Способ анализа содержания белков теплового шока массой 70 кДа в срезах ткани головного мозга трансгенных мышей HSP70[IN] и HSP70[EX] методом классификации спектров комбинационного рассеяния

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Введение. Белки теплового шока (heat shock proteins, HSP) представляют собой группу соединений, которые могут быть использованы в различных отраслях клинической медицины, таких как неврология, фармакология и онкология. Изучение содержания таких белков в различных участках мозга трансгенных мышей, которые экспрессируют повышенные концентрации экзо- и эндогенного HSP, позволит уточнить данные о содержании этих белков и их распределении в структурах ЦНС.

Цель исследования. Разработать способ определения и анализа содержания белков теплового шока массой 70 кДа в срезах ткани головного мозга трансгенных мышей методом классификации спектров комбинационного рассеяния.

Материал и методы. Для проведения эксперимента были отобраны 9 мышей линии C57BL/6 (n=3 в группе), выделенные в три группы: первую группу составили мыши дикого типа, вторую и третью составляли трансгенные мыши линии c встроенной генетической кассетой, содержащей копии человеческого белка теплового шока, секретируемого в цитозоль и в интерстициальное пространство. В данной работе на конфокальном рамановском микроскопе было произведено измерение спектров комбинационного рассеяния срезов головного мозга. Спектры комбинационного рассеяния света регистрировали из области первичной моторной коры и стриатума головного мозга со временем накопления в 5 с, длина волны возбуждения лазера – 633 нм.

Результаты. Полученные данные проходили математическую предобработку, включавшую нормализацию, удаление выбросов и базовой линии, снижение размерности и фильтрацию шума. Обучены 4 модели классификации спектров комбинационного рассеяния, две из которых показали высокую точность дифференцировки спектров со срезов мозга мышей интактной группы и мышей с гиперэкспрессией белка теплового шока массой 70 кДа.

Заключение. Полученные результаты демонстрируют целесообразность подхода к обработке и интерпретации данных, а также позволяют судить о перспективе применения метода комбинационного рассеяния электронов и обработки спектров для анализа распределения белков теплового шока в ткани мозга.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Святослав Алексеевич Темежников

ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: temezhnikov_s_a@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0009-0006-6681-392X

лаборант кафедры анатомии и гистологии человека института клинической медицины имени Н.В. Склифосовского

Россия, 119048, Москва, Трубецкая улица, д. 8, стр. 2

Екатерина Дмитриевна Белицкая

ФГБУН ГНЦ РФ «Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» РАН

Email: belitskayakatya@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0000-2456-567X

инженер лаборатории молекулярной биофизики

Россия, 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 16, стр. 10;

Василиса Юрьевна Макаренко

ФГБУН ГНЦ РФ «Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» РАН

Email: vasilisa.makarienko0901@gmail.com
ORCID iD: 0009-0001-0265-7714

младший научный сотрудник лаборатории квантовых излучателей

Россия, 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 16, стр. 10

Игорь Александрович Дубинкин

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Email: konqstorm@gmail.com
ORCID iD: 0009-0001-8852-8330

студент

Россия, 115409, Москва, Каширское шоссе, д. 31

Егор Александрович Кузьмин

ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский университет)

Email: kuzmin_e_a@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0003-4098-1125

стажер-исследователь кафедры анатомии и гистологии человека института клинической медицины им. Н.В. 
Склифосовского

Россия, 119048, Москва, Трубецкая улица, д. 8, стр. 2

Ксения Сергеевна Покидова

ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский университет)

Email: pokidova.ks@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-0323-7669
SPIN-код: 4016-5570

студентка клинического института здоровья детей имени Н.Ф. Филатова

Россия, 119048, Москва, Трубецкая улица, д. 8, стр. 2

Геннадий Александрович Пьявченко

ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский университет)

Email: gennadii.piavchenko@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0001-7782-3468
SPIN-код: 6120-1057

доцент кафедры анатомии и гистологии человека института клинической медицины им. Н.В. Склифосовского, Кандидат медицинских наук, доцент

Россия, 119048, Москва, Трубецкая улица, д. 8, стр. 2

Антон Владленович Залыгин

ФГБУН «Физический институт им. П.Н. Лебедева» РАН,

Email: zalygin.anton@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0132-0674
SPIN-код: 1990-1880

высококвалифицированный старший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 53

Сергей Львович Кузнецов

ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский университет)

Email: kuznetsov_s_l@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0002-0704-1660
SPIN-код: 3824-2646

профессор кафедры анатомии и гистологии человека, Доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАН

Россия, 119048, Москва, Трубецкая улица, д. 8, стр. 2

Список литературы

  1. Пьявченко Г.А., Венедиктов А.А., Кузьмин Е.А., Кузнецов С.Л. Морфофункциональные изменения у мышей после однократного введения высоких и низких доз Hsp70. Сеченовский вестник. 2023; 14 (4): 31–41 https://doi.org/10.47093/2218-7332.2023.918.13 [Piavchenko G.A., Venediktov A.A., Kuzmin E.A., Kuznetsov S.L. Morfofunctional features in mice treated by low and high HSP 70 doses. Sechenovsky vestnik. 2023; 14 (4): 31–41 (in Russian)]
  2. Höhl M., Zeilinger C., Roth B., Meinhardt-Wollweber M., Morgner U. Multivariate discrimination of heat shock proteins using a fiber optic Raman setup for in situ analysis of human perilymph. Rev. Sci. Instrum. 2019; 90 (4): 043110. https://doi.org/10.1063/1.5030301
  3. Donfack P., Multhoff G., Materny A. Label-free nondestructive discrimination of colon carcinoma sublines and biomolecular insights into their differential Hsp70 expression: DNA/RNA nucleobase specific changes. ChemBioChem. 2011; 1922–36. https://doi.org/10.1002/cbic.201000653
  4. Gurskiy Y.G., Garbuz D.G., Soshnikova N.V., Krasnov A.N., Deikin A., Lazarev V.F., Sverchinskyi D. et al. B. The development of modified human Hsp70 (HSPA1A) and its production in the milk of transgenic mice. Cell stress Chaperon. 2016; 21 (6): 1055–64. https://doi.org/10.1007/s12192-016-0729-x
  5. ГОСТ 33215-2014 «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила оборудования помещений и организации процедур» от 01.07.2016. М.: Стандартинформ, 2019. [GOST 33212-2014 «Guide for maintenance and care of laboratory animals. Rules of equipping premises and organizing procedures» 01.07.2016. М., Standartinform, 2019 (in Russian)]
  6. ГОСТ 33216-2014 «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за лабораторными грызунами и кроликами» от 01.07.2016. М.: Стандартинформ, 2019. [GOST 33216-2014 «Guide for maintenance and care of laboratory animals. Rules of keeping and caring of laboratory rodents and rabbits» 01.07.2016. М., Standartinform, 2019 (in Russian)]
  7. National Research Council (US) Committee for the Update of the Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. Washington, National Academies Press. 2011.
  8. Mochalov K.E., Efimov A.E., Bobrovsky A.Yu., Agapov I.I., Chistyakov A.A., Olynikov V.A., Nabiev I. High-resolution 3D structural and optical analyses of hybrid or composite materials by means of scanning probe microscopy combined with the ultramicrotome technique: an example of application to engineering of liquid crystals doped with fluorescent quantum dots. Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2013; 8767, art. no. 876708 https://doi.org/10.1117/12.2017088
  9. Paxinos G., Watson Ch. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. Cambridge, Academic Press. 7th edition, 2013; 480.
  10. Открытый форум разработчиков программных кодов: [Электронный ресурс]. URL: https://github.com/pyraman (Дата обращения: 01.08.2024). [Open forum of software codes developers: [Internet resource]. URL: https://github.com/pyraman (Retrieved 01.08.2024) (in Russian)]
  11. Venediktov A.A., Bushueva O.Y., Kudryavtseva V.A., Kuzmin E.A., Moiseeva A.V., Baldycheva A., Meglinski I., Piavchenko G.A. Closest horizons of Hsp70 engagement to manage neurodegeneration. Front. Mol. Neurosci. 2023; 16: 1230436. https://doi.org/10.3389/fnmol.2023.1230436
  12. Mochalov K., Solovyeva D., Chistyalov A., Zimka B., Lukashev E., Nabiev I., Oleynikov A. Silver nanoparticles strongly affect the properties of bacteriorhodopsin, a photosensitive protein of halobacterium salinarium purple membranes. 2016; 3 (2). https://doi.org/10.1016/j.matpr.2016.01.081
  13. Pokrovsky V.M., Patrakhanov E.A., Antsiferov O.V., Kolesnik I.M., Belashova A.V., Soldatova V.A., et al. Heat shock protein hsp70: prerequisites for use as a medicinal product. Pharmacy & Pharmacology. 2021; 9 (5): 346–55 https://doi.org/10.19163/2307-9266-2021-9-5-346-355
  14. Кузьмин Е.А., Шамитько З.В., Пьявченко Г.А., Венедиктов А.А., Иванова М.Ю., Кузнецов С.Л. Биомаркеры нейровоспаления в диагностике черепно-мозговой травмы и нейродегенеративных заболеваний: обзор литературы. Сеченовский вестник. 2024; 15 (1): 20–35 https://doi.org/10.47093/2218-7332.2024.15.1.20-35. [Kuzmin E.A., Shamitko Z.V., Piavchenko G.A., Venediktov A.A., Ivanova M.Yu., Kuznetsov S.L. Biomarkers of neuroinflammation in the diagnosis of traumatic brain injury and neurodegenerative deseases: a literature review. Sechenovsky vestnik. 2024; 15 (1): 20–35 (in Russian)].
  15. Zhang, W., Xiao, D., Mao, Q., Xia, H. Role of neuroinflammation in neurodegeneration development. Sig Transduct Target Ther. 2023; 8 (1): 267. https://doi.org/10.1038/s41392-023-01486-5
  16. Kim J.Y., Barua S., Huang M.Y., Park J., Yenari M.A., Lee J.E. Heat Shock Protein 70 (HSP70) Induction: Chaperonotherapy for Neuroprotection after Brain Injury. Cells. 2020; 9 (9): 9092020. https://doi.org/10.3390/cells9092020
  17. Van der Weerd L., Tariq Akbar M., Aron Badin R., Valentim L.M., Thomas D. L., Wells D.J., Latchman D.S. et al. Overexpression of heat shock protein 27 reduces cortical damage after cerebral ischemia. J. Cereb. Blood Flow Metab. 2010; 30 (4): 849–56. https://doi.org/10.1038/jcbfm.2009.249
  18. Evans C.G., Wisén S., Gestwicki J.E. Heat shock proteins 70 and 90 inhibit early stages of amyloid beta-(1-42) aggregation in vitro. The J. Biol. Chem. 2006; 281 (44): 33182–91. https://doi.org/10.1074/jbc.M606192200
  19. Zatsepina O.G., Evgen'ev M.B., Garbuz D.G. Role of a Heat Shock Transcription Factor and the Major Heat Shock Protein Hsp70 in Memory Formation and Neuroprotection. Cells. 2021; 10 (7): 1638. https://doi.org/10.3390/cells10071638
  20. Lazarev V.F., Dutysheva E.A., Mikhaylova E.R., Trestsova M.A., Utepova I.A., Chupakhin O.N., Margulis B.A., Guzhova I.V. Indolylazine Derivative Induces Chaperone Expression in Aged Neural Cells and Prevents the Progression of Alzheimer's Disease. Molecules. 2022; 27 (24): 8950. https://doi.org/10.3390/molecules27248950
  21. Kanno H., Handa K., Murakami T., Aizawa T., Ozawa H. Chaperone-Mediated Autophagy in Neurodegenerative Diseases and Acute Neurological Insults in the Central Nervous System. Cells. 2022; 11 (7): 1205. https://doi.org/10.3390/cells11071205
  22. Silvestro S., Raffaele I., & Mazzon E. Modulating Stress Proteins in Response to Therapeutic Interventions for Parkinson's Disease. Int. J. Mol. Neurosci. 2023; 24 (22): 16233. https://doi.org/10.3390/ijms242216233
  23. Tao J., Berthet, A., Citron Y. R., Tsiolaki P. L., Stanley R., Gestwicki J. E., Agard D. A., McConlogue L. Hsp70 chaperone blocks α-synuclein oligomer formation via a novel engagement mechanism. J. Biol. Chem. 2021; 296, 100613. https://doi.org/10.1016/j.jbc.2021.100613

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис.1. Нормальные спектры (слева) и выделенные спектры, содержащие выбросы (справа)

Скачать (180KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Построение базовой линии. Усредненный по всем данным спектр (синий), полиноминальная кривая, аппроксимирующая базовую линию (оранжевый)

Скачать (80KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектры после удаления базовой линии

Скачать (145KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Данные в пространстве двух главных компонент, выделенных методом главных компонент. Данные, отвечающие спектрам контрольной группы (синий), группы «эндо» (оранжевый), группы «экзо» (зеленый)

Скачать (152KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Применение сглаживания. Исходный спектр (синий), спектр после применения фильтра Савицкого–Голея (оранжевый)

Скачать (90KB)
Метаданные

© ИД "Русский врач", 2025