Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd2755110.32607/actanaturae.27551Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch Articlep2rx3 knockout mice have altered energy metabolism in hippocampal neuronsУ мышей с нокаутом гена р2rx3 изменен энергетический метаболизм нейронов гиппокампаZelentsovaA. S.ЗеленцоваА. С.
Russian Federation
marinaskorkina0077@gmail.comPokrovskiiM. V.ПокровскийВ. М.
Russian Federation
marinaskorkina0077@gmail.comPatrakhanovE. A.ПатрахановЕ. А.
Russian Federation
marinaskorkina0077@gmail.comShmigerovaV. S.ШмигероваВ. С.
Russian Federation
marinaskorkina0077@gmail.comSkorkinaM. Yu.СкоркинаМ. Ю.
Russian Federation
marinaskorkina0077@gmail.comDeykinA. V.ДейкинА. В.
Russian Federation
marinaskorkina0077@gmail.comBelgorod State National Research UniversityБелгородский государственный национальный исследовательский университет1410202517349550211202418022025Copyright ©; 2025, Zelentsova A.S., Pokrovskii M.V., Patrakhanov E.A., Shmigerova V.S., Skorkina M.Y., Deykin A.V.Copyright ©; 2025, Зеленцова А.С., Покровский В.М., Патраханов Е.А., Шмигерова В.С., Скоркина М.Ю., Дейкин А.В.2025Zelentsova A.S., Pokrovskii M.V., Patrakhanov E.A., Shmigerova V.S., Skorkina M.Y., Deykin A.V.Зеленцова А.С., Покровский В.М., Патраханов Е.А., Шмигерова В.С., Скоркина М.Ю., Дейкин А.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/27551

The hippocampus is a key component of the brain that is associated with the formation of long-term memory, the energy metabolism of neurons playing a pivotal role in its mechanisms. The P2X3 receptor in the hippocampus is considered an attractive target when searching for novel biologically active substances that could work to reduce anxiety, epileptic conditions, and improve cognitive functions. In this work, the intensity of mitochondrial respiration, the glycolytic capacity, and the energy phenotype of hippocampal neurons were studied in p2rx3 knockout mice. The p2rx3 knockout mice were engineered by genome editing using the CRISPR/Cas9 system. The primary mixed culture of hippocampal neurons was derived from two-day-old newborn mice with the p2rx3-/- and p2rx3+/- genotypes. Mitochondrial respiration was measured on a Seahorse Bioscience HS mini Cell Metabolism Analyzer (Agilent, USA) using the appropriate kits for the Mitostress test, glycotest, and energy phenotype assessment test. The transgenic mice with the p2rx3-/- genotype were characterized by an aerobic type of mitochondrial respiration, an increase in ATP production by 84.4% (p < 0.05), an increase in maximum respiration by 72.3% (p < 0.05), and a 36% (p < 0.05) increase in the respiratory reserve. Meanwhile, the spare respiratory capacity of mitochondria, the rate of glycolysis, and the glycolytic capacity in these mice were reduced by 36.6, 75.7 and 78.6% (p < 0.05), respectively. Our findings indicate that mitochondria work at close to maximum energy capacity. The p2rx3 knockout animals are a unique model for the search for pharmacological targets that can help correct the energy metabolism of brain cells and eliminate cognitive dysfunctions.

Гиппокамп является ключевой структурой мозга, связанной с формированием долговременной памяти, в механизмах развития которой центральное место занимает энергетический метаболизм нейронов. Рецептор Р2Х3 в гиппокампе рассматривается как привлекательная мишень при поиске новых биологически активных субстанций, направленных на ослабление тревожности, эпилептических состояний и улучшение когнитивных функций. В работе изучали интенсивность митохондриального дыхания, гликолитическую емкость и энергетический фенотип нейронов гиппокампа у мышей с нокаутом гена р2rx3. Мыши с нокаутом гена р2rx3 получены путем редактирования генома с использованием системы CRISPR/Cas9. Первичную смешанную культуру нейронов гиппокампа получали от двухдневных новорожденных мышат с генотипами p2rx3-/- и p2rx3+/-. Митохондриальное дыхание измеряли на анализаторе клеточного метаболизма Seahorse Bioscience HS mini (Agilent, США), используя соответствующие наборы для проведения митостресс-теста, гликотеста и теста оценки энергетического фенотипа. Для трансгенных мышей с генотипом p2rx3-/- характерен аэробный тип митохондриального дыхания, повышение продукции ATP на 84.4% (р <0.05), усиление максимального дыхания на 72.3% (р<0.05) и дыхательного резерва на 36% (р <0.05). При этом запасная дыхательная емкость митохондрий, скорость гликолиза и гликолитическая емкость у этих мышей снижены, соответственно, на 36.6, 75.7 и 78.6% (р <0.05). Полученные данные указывают на работу митохондрий, близкую к максимальной, по своей энергетической мощности. Животные с нокаутом гена p2rx3 являются уникальной моделью для поиска фармакологических мишеней, направленных на коррекцию энергетического метаболизма клеток головного мозга и устраняющих когнитивные дисфункции.

p2rx3 genehippocampusprimary mixed neuronal culturemitochondrial respirationген р2rx3гиппокамппервичная смешанная культура нейроновмитохондриальное дыханиеRussian Science FoundationРоссийский научный фонд23-24-00600Rubin R.D., Watson P.D., Duff M.C., Cohen N.J. // Front. Hum. Neurosci. 2014. V. 8. P. 742. doi: 10.3389/fnhum.2014.00742.Rubin R.D., Watson P.D., Duff M.C., Cohen N.J. // Front. Hum. Neurosci. 2014. V. 8. P. 742.Lalo U., Pankratov Y. // Neuropharmacology. 2023. V. 229. P. 109477. doi: 10.1016/j.neuropharm.2023.109477.Lalo U., Pankratov Y. // Neuropharmacology. 2023. V. 229. P. 109477.Pankratov Y.V., Lalo U.V., Krishtal O.A. // J. Neurosci. 2002. V. 22. № 19. P. 8363–8369. doi: 10.1523/JNEUROSCI.22-19-08363.2002.Pankratov Y.V., Lalo U.V., Krishtal O.A. // J. Neurosci. 2002. V. 22. № 19. P. 363–369.Wang Y., Mackes J., Chan S., Haughey N.J., Guo Z., Ouyang X., Furukawa K., Ingram D.K., Mattson M.P. // J. Neurochem. 2006. V. 99. № 5. P. 1425–1434. doi: 10.1111/j.1471-4159.2006.04198.x.Wang Y., Mackes J., Chan S., Haughey N.J., Guo Z., Ouyang X., Furukawa K., Ingram D.K., Mattson M.P. // J. Neurochem. 2006. V. 99. № 5. P. 1425–1434.Zhou X., Ma L.M., Xiong Y., Huang H., Yuan J.X., Li R.H., Li J.N., Chen Y.M. // Neurochem. Res. 2016. V. 41. № 6. P. 1263–1273. doi: 10.1007/s11064-015-1820-x.Zhou X., Ma L.M., Xiong Y., Huang H., Yuan J.X., Li R.H., Li J.N., Chen Y.M. // Neurochem. Res. 2016. V. 41. № 6. P. 1263–1273.Oparin P., Khokhlova O., Cherkashin A., Nadezhdin K., Palikov V., Palikova Y., Korolkova Y., Mosharova I., Rogachevskaja O., Baranov M., et al. // Mol. Ther. 2025. V. 33. № 2. P. 771–785. doi: 10.1016/j.ymthe.2024.12.036.Oparin P., Khokhlova O., Cherkashin A., Nadezhdin K., Palikov V., Palikova Y., Korolkova Y., Mosharova I., Rogachevskaja O., Baranov M., et al. // Mol. Ther. 2025. V. 33. № 2. P. 771–785.Gurskiy Y.G., Garbuz D.G., Soshnikova N.V., Krasnov A.N., Deikin A., Lazarev V.F., Sverchinskyi D., Margulis B.A., Zatsepina O.G., Karpov V.L., et al. // Cell Stress Chaperones. 2016. V. 21. № 6. P. 1055–1064. doi: 10.1007/s12192-016-0729-x.Gurskiy Y.G., Garbuz D.G., Soshnikova N.V., Krasnov A.N., Deikin A., Lazarev V.F., Sverchinskyi D., Margulis B.A., Zatsepina O.G., Karpov V.L., et al. // Cell Stress Chaperones. 2016. V. 21. № 6. P. 1055–1064.Silaeva Y.Y., Kirikovich Y.K., Skuratovskaya L.N., Deikin A.V. // Russ. J. Develop. Biol. 2018. V. 49. № 6. P. 356–361. doi: 10.1134/S106236041806005X.Silaeva Y.Y., Kirikovich Y.K., Skuratovskaya L.N., Deikin A.V. // Russ. J. Develop. Biol. 2018. V. 49. № 6. P. 356–361.Kalmykov V.A., Kusov P.A., Yablonskaia M.I., Korshunov E.N., Korshunova D.S., Kubekina M.V., Silaeva Y.Yu., Deykin A.V., Lukyanov N.E. // Research Results in Pharmacology. 2018. V. 4. № 4. P. 115–122. doi: 10.3897/rrpharmacology.4.32209.Kalmykov V.A., Kusov P.A., Yablonskaia M.I., Korshunov E.N., Korshunova D.S., Kubekina M.V., Silaeva Y.Yu., Deykin A.V., Lukyanov N.E. // Research Results in Pharmacology. 2018. V. 4. № 4. P. 115–122. https://doi.org/10.3897/rrpharmacology.4.32209Zelentsova A.S., Borisova A.Y., Shmigerova V.S., Skorkina M.Y., Deykin A.V. // Genes and Cells. 2024. V. 19. № 1. P. 201–210. doi: 10.17816/gc529662.Zelentsova A.S., Borisova A.Y., Shmigerova V.S., Skorkina M.Y., Deykin A.V. // Genes and Cells. 2024. V. 19. № 1. P. 201–210. doi: 10.17816/gc529662Vohwinkel C.U., Lecuona E., Sun H., Sommer N., Vadász I., Chandel N.S., Sznajder J.I. // J. Biol. Chem. 2011. V. 286. № 43. P. 37067–37076. doi: 10.1074/jbc.M111.290056.Vohwinkel C.U., Lecuona E., Sun H., Sommer N., Vadász I., Chandel N.S., Sznajder J.I. // J. Biol. Chem. 2011. V. 286. № 43. P. 37067–37076.Hill B.G., Benavides G.A., Lancaster J.R. Jr., Ballinger S., Dell'Italia L., Jianhua Z., Darley-Usmar V.M. // Biol. Chem. 2012. V. 393. № 12. P. 1485–1512. doi: 10.1515/hsz-2012-0198.Hill B.G., Benavides G.A., Lancaster J.R. Jr., Ballinger S., Dell’Italia L., Jianhua Z., Darley-Usmar V.M. // Biol. Chem. 2012. V. 393. № 12. P. 1485–1512.Pacelli C., Giguère N., Bourque M.J., Lévesque M., Slack R.S., Trudeau L.É. // Curr. Biol. 2015. V. 25. № 18. P. 2349–2360. doi: 10.1016/j.cub.2015.07.050.Pacelli C., Giguère N., Bourque M.J., Lévesque M., Slack R.S., Trudeau L.É. // Curr. Biol. 2015. V. 25. № 18. P. 2349–2360.Jang I.S., Rhee J.S., Kubota H., Akaike N., Akaike N. // J. Physiol. 2001. V. 536. P. 505–519. doi: 10.1111/j.1469-7793.2001.0505c.xd.Jang I.S., Rhee J.S., Kubota H., Akaike N., Akaike N. // J. Physiol. 2001. V. 536. P. 505–519.Medina J.H., Viola H. // Front. Mol. Neurosci. 2018. V. 11. P. 361. doi: 10.3389/fnmol.2018.00361.Medina J.H., Viola H. // Front. Mol. Neurosci. 2018. V. 11. P. 361.Wieraszko A. // Brain Res. 1982. V. 237. № 2. P. 449–457.Stanton P.K., Schanne F.A. // Brain Res. 1986. V. 382. № 1. P. 185–188. doi: 10.1016/0006-8993(86)90130-7.Stanton P.K., Schanne F.A. // Brain Res. 1986. V. 382. № 1. P. 185–188.Williams J.M., Thompson V.L., Mason-Parker S.E., Abraham W.C., Tate W.P. // Brain Res. Mol. Brain Res. 1998. V. 60. № 1. P. 50–56. doi: 10.1016/s0169-328x(98)00165-x.Williams J.M., Thompson V.L., Mason-Parker S.E., Abraham W.C., Tate W.P. // Brain Res. Mol. Brain Res. 1998. V. 60. № 1. P. 50–56.Cunha R.A., Vizi E.S., Ribeiro J.A., Sebastião A.M. // J. Neurochem. 1996. V. 67. № 5. P. 2180–2187. doi: 10.1046/j.1471-4159.1996.67052180.x.Cunha R.A., Vizi E.S., Ribeiro J.A., Sebastião A.M. // J. Neurochem. 1996. V. 67. № 5. P. 2180–2187.Ivannikov M.V., Sugimori M., Llinás R.R. // J. Mol. Neurosci. 2013. V. 49. № 1. P. 223–230. doi: 10.1007/s12031-012-9848-8.Ivannikov M.V., Sugimori M., Llinás R.R. // J. Mol. Neurosci. 2013. V. 49. № 1. P. 223–230.Divakaruni S.S., van Dyke A.M., Chandra R., LeGates T.A., Contreras M., Dharmasri P.A., Higgs H.N., Lobo M.K., Thompson S.M., Blanpied T.A. // Neuron. 2018. V. 100. № 4. P. 860–875.e7. doi: 10.1016/j.neuron.2018.09.025.Divakaruni S.S., van Dyke A.M., Chandra R., LeGates T.A., Contreras M., Dharmasri P.A., Higgs H.N., Lobo M.K., Thompson S.M., Blanpied T.A. // Neuron. 2018. V. 100. № 4. P. 860–875.e7.Duarte F.V., Ciampi D., Duarte C.B. // Cell Mol. Life Sci. 2023. V. 80. № 6. P. 173. doi: 10.1007/s00018-023-04814-8.Duarte F.V., Ciampi D., Duarte C.B. // Cell Mol. Life Sci. 2023. V. 80. № 6. P. 173.Korde A.S., Maragos W.F. // Mitochondrion. 2021. V. 59. P. 76–82. doi: 10.1016/j.mito.2021.04.011.Korde A.S., Maragos W.F. // Mitochondrion. 2021. V. 59. P. 76–82.