Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1084510.32607/20758251-2019-11-3-31-37Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleA Nerve Growth Factor Dipeptide Mimetic Stimulates Neurogenesis and Synaptogenesis in the Hippocampus and Striatum of Adult Rats with Focal Cerebral IschemiaДипептидный миметик фактора роста нервов стимулирует нейрогенез и синаптогенез в гиппокампе и стриатуме взрослых крыс с фокальной церебральной ишемиейGudashevaT. A.ГудашеваТ. А.
Russian Federation
gudasheva@academpharm.ruPovarninaP. Yu.ПоварнинаП. Ю.
Russian Federation
gudasheva@academpharm.ruVolkovaA. A.ВолковаА. А.
Russian Federation
gudasheva@academpharm.ruKruglovS. V.КругловС. В.
Russian Federation
gudasheva@academpharm.ruAntipovaT. A.АнтиповаТ. А.
Russian Federation
gudasheva@academpharm.ruSeredeninS. B.СереденинС. Б.
Russian Federation
gudasheva@academpharm.ruFederal State Budgetary Institution “Zakusov Research Institute of Pharmacology”Научно-исследовательский институт фармакологии им. В.В. Закусова15092019113VOL 11, NO3 (2019)ТОМ 11, №3 (2019)313721012020Copyright ©; 2019, Gudasheva T.A., Povarnina P.Y., Volkova A.A., Kruglov S.V., Antipova T.A., Seredenin S.B.Copyright ©; 2019, Гудашева Т.А., Поварнина П.Ю., Волкова А.А., Круглов С.В., Антипова Т.А., Середенин С.Б.2019Gudasheva T.A., Povarnina P.Y., Volkova A.A., Kruglov S.V., Antipova T.A., Seredenin S.B.Гудашева Т.А., Поварнина П.Ю., Волкова А.А., Круглов С.В., Антипова Т.А., Середенин С.Б.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10845

The nerve growth factor (NGF) and its mimetics, which have neuroprotective and neuroregenerative properties, are attractive candidates for developing new drugs for brain injury therapy. A dipeptide mimetic of NGF loop 4, bis(N-succinyl-L-glutamyl-L-lysine) hexamethylenediamide (GK-2), developed at the Zakusov Research Institute of Pharmacology, has the NGF-like ability to activate TrkA receptors, but unlike NGF, GK-2 activates mainly the PI3K/AKT pathway associated with neuroprotection and has no effect on the MAPK cascade associated with hyperalgesia, the main side effect of NGF. That GK-2 possesses neuroprotective activity has been observed in various models of cerebral ischemia. GK-2 was found to statistically significantly reduce the cerebral infarct volume in experimental stroke, even at treatment onset 24 h after injury. This suggests that GK-2 possesses neuroregenerative properties, which may be associated with the activation of neurogenesis and/or synaptogenesis. We studied the effect of GK-2 on neurogenesis and synaptogenesis in experimental ischemic stroke caused by transient occlusion of the middle cerebral artery in rats. GK-2 was administered 6 or 24 h after surgery and then once a day for 7 days. One day after the last administration, proliferative activity in the hippocampus and striatum of the affected hemisphere was assessed using Ki67 and synaptogenesis in the striatum was evaluated using synaptophysin and PSD-95. Ki67 immunoreactivity, both in the striatum and in the hippocampus of the ischemic rats, was found to have dropped by approximately 30% compared to that in the sham-operated controls. Synaptic markers - synaptophysin and PSD-95 - were also statistically significantly reduced, by 14 and 29%, respectively. GK-2 in both administration schedules completely restored the level of Ki67 immunoreactivity in the hippocampus and promoted its increase in the striatum. In addition, GK-2 restored the level of the postsynaptic marker PSD-95, with the therapeutic effect amounting to 70% at the start of its administration after 6 h, and promoted restoration of the level of this marker at the start of administration 24 h after an experimental stroke. GK-2 had no effect on the synaptophysin level. These findings suggest that the neurotrophin mimetic GK-2, which mainly activates one of the main Trk receptor signaling pathways PI3K/ AKT, has a stimulating effect on neurogenesis (and, probably, gliogenesis) and synaptogenesis in experimental cerebral ischemia. This effect may explain the protective effect observed at the start of dipeptide administration 24 h after stroke simulation.

Фактор роста нервов (NGF, nerve growth factor) и его миметики, обладающие нейропротекторными и нейрорегенеративными свойствами, привлекают внимание как объекты для разработки новых средств терапии последствий поражений головного мозга. В НИИ фармакологии им. В.В. Закусова создан дипептидный миметик 4-й петли NGF - гексаметилендиамид бис-(моносукцинил-L-глутамил-L-лизина) (ГК-2), который, подобно полноразмерному NGF, активирует TrkА-рецепторы, но, в отличие от него, активирует преимущественно путь PI3K/AKT, ассоциированный с нейропротекцией, и не стимулирует каскад MAPK, связанный с основным побочным эффектом нейротрофина - гиперальгезией. Нейропротекторная активность ГК-2 выявлена на различных моделях церебральной ишемии. В условиях экспериментального инсульта ГК-2 статистически значимо снижает объем инфаркта мозга даже при введении через 24 ч после повреждения, что свидетельствует в пользу нейрорегенеративных свойств ГК-2, которые могут быть связаны с активацией нейрогенеза и/или синаптогенеза. Нами изучено влияние ГК-2 на нейрогенез и синаптогенез в условиях экспериментального ишемического инсульта, вызванного транзиторной окклюзией среднемозговой артерии у крыс. ГК-2 начинали вводить через 6 и 24 ч после операции, а затем вводили 1 раз в сутки в течение 7 дней. Через сутки после последнего введения препарата оценивали пролиферативную активность в гиппокампе и стриатуме поврежденного полушария по уровню Ki67, синаптогенез по уровню синаптофизина и PSD-95 в стриатуме. Установлено, что иммунореактивность к Ki67 как в стриатуме, так и в гиппокампе ишемизированных крыс снижена примерно на 30% по сравнению с ложнооперированным контролем. Содержание синаптических маркеров синаптофизина и PSD-95 было также статистически значимо снижено - на 14 и 29% соответственно. ГК-2 при обоих режимах введения полностью восстанавливал уровень иммунореактивности к Ki67 в гиппокампе и вызывал тенденцию к ее увеличению в стриатуме. Кроме того, ГК-2 восстанавливал содержание постсинаптического маркера PSD-95 с терапевтическим эффектом 70% при начале его введения через 6 ч после инсульта, вызывал тенденцию к восстановлению уровня этого маркера при начале введения через 24 ч. Влияние ГК-2 на уровень синаптофизина не выявлено. Полученные данные позволяют сделать вывод о стимулирующем влиянии миметика нейротрофина ГК-2, активирующего преимущественно один из основных сигнальных путей Trk-рецепторов, PI3K/AKT, на нейрогенез (и, возможно, глиогенез) и синаптогенез в условиях экспериментальной церебральной ишемии. Этой стимуляцией можно объяснить защитное действие дипептида при начале его введения через 24 ч после моделирования инсульта.

NGFGK-2 dipeptide mimeticstrokeneurogenesissynaptogenesisKi67PSD-95synaptophysinNGFдипептидный миметик ГК-2инсультнейрогенезсинаптогенезKi67PSD-95синаптофизинThis work was supported by the Russian Science Foundation (project No. 18-15-00381) and the Russian Foundation for Basic Research (project No. 18-015-00228).Работа выполнена при поддержке РНФ (проект № 18-15-00381) и РФФИ (проект № 18-015-00228).1. Jiang H., Tian S., Zeng Y., Shi J. // J. Huazhong Univ. Sci. Technol. - Med. Sci. 2008. V. 28. № 4. P. 379-382.2. Hassanzadeh P., Arbabi E., Atyabi F., Dinarvand R. // Life Sci. 2017. V. 179. P. 15-22.3. Park J.H., Kang S.S., Kim J.Y., Tchah H. // Investig. Ophthalmol. Vis. Sci. 2016. V. 57. № 15. P. 6767-6775.4. Yang J.P., Liu H.J., Yang H., Feng P.Y. // Neurol. Sci. 2011. V. 32. № 3. P. 433-441.5. Frielingsdorf H., Simpson D.R., Thal L.J., Pizzo D.P. // Neurobiol. Dis. 2007. V. 26. № 1. P. 47-55.6. Zhu W., Cheng S., Xu G., Ma M., Zhou Z., Liu D., Liu X. // Drug Deliv. 2011. V. 18. № 5. P. 338-343.7. Tirassa P., Maccarone M., Carito V., De Nicolò S., Fiore M. // Eur. J. Neurosci. 2015. V. 41. № 9. P. 1207-1218.8. Tirasa P. // Arch. Ital. Biol. 2011. V. 149. № 2. P. 205-213.9. Zhang H., Petit G.H., Gaughwin P.M., Hansen C., Ranganathan S., Zuo X., Smith R., Roybon L., Brundin P., Mobley W.C., et al. // J. Huntingtons. Dis. 2013. V. 2. № 1. P. 69-82.10. Cao J.-Y., Lin Y., Han Y.-F., Ding S.-H., Fan Y.-L., Pan Y.-H., Zhao B., Guo Q.-H., Sun W.-H., Wan J.-Q., et al. // CNS Neurosci. Ther. 2018. V. 24. № 6. P. 508-518.11. Aloe L., Rocco M.L., Bianchi P., Manni L. // J. Transl. Med. 2012. V. 10. № 1. P. 239.12. Price R.D., Milne S.A., Sharkey J., Matsuoka N. // Pharmacol. Ther. 2007. V. 115. № 2. P. 292-306.13. Gudasheva T.A., Antipova T.A., Seredenin S.B. // Dokl. Biochem. Biophys. 2010. V. 434. P. 262-265.14. Gudasheva T.A., Povarnina P.Y., Antipova T.A., Firsova Y.N., Konstantinopolsky M.A., Seredenin S.B. // J. Biomed. Sci. 2015. V. 22. P. 106.15. Antipova T.A., Gudasheva T.A., Seredenin S.B. Bull Exp Biol Med. 2011. V. 150. № 5. P. 607-609.16. Seredenin S.B., Gudasheva T.A. Zh Nevrol Psikhiatr Im S S Korsakova. 2015. V. 115. № 6. P. 63-70.17. Seredenin S.B., Povarnina P.Y., Gudasheva T.A. Zh Nevrol Psikhiatr Im S S Korsakova. 2018. V. 118. № 7. P. 49-53.18. McCullough L.D., Liu F. // J. Biomed. Biotechnol. 2011. V. 2011. P. 464701-464701.19. Longa E.Z., Weinstein P.R., Carlson S., Cummins R. // Stroke. 1989. V. 20. № 1. P. 84-91.20. Towbin H., Staehelin T., Gordon J. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1979. V. 76. № 9. P. 4350-4354.21. Lowery O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. // J. Biol. Chem. 1951. V. 193. № 1. P. 265-275.22. Lindvall O., Kokaia Z. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2015. V. 7. № 11. P. a019034.23. Christie K.J., Turnley A.M. // Front. Cell. Neurosci. 2013. V. 6. P. 70.24. Lippman J., Dunaevsky A. // J. Neurobiol. 2005. V. 64. № 1. P. 47-57.