberkamp M., Mitz S., Roesner A., Schmidt M., Ebner B., Gerlach F., Fuchs C., Hankeln T. Neuroglobin and cytoglobin: genes, proteins and evolution. IUBMB Life. 2004; 56 (11–12): 703–707. doi: 10.1080/15216540500037257

13. Fordel E., Thijs L., Moens L., Dewilde S. Neuroglobin and cytoglobin expression in mice. FEBS J. 2007; 274 (5): 1312–317. doi: 10.1111/j.17424658.2007.05679.x

14. Yu Z., Poppe J.L., Wang X. Mitochondrial mechanisms of neuroglobin’s neuroprotection. Oxid. Med. Cell. Longev. 2013; 2013: 756989. doi: 10.1155/2013/756989

15. Ott M., Robertson J.D., Gogvadze V., Zhivotovsky B., Orrenius S. Cytochrome c release from mitochondria proceeds by a two-step process. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002; 99 (3): 1259–1263. doi: 10.1073/pnas.241655498

16. Jin K., Mao Y., Mao X., Xie L., Greenberg D.A. Neuroglobin expression in ischemic stroke. Stroke. 2010; 41 (3): 557–559. doi: 10.1161/STROKEAHA.109.567149

17. Wakasugi K., Takahashi N., Uchida H., Watanabe S. Species-specific functional evolution of neuroglobin. Mar. Genomics. 2011; 4 (3): 137–142. doi: 10.1016/j.margen.2011.03.001

18. Sun Y., Jin K., Mao X.O., Zhu Y., Greenberg D.A. Neuroglobin is up-regulated by and protects neurons from hypoxic-ischemic injury. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2001; 98 (26): 15306–15311. doi:10.1073/pnas.251466698

19. Sun Y., Jin K., Peel A., Mao X.O., Xie L., Greenberg D.A. Neuroglobin protects the brain from experimental stroke in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003; 100 (6): 3497–3500. doi:10.1073/pnas.0637726100

20. Khan A.A., Wang Y., Sun Y., Mao X.O., Xie L., Miles E., Graboski J., Chen S., Ellerby L.M., Jin K., Greenberg D.A. Neuroglobin-overexpressing transgenic mice are resistant to cerebral and myocardial ischemia. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006; 103 (47): 17944–17948. doi:10.1073/pnas.0607497103

21. Li R.C., Guo S.Z., Lee S.K., Gozal D. Neuroglobin protects neurons against oxidative stress in global ischemia. J. Cereb. Blood. Flow. Metab. 2010; 30 (11): 1874–1882. doi: 10.1038/jcbfm.2010.90

22. Raida Z., Hundahl C.A., Nyengaard J.R., HaySchmidt A. Neuroglobin over expressing mice: expression pattern and effect on brain ischemic infarct size. PLoS One. 2013; 8 (10): e76565. doi: 10.1371/journal.pone.0076565

23. Schmidt-Kastner R., Haberkamp M., Schmitz C., Hankeln T., Burmester T. Neuroglobin mRNA expression after transient global brain ischemia and prolonged hypoxia in cell culture. Brain Research. 2006; 1103 (1): 173–180. doi: 10.1016/j.brainres.2006.05.047

24. Григорьев И.П., Гилерович Е.Г., Кирик О.В., Власов Т.Д., Коржевский Д.Э. Распределение нейроглобина в структурах переднего мозга крыс после транзиторной ишемии. Асимметрия. 2013; 7 (1): 15–21.

25. Hundahl C.A., Allen G.C., Hannibal J., Kjaer K., Rehfeld J.F., Dewilde S., Nyegaard J.R., Kelsen J., Hay-Schmidt A. Anatomichal characterization of cytoglobin and neuroglobin mRNA and protein expression in the mouse brain. Brain. Res. 2010; 1331: 58–73. doi: 10.1016/j.brainres.2010.03.056

26. Lechauve C., Augustin S., Cwerman-Thibault H., Bouaita A., Forster V., Celier C., Rustin P., Marden M.C., Sahel J.-A., Corral-Debrinski M. Neuroglobin involvement in respiratory chain function and retinal ganglion cell integrity. Biochim. Biophys. Acta. 2012; 1823 (12): 2261–2273. doi: 10.1016/j.bbamcr.2012.09.009

27. Wystub S., Laufs T., Schmidt M., Burmester T., Maas U., Saaler-Reinhardt S., Hankeln T., Reuss S. Localization of neuroglobin protein in the mouse brain. Neurosci. Lett. 2003; 346 (1-2): 114–116. doi: 10.1016/s0304-3940(03)00563-9

28. Mammen P.P.A., Shelton J.M., Goestsch S.C., Williams S.C., Richardson J.A., Garry M.G., Garry D.J. Neuroglobin, a novel member of the globin family, is expressed in focal regions of the brain. J. Histochem. Cytochem. 2002; 50 (12): 1591–1598. doi: 10.1177/002215540205001203

29. Hundahl C.A., Kelsen J., Hay-Schmidt A. Neuroglobin and cytoglobin expression in the human brain. Brain. Struct. Funct. 2013; 218 (2): 603–609. doi: 10.1007/s00429-012-0480-8

30. Fabrizius A., Andre D., Laufs T., Bicker A., Reuss S., Porto E., Burmester T., Hanklen T. Critical re-evaluation of neuroglobin expression reveals conserved patterns among mammals. Neuroscience. 2016; 337: 339–354. doi: 10.1016/j.neuroscience.2016.07.042

31. Vorasubin N., Hosokawa S., Hosokawa K., Ishiyama G., Ishiyama A., Lopez I.A. Neuroglobin immunoreactivity in the human cochlea. Brain. Res. 2016; 1630: 56–63. doi: 10.1016/j.brainres.2015.11.002

32. Узлова Е.В., Зиматкин С.М. Распределение нейроглобина в структурах мозга крысы. Новости мед.-биол. наук. 2019; 19 (4): 43–47.

33. Коржевский Д.Э., Гилерович Е.Г., Кирик О.В., Григорьев И.П., Сухорукова Е.Г., Алексеева О.С., Колос Е.А., Гусельникова В.В., Карпенко М.Н., Безнин Г.В. Иммуногистохимическое исследование головного мозга. СПб.: СпецЛит, 2016. 143 с.

34. Paxinos G., Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. 6nd ed. London: Academic Press, 2007. 456 p.