Изменение активности MEK1/2–ERK1/2-сигнального пути в сетчатке крыс с возрастом и при развитии признаков возрастной макулярной дегенерации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Возрастная макулярная дегенерация (ВМД) - сложное нейродегенеративное заболевание, которое является основной причиной необратимого нарушения зрения в развитых странах. Возраст является основным фактором риска ВМД, молекулярные механизмы развития которой до конца не известны. Всё больше данных указывает на то, что развитию ВМД и других нейродегенеративных заболеваний способствуют изменения с возрастом в регуляции путей митоген-активируемых протеинкиназ, однако информация о них противоречива. В их числе - ERK1 и ERK2, которые активируются внеклеточными стимулами, в том числе факторами роста, цитокинами, гормонами и различными видами клеточного стресса, включая окислительный стресс и стресс эндоплазматического ретикулума. Целью настоящего исследования явилась оценка вклада изменения активности сигнального пути (SP) ERK1/2 в развитие ВМД. Проведено сравнение её изменений с возрастом в сетчатке крыс Wistar (контроль) и OXYS, у которых спонтанно развивается ретинопатия, аналогичная ВМД у людей. Было показано, что активность ERK1/2-SP увеличивается во время физиологического старения в сетчатке крыс Wistar. Манифестация и активная прогрессия ВМД-подобной патологии у крыс OXYS сопровождается гиперфосфорилированием ERK1/2 и MEK1/2 - ключевых киназ ERK1/2-SP в сетчатке. При прогрессии признаков ВМД в сетчатке крыс OXYS также происходит усиление ERK1/2-зависимого фосфорилирования тау-белка и альфа-В-кристаллина в положении Ser45.

Об авторах

Н. А Муралёва

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (ИЦиГ СО РАН)

Email: myraleva@bionet.nsc.ru
630090 Новосибирск, Россия

Н. Г Колосова

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (ИЦиГ СО РАН)

Email: myraleva@bionet.nsc.ru
630090 Новосибирск, Россия

Список литературы

  1. Blasiak, J., Sobczuk, P., Pawlowska, E., and Kaarniranta, K. (2022) Interplay between aging and other factors of the pathogenesis of age-related macular degeneration, Ageing Res. Rev., 81, 101735, doi: 10.1016/j.arr.2022.101735.
  2. Kyriakis, J. M., and Avruch, J. (2012) Mammalian MAPK signal transduction pathways activated by stress and inflammation: a 10-year update, Physiol. Rev., 92, 689-737, doi: 10.1152/physrev.00028.2011.
  3. Kirouac, L., Rajic, A. J., Cribbs, D. H., and Padmanabhan, J. (2017) Activation of Ras-ERK signaling and GSK-3 by amyloid precursor protein and amyloid beta facilitates neurodegeneration in Alzheimer's disease, eNeuro, 4, ENEURO.0149-16.2017, doi: 10.1523/ENEURO.0149-16.2017.
  4. Ahmed, T., Zulfiqar, A., Arguelles, S., Rasekhian, M., Nabavi, S. F., et al. (2020) Map kinase signaling as therapeutic target for neurodegeneration, Pharmacol. Res., 160, 105090, doi: 10.1016/j.phrs.2020.105090.
  5. Dridi, S., Hirano, Y., Tarallo, V., Kim, Y., Fowler, B. J., et al. (2012) ERK1/2 activation is a therapeutic target in age-related macular degeneration, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 109, 13781-13786, doi: 10.1073/pnas.1206494109.
  6. SanGiovanni, J. P., and Lee, P. H. (2013) AMD-associated genes encoding stress-activated MAPK pathway constituents are identified by interval-based enrichment analysis, PLoS One, 8, e71239, doi: 10.1371/journal.pone.0071239.
  7. Jung, S., Nah, J., Han, J., Choi, S. G., Kim, H., et al. (2016) Dual-specificity phosphatase 26 (DUSP26) stimulates Aβ42 generation by promoting amyloid precursor protein axonal transport during hypoxia, J. Neurochem., 137, 770-781, doi: 10.1111/jnc.13597.
  8. Calderwood, S. K., Xie, Y., Wang, X., Khaleque, M. A., Chou, S. D., et al. (2010) Signal transduction pathways leading to heat shock transcription, Signal Transd. Ins., 2, 13-24, doi: 10.4137/STI.S3994.
  9. Darling, N. J., and Cook, S. J. (2014) The role of MAPK signalling pathways in the response to endoplasmic reticulum stress, Biochim. Biophys. Acta, 1843, 2150-2163, doi: 10.1016/j.bbamcr.2014.01.009.
  10. Hutt, D. M., and Balch, W. E. (2013) Expanding proteostasis by membrane trafficking networks, Cold Spring Harb. Perspect Biol., 5, a013383, doi: 10.1101/cshperspect.a013383.
  11. Du, X., Koronyo, Y., Mirzaei, N., Yang, C., Fuchs, D. T., et al. (2022) Label-free hyperspectral imaging and deep-learning prediction of retinal amyloid β-protein and phosphorylated tau, PNAS Nexus, 1, pgac164, doi: 10.1093/pnasnexus/pgac164.
  12. Den Haan, J., Morrema, T., Verbraak, F. D., de Boer, J. F., Scheltens, P., et al. (2018) Amyloid-beta and phosphorylated tau in post-mortem Alzheimer's disease retinas, Acta Neuropath. Com., 6, 147, doi: 10.1186/s40478-018-0650-x.
  13. Löffler, K. U., Edward, D. P., and Tso, M. O. (1995) Immunoreactivity against tau, amyloid precursor protein, and beta-amyloid in the human retina, Invest. Ophthalmol. Vis Sci., 36, 24-31.
  14. Tenreiro, S., Eckermann, K., and Outeiro, T. F. (2014) Protein phosphorylation in neurodegeneration: friend or foe? Front. Mol. Neurosci., 7, 42, doi: 10.3389/fnmol.2014.00042.
  15. Crabb, J. W., Miyagi, M., Gu, X., Shadrach, K., West, K. A., et al. (2002) Drusen proteome analysis: an approach to the etiology of age-related macular degeneration, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 14682-14687, doi: 10.1073/pnas.222551899.
  16. Kyosseva, S. V. (2016) Targeting MAPK signaling in age-related macular degeneration, Ophthalmol Eye Dis., 8, 23-30, doi: 10.4137/OED.S32200.
  17. Stefanova, N. A., Kozhevnikova, O. S., Vitovtov, A. O., Maksimova, K. Y., Logvinov, S. V., et al. (2014) Senescence-accelerated OXYS rats: a model of age-related cognitive decline with relevance to abnormalities in Alzheimer's disease, Cell Cycle, 13, 898-909, doi: 10.4161/cc.28255.
  18. Stefanova, N. A., Ershov, N. I., Maksimova, K. Y., Muraleva, N. A., Tyumentsev, M. A., and Kolosova, N. G. (2019) The rat prefrontal-cortex transcriptome: effects of aging and sporadic Alzheimer's disease-like pathology, J. Gerontol. A Biol. Sci Med. Sci., 74, 33-43, doi: 10.1093/gerona/gly198.
  19. Kozhevnikova, O. S., Korbolina, E. E., Ershov, N. I., and Kolosova, N. G. (2013) Rat retinal transcriptome: effects of aging and AMD-like retinopathy, Cell Cycle, 12, 1745-1761, doi: 10.4161/cc.24825.
  20. Zhdankina, A. A., Fursova, A. Zh, Logvinov, S. V., and Kolosova, N. G. (2008) Clinical and morphological characteristics of chorioretinal degeneration in early aging OXYS rats, Bull. Exp. Biol. Med., 146, 455-458, doi: 10.1007/s10517-009-0298-4.
  21. Колосова Н. Г., Кожевникова О. С., Муралёва Н. А., Рудницкая Е. А., Румянцева Ю. В., Стефанова Н. А., Телегина Д. В., Тюменцев М. А., Фурсова А. Ж. (2022) SkQ1 как инструмент воздействия на программу преждевременного старения: опыт исследований на крысах OXYS, Биохимия, 87, 1916-1927, doi: 10.31857/S0320972522120119.
  22. Muraleva, N. A., Kolosova, N. G., and Stefanova, N. A. (2019) p38 MAPK-dependent alphaB-crystallin phosphorylation in Alzheimer's disease-like pathology in OXYS rats, Exp. Gerontol., 119, 45-52, doi: 10.1016/j.exger.2019.01.017.
  23. Muraleva, N. A., Stefanova, N. A., and Kolosova, N. G. (2020) SkQ1 suppresses the p38 MAPK signaling pathway involved in Alzheimer's disease-like pathology in OXYS rats, Antioxidants, 9, 676, doi: 10.3390/antiox9080676.
  24. Muraleva, N. A., Kolosova, N. G., and Stefanova, N. A. (2021) MEK1/2-ERK pathway alterations as a therapeutic target in sporadic Alzheimer's disease: a study in senescence-accelerated OXYS rats, Antioxidants (Basel), 10, 1058, doi: 10.3390/antiox10071058.
  25. Saprunova, V. B., Lelekova, M. A., Kolosova, N. G., and Bakeeva, L. E. (2012). SkQ1 slows development of age-dependent destructive processes in retina and vascular layer of eyes of Wistar and OXYS rats, Biochemistry (Moscow), 77, 648-658, doi: 10.1134/S0006297912060120.
  26. Markovets, A. M., Saprunova, V. B., Zhdankina, A. A., Fursova, A. Zh., Bakeeva, L. E., and Kolosova, N. G. (2011) Alterations of retinal pigment epithelium cause AMD-like retinopathy in senescence-accelerated OXYS rats, Aging, 3, 44-54, doi: 10.18632/aging.100243.
  27. Telegina, D. V., Kozhevnikova, O. S., Bayborodin, S. I., and Kolosova, N. G. (2017) Contributions of age-related alterations of the retinal pigment epithelium and of glia to the AMD-like pathology in OXYS rats, Sci. Rep., 7, 41533, doi: 10.1038/srep41533.
  28. Cano, M., Guerrero-Castilla, A., Nabavi, S. M., Ayala, A., and Argüelles, S. (2019) Targeting pro-senescence mitogen activated protein kinase (Mapk) enzymes with bioactive natural compounds, Food Chem. Toxicol., 2, 110544, doi: 10.1016/j.fct.2019.05.052.
  29. Kolosova, N. G., Muraleva, N. A., Zhdankina, A. A., Stefanova, N. A., Fursova, A. Z., and Blagosklonny, M. V. (2012) Prevention of age-related macular degeneration-like retinopathy by rapamycin in rats, Am. J. Pathol., 181, 472-477, doi: 10.1016/j.ajpath.2012.04.018.
  30. Rentsendorj, A., Sheyn, J., Fuchs, D. T., Daley, D., Salumbides, B. C., et al. (2018) A novel role for osteopontin in macrophage-mediated amyloid-β clearance in Alzheimer's models, Brain Behav. Immun., 67, 163-180, doi: 10.1016/j.bbi.2017.08.019.
  31. Xu, J., Pfarr, N., Endris, V., Mai, E. K., Hanafiah, N. H., et al. (2017) Molecular signaling in multiple myeloma: association of RAS/RAF mutations and MEK/ERK pathway activation, Oncogenesis, 6, e337, doi: 10.1038/oncsis.2017.36.
  32. Devyatkin, V. A., Redina, O. E., Kolosova, N. G., and Muralevam, N. A. (2020) Single-nucleotide polymorphisms associated with the senescence-accelerated phenotype of OXYS rats: a focus on Alzheimer's disease-like and age-related-macular-degeneration-like pathologies, J. Alzheimer's Dis., 73, 1167-1183, doi: 10.3233/JAD-190956.
  33. Maksimiuk, M., Sobiborowicz, A., Tuzimek, A., Deptała, A., Czerw, A., et al. (2020) αB-crystallin as a promising target in pathological conditions - A review, Ann. Agric. Environ. Med., 27, 326-334, doi: 10.26444/aaem/111759.
  34. Kannan, R., Sreekumar, P. G., and Hinton, D. R. (2016) Alpha crystallins in the retinal pigment epithelium and implications for the pathogenesis and treatment of age-related macular degeneration, Biochim. Biophys. Acta, 1860, 258-268, doi: 10.1016/j.bbagen.2015.05.016.
  35. Muraleva, N. A., Kozhevnikova, O. S., Zhdankina, A. A., Stefanova, N. A., Karamysheva, T. V., et al. (2014) The mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 restores αB-crystallin expression and protects against AMD-like retinopathy in OXYS rats, Cell Cycle, 13, 3499-3505, doi: 10.4161/15384101.2014.958393.
  36. Dou, G., Sreekumar, P. G., Spee, C., He, S., Ryan, S. J., et al. (2012) Deficiency of αB crystallin augments ER stress-induced apoptosis by enhancing mitochondrial dysfunction, Free Radic. Biol. Med., 53, 1111-1122, doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2012.06.042.
  37. Yaung, J., Jin, M., Barron, E., Spee, C., Wawrousek, E. F., et al. (2007) alpha-Crystallin distribution in retinal pigment epithelium and effect of gene knockouts on sensitivity to oxidative stress, Mol. Vis., 13, 566-577.
  38. Zhou, P., Kannan, R., Spee, C., Sreekumar, P. G., Dou, G., and Hinton, D. R. (2014) Protection of retina by αB crystallin in sodium iodate induced retinal degeneration, PLoS One, 9, e98275, doi: 10.1371/journal.pone.0098275.
  39. Sreekumar, P. G., Li, Z., Wang, W., Spee, C., Hinton, D. R., Kannan, R., MacKay, J. A. (2018) Intra-vitreal αB crystallin fused to elastin-like polypeptide provides neuroprotection in a mouse model of age-related macular degeneration, J. Control. Rel., 283, 94-104, doi: 10.1016/j.jconrel.2018.05.014.
  40. Sreekumar, P. G., Reddy, S. T., Hinton, D. R., and Kannan, R. (2022) Mechanisms of RPE senescence and potential role of αB crystallin peptide as a senolytic agent in experimental AMD, Exp. Eye Res., 215, 108918, doi: 10.1016/j.exer.2021.108918.
  41. Kato, K., Inaguma, Y., Ito, H., Iida, K., Iwamoto, I., et al. (2001) Ser-59 is the major phosphorylation site in alphaB-crystallin accumulated in the brains of patients with Alexander's disease, J. Neurochem., 76, 730-736, doi: 10.1046/j.1471-4159.2001.00038.x.
  42. Ashok, A., Singh, N., Chaudhary, S., Bellamkonda, V., Kritikos, A. E., et al. (2020) Retinal degeneration and Alzheimer's disease: an evolving link, Int. J. Mol. Sci., 21, 7290, doi: 10.3390/ijms21197290.
  43. Zhu, X., Castellani, R. J., Takeda, A., Nunomura, A., Atwood, C. S., et al. (2001) Differential activation of neuronal ERK, JNK/SAPK and p38 in Alzheimer's disease: the ‘two hit' hypothesis, Mech. Ageing Dev., 123, 39-46, doi: 10.1016/s0047-6374(01)00342-6.
  44. Faucher, P., Mons, N., Micheau, J., Louis, C., and Beracochea, D. J. (2016) Hippocampal injections of oligomeric amyloid β-peptide (1-42) induce selective working memory deficits and long-lasting alterations of ERK signaling pathway, Front. Aging Neurosci., 7, 245, doi: 10.3389/fnagi.2015.00245.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023