Динамика маркеров аутофагии в мозге плода и плаценте крыс при гипергомоцистеинемии
- Авторы: Михель А.В.1,2, Залозняя И.В.1, Щербицкая А.Д.1, Васильев Д.С.1,2, Милютина Ю.П.1, Керкешко Г.О.1, Горбова А.В.1, Туманова Н.Л.2, Арутюнян А.В.1
-
Учреждения:
- Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта
- Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
- Выпуск: Том 74, № 1 (2025)
- Страницы: 20-55
- Раздел: Оригинальные исследования
- Статья получена: 29.11.2024
- Статья одобрена: 06.12.2024
- Статья опубликована: 22.04.2025
- URL: https://journals.eco-vector.com/jowd/article/view/642378
- DOI: https://doi.org/10.17816/JOWD642378
- ID: 642378
Цитировать
Полный текст



Аннотация
Обоснование. Процесс аутофагии существенно важен для формирования плаценты и развития мозга плода. Материнская гипергомоцистеинемия является фактором риска осложнений беременности и может влиять на процессы аутофагии, однако динамика этих изменений изучена недостаточно.
Цель — изучить динамику изменений основных маркеров аутофагии в мозге плода и различных частях плаценты крыс с течением беременности в норме и при материнской гипергомоцистеинемии.
Материалы и методы. Беременным крысам линии Wistar индуцировали гипергомоцистеинемию путем хронического введения L-метионина. На 14-й и 20-й дни гестации осуществляли забор плацентарной и мозговой ткани плода. Уровни маркеров аутофагии [Beclin-1; ассоциированный с микротрубочками белок 1A/1В легкой цепи 3B конъюгированный с фосфатидилэтаноламином (LC3B-II); мембранный белок-2, ассоциированный с лизосомами (LAMP-2)] определяли методом вестерн-блоттинга. Ультраструктурные изменения исследовали с помощью электронной микроскопии.
Результаты. В контрольной группе к концу беременности (на 20-й день) по сравнению с 14-м днем гестации отмечено повышение уровня LAMP-2, в материнской части плаценты и снижение уровня LC3B-II в плодной части плаценты. При материнской гипергомоцистеинемии в материнской части плаценты выявлено повышение уровня LAMP-2, к 14-му дню гестации и уровня LC3B-II — от 14-го к 20-му дню гестации. В плодной части плаценты при гипергомоцистеинемии наблюдали снижение уровня LC3B-II на 14-й день гестации и повышение уровня LAMP-2 к концу беременности. В мозге плода в контрольной и подопытной группах обнаружено снижение уровня Beclin-1 от 14-го к 20-му дню гестации, в то время как под влиянием гипергомоцистеинемии содержание маркеров аутофагии не изменялось. В условиях метиониновой нагрузки патологические ультраструктурные изменения выявлены в плодной части плаценты и мозге плода на обоих сроках исследования. В норме и при воздействии гипергомоцистеинемии аутофагосомы определены в клетках плаценты на 14-й и 20-й день гестации, а в клетках мозга — только на 20-й день гестации.
Заключение. Полученные данные позволяют предположить, что активность аутофагии в норме и при воздействии материнской гипергомоцистеинемии в плаценте и мозге плода зависит от срока гестации. Изменения в динамике аутофагии могут быть одной из причин нарушения формирования плаценты и ее дисфункции при гипергомоцистеинемии. Отсутствие значимых изменений маркеров аутофагии в мозге плода в условиях гипергомоцистеинемии может быть как следствием реализации защитных механизмов со стороны плаценты, так и результатом устойчивости процессов аутофагии в нервной ткани.
Ключевые слова
Полный текст

Об авторах
Анастасия Викторовна Михель
Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта; Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: anastasia.michel39@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1352-9125
SPIN-код: 1064-6884
аспирант
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургИрина Владимировна Залозняя
Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта
Email: irinabiolog2012@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0576-9690
SPIN-код: 2488-3790
канд. биол. наук
Россия, Санкт-ПетербургАнастасия Дмитриевна Щербицкая
Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта
Email: nastusiq@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2083-629X
SPIN-код: 6913-0435
канд. биол. наук
Россия, Санкт-ПетербургДмитрий Сергеевич Васильев
Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта; Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: dvasilyev@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-0601-2358
SPIN-код: 3752-5516
канд. биол. наук
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургЮлия Павловна Милютина
Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта
Email: milyutina1010@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1951-8312
SPIN-код: 6449-5635
канд. биол. наук
Россия, Санкт-ПетербургГлеб Олегович Керкешко
Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта
Email: gkerkeshko@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0005-0804-5347
SPIN-код: 3551-0320
канд. биол. наук
Россия, Санкт-ПетербургАлександра Владимировна Горбова
Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта
Email: alekss137@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-9774-8908
Россия, Санкт-Петербург
Наталья Леонидовна Туманова
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: natalia.tumanova@iephb.ru
ORCID iD: 0000-0002-9895-7892
SPIN-код: 6072-3084
канд. биол. наук
Россия, Санкт-ПетербургАлександр Вартанович Арутюнян
Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта
Автор, ответственный за переписку.
Email: alexarutiunjan@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0608-9427
SPIN-код: 9938-5277
д-р биол. наук, профессор, засл. деят. науки РФ
Россия, Санкт-ПетербургСписок литературы
- Gómez-Virgilio L., Silva-Lucero M.D., Flores-Morelos D.S., et al. Autophagy: a key regulator of homeostasis and disease: an overview of molecular mechanisms and modulators // Cells. 2022. Vol. 11, N 15. P. 2262. EDN: IMMRIF doi: 10.3390/cells11152262
- Wu X., Won H., Rubinsztein D.C. Autophagy and mammalian development // Biochem Soc Trans. 2013. Vol. 41, N 6. P. 1489–1494. doi: 10.1042/bst20130185
- Fimia G.M., Stoykova A., Romagnoli A., et al. Ambra1 regulates autophagy and development of the nervous system // Nature. 2007. Vol. 447, N 7148. P. 1121–1125. doi: 10.1038/nature05925
- Zhao Y., Huang Q., Yang J., et al. Autophagy impairment inhibits differentiation of glioma stem/progenitor cells // Brain Res. 2010. Vol. 1313. P. 250–258. doi: 10.1016/j.brainres.2009.12.004
- Avagliano L., Doi P., Tosi D., et al. Cell death and cell proliferation in human spina bifida // Birth Defects Res A Clin Mol Teratol. 2016. Vol. 106, N 2. P. 104–113. EDN: XZKVAP doi: 10.1002/bdra.23466
- Rice D., Barone S., Jr. Critical periods of vulnerability for the developing nervous system: evidence from humans and animal models // Environ Health Perspect. 2000. Vol. 108, Suppl. 3. P. 511–533. EDN: LUZZRV doi: 10.1289/ehp.00108s3511
- Kuma A., Hatano M., Matsui M., et al. The role of autophagy during the early neonatal starvation period // Nature. 2004. Vol. 432, N 7020. P. 1032–1036. doi: 10.1038/nature03029 EDN: XPAWDV
- Komatsu M., Waguri S., Ueno T., et al. Impairment of starvation-induced and constitutive autophagy in Atg7-deficient mice // J Cell Biol. 2005. Vol. 169, N 3. P. 425–434. doi: 10.1083/jcb.200412022
- Nakashima A., Yamanaka-Tatematsu M., Fujita N., et al. Impaired autophagy by soluble endoglin, under physiological hypoxia in early pregnant period, is involved in poor placentation in preeclampsia // Autophagy. 2013. Vol. 9, N 3. P. 303–316. doi: 10.4161/auto.22927
- Aoki A., Nakashima A., Kusabiraki T., et al. Trophoblast-specific conditional Atg7 knockout mice develop gestational hypertension // Am J Pathol. 2018. Vol. 188, N 11. P. 2474–2486. doi: 10.1016/j.ajpath.2018.07.021
- Hiyama M., Kusakabe K.T., Takeshita A., et al. Nutrient starvation affects expression of LC3 family at the feto-maternal interface during murine placentation // J Vet Med Sci. 2015. Vol. 77, N 3. P. 305–311. doi: 10.1292/jvms.14-0490
- Silva J.F., Ocarino N.M., Serakides R. Spatiotemporal expression profile of proteases and immunological, angiogenic, hormonal and apoptotic mediators in rat placenta before and during intrauterine trophoblast migration // Reprod Fertil Dev. 2017. Vol. 29, N 9. P. 1774–1786. doi: 10.1071/RD16280
- Hung T.H., Hsieh T.T., Chen S.F., et al. Autophagy in the human placenta throughout gestation // PLoS One. 2013. Vol. 8, N 12. ID: e83475. EDN: SPZIDZ doi: 10.1371/journal.pone.0083475
- Tian X., Ma S., Wang Y., et al. Effects of placental ischemia are attenuated by 1,25-dihydroxyvitamin d treatment and associated with reduced apoptosis and increased autophagy // DNA Cell Biol. 2016. Vol. 35, N 2. P. 59–70. EDN: WVJWOV doi: 10.1089/dna.2015.2885
- Zhang H., Zheng Y., Liu X., et al. Autophagy attenuates placental apoptosis, oxidative stress and fetal growth restriction in pregnant ewes // Environ Int. 2023. Vol. 173. ID: 107806. EDN: BOJYRY doi: 10.1016/j.envint.2023.107806
- Li Y., Zhao X., He B., et al. Autophagy activation by hypoxia regulates angiogenesis and apoptosis in oxidized low-density lipoprotein-induced preeclampsia // Front Mol Biosci. 2021. Vol. 8. ID: 709751. EDN: CXGDJX doi: 10.3389/fmolb.2021.709751
- Zhu H.L., Shi X.T., Xu X.F., et al. Environmental cadmium exposure induces fetal growth restriction via triggering PERK-regulated mitophagy in placental trophoblasts // Environ Int. 2021. Vol. 147. ID: 106319. EDN: LBYQMZ doi: 10.1016/j.envint.2020.106319
- Curtis S., Jones C.J., Garrod A., et al. Identification of autophagic vacuoles and regulators of autophagy in villous trophoblast from normal term pregnancies and in fetal growth restriction // J Matern Fetal Neonatal Med. 2013. Vol. 26, N 4. P. 339-346. doi: 10.3109/14767058.2012.733764
- Huang X., Han X., Huang Z., et al. Maternal pentachlorophenol exposure induces developmental toxicity mediated by autophagy on pregnancy mice // Ecotoxicol Environ Saf. 2019. Vol. 169. P. 829–836. doi: 10.1016/j.ecoenv.2018.11.073
- Rosenfeld C.S. The placenta-brain-axis // J Neurosci Res. 2021. Vol. 99, N 1. P. 271–283. EDN: SWFWTC doi: 10.1002/jnr.24603
- Zhou P., Wang J., Wang J., et al. When autophagy meets placenta development and pregnancy complications // Front Cell Dev Biol. 2024. Vol. 12. ID: 1327167. EDN: CWYSIK doi: 10.3389/fcell.2024.1327167
- Nakashima A., Tsuda S., Kusabiraki T., et al. Current understanding of autophagy in pregnancy // Int J Mol Sci. 2019. Vol. 20, N 9. P. 2342. doi: 10.3390/ijms20092342
- de Bree A., van der Put N.M., Mennen L.I., et al. Prevalences of hyperhomocysteinemia, unfavorable cholesterol profile and hypertension in European populations // Eur J Clin Nutr. 2005. Vol. 59, N 4. P. 480–488. doi: 10.1038/sj.ejcn.1602097
- Dai C., Fei Y., Li J., et al. A novel review of homocysteine and pregnancy complications // Biomed Res Int. 2021. Vol. 2021. ID: 6652231. EDN: FPQEIQ doi: 10.1155/2021/6652231
- Memon S.I., Acharya N.S., Acharya S., et al. Maternal Hyperhomocysteinemia as a predictor of placenta-mediated pregnancy complications: a two-year novel study // Cureus. 2023. Vol. 15, N 4. ID: e37461. EDN: KNPNMI doi: 10.7759/cureus.37461
- D’Souza S.W., Glazier J.D. homocysteine metabolism in pregnancy and developmental impacts // Front Cell Dev Biol. 2022. Vol. 10. ID: 802285. EDN: KFSERA doi: 10.3389/fcell.2022.802285
- Li D., Pickell L., Liu Y., et al. Maternal methylenetetrahydrofolate reductase deficiency and low dietary folate lead to adverse reproductive outcomes and congenital heart defects in mice // Am J Clin Nutr. 2005. Vol. 82, N 1. P. 188–195. doi: 10.1093/ajcn.82.1.188
- Tripathi M., Zhang C.W., Singh B.K., et al. Hyperhomocysteinemia causes ER stress and impaired autophagy that is reversed by vitamin B supplementation // Cell Death Dis. 2016. Vol. 7, N 12. P. e2513–e2513. EDN: CJMMIG doi: 10.1038/cddis.2016.374
- Witucki Ł., Jakubowski H. Homocysteine metabolites inhibit autophagy, elevate amyloid beta, and induce neuropathy by impairing Phf8/H4K20me1-dependent epigenetic regulation of mTOR in cystathionine β-synthase-deficient mice // J Inherit Metab Dis. 2023. Vol. 46, N 6. P. 1114–1130. EDN: CKAZXT doi: 10.1002/jimd.12661
- Li T., Dong G., Kang Y., et al. Increased homocysteine regulated by androgen activates autophagy by suppressing the mammalian target of rapamycin pathway in the granulosa cells of polycystic ovary syndrome mice // Bioengineered. 2022. Vol. 13, N 4. P. 10875–10888. EDN: YMBHKS doi: 10.1080/21655979.2022.2066608
- Yin X., Gao R., Geng Y., et al. Autophagy regulates abnormal placentation induced by folate deficiency in mice // Mol Hum Reprod. 2019. Vol. 25, N 6. P. 305–319. doi: 10.1093/molehr/gaz022
- Khayati K., Antikainen H., Bonder E.M., et al. The amino acid metabolite homocysteine activates mTORC1 to inhibit autophagy and form abnormal proteins in human neurons and mice // FASEB J. 2017. Vol. 31, N 2. P. 598–609. doi: 10.1096/fj.201600915R
- Arutjunyan A.V., Milyutina Y.P., Shcherbitskaia A.D., et al. Neurotrophins of the fetal brain and placenta in prenatal hyperhomocysteinemia // Biochemistry (Mosc). 2020. Vol. 85, N 2. P. 213–223. EDN: UFYHHA doi: 10.1134/s000629792002008x
- Kielkopf C.L., Bauer W., Urbatsch I.L. Bradford assay for determining protein concentration // Cold Spring Harb Protoc. 2020. Vol. 2020, N 4. ID: 102269. EDN: SILLVS doi: 10.1101/pdb.prot102269
- Bass J.J., Wilkinson D.J., Rankin D., et al. An overview of technical considerations for Western blotting applications to physiological research // Scand J Med Sci Sports. 2017. Vol. 27, N 1. P. 4–25. EDN: YVZVDP doi: 10.1111/sms.12702
- Vasilev D.S., Shcherbitskaia A.D., Tumanova N.L., et al. Maternal hyperhomocysteinemia disturbs the mechanisms of embryonic brain development and its maturation in early postnatal ontogenesis // Cells. 2023. Vol. 12, N 1. P. 189. EDN: SVIIJO doi: 10.3390/cells12010189
- Furukawa S., Tsuji N.,Sugiyama A. Morphology and physiology of rat placenta for toxicological evaluation // J Toxicol Pathol. 2019. Vol. 32, N 1. P. 1–17. doi: 10.1293/tox.2018-0042
- Furukawa S., Hayashi S., Usuda K., et al. Toxicological pathology in the rat placenta // J Toxicol Pathol. 2011. Vol. 24, N 2. P. 95–111. doi: 10.1293/tox.24.95
- Peel S., Bulmer D. Proliferation and differentiation of trophoblast in the establishment of the rat chorio-allantoic placenta // J Anat. 1977. Vol. 124, Pt. 3. P. 675–687.
- Rosario G.X., Konno T., Soares M.J. Maternal hypoxia activates endovascular trophoblast cell invasion // Dev Biol. 2008. Vol. 314, N 2. P. 362–375. EDN: MKSRQL doi: 10.1016/j.ydbio.2007.12.007
- Wislocki G.B., Dempsey E.W. Electron microscopy of the placenta of the rat // Anat Rec. 1955. Vol. 123, N 1. P. 33–63. doi: 10.1002/ar.1091230104
- Padmanabhan R., Al-Menhali N.M., Ahmed I., et al. Histological, histochemical and electron microscopic changes of the placenta induced by maternal exposure to hyperthermia in the rat // Int J Hyperthermia. 2005. Vol. 21, N 1. P. 29–44. doi: 10.1080/02656730410001716614
- Arutjunyan A.V., Kerkeshko G.O., Milyutina Y.P., et al. Imbalance of Angiogenic and Growth Factors in Placenta in Maternal Hyperhomocysteinemia // Biochemistry (Mosc). 2023. Vol. 88, N 2. P. 262–279. EDN: OCGJCE doi: 10.1134/S0006297923020098
- Milyutina Y.P., Kerkeshko G.O., Vasilev D.S., et al. Placental transport of amino acids in rats with methionine-induced hyperhomocysteinemia // Biochemistry (Mosc). 2024. Vol. 89, N 10. P. 1711–1726. EDN: MTPVHH doi: 10.1134/s0006297924100055
- Yue Z., Jin S., Yang C., et al. Beclin 1, an autophagy gene essential for early embryonic development, is a haploinsufficient tumor suppressor // Proc Natl Acad Sci USA. 2003. Vol. 100, N 25. P. 15077–15082. doi: 10.1073/pnas.2436255100
- Reemst K., Noctor S.C., Lucassen P.J., et al. The indispensable roles of microglia and astrocytes during brain development // Front Hum Neurosci. 2016. Vol. 10. P. 566. EDN: XUUAOH doi: 10.3389/fnhum.2016.00566
- Sun T., Hevner R.F. Growth and folding of the mammalian cerebral cortex: from molecules to malformations // Nat Rev Neurosci. 2014. Vol. 15, N 4. P. 217–232. doi: 10.1038/nrn3707
- Zając A., Maciejczyk A., Sumorek-Wiadro J., et al. The role of Bcl-2 and Beclin-1 complex in “switching” between apoptosis and autophagy in human glioma cells upon LY294002 and sorafenib treatment // Cells. 2023. Vol. 12, N 23. P. 2670. EDN: GGQJAI doi: 10.3390/cells12232670
- Zhou F., Yang Y., Xing D. Bcl-2 and Bcl-xL play important roles in the crosstalk between autophagy and apoptosis // FEBS J. 2011. Vol. 278, N 3. P. 403–413. EDN: YBYSGB doi: 10.1111/j.1742-4658.2010.07965.x
- Maday S., Holzbaur E.L. Compartment-specific regulation of autophagy in primary neurons // J Neurosci. 2016. Vol. 36, N 22. P. 5933–5945. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4401-15.2016
- Mizushima N., Yamamoto A., Matsui M., et al. In vivo analysis of autophagy in response to nutrient starvation using transgenic mice expressing a fluorescent autophagosome marker // Mol Biol Cell. 2004. Vol. 15, N 3. P. 1101–1111. EDN: XOBSTT doi: 10.1091/mbc.e03-09-0704
- Pellacani C., Costa L.G. Role of autophagy in environmental neurotoxicity // Environ Pollut. 2018. Vol. 235. P. 791–805. EDN: YGHRFR doi: 10.1016/j.envpol.2017.12.102
- Luo J. Autophagy and ethanol neurotoxicity // Autophagy. 2014. Vol. 10, N 12. P. 2099–2108. EDN: WRACVH doi: 10.4161/15548627.2014.981916
- Behura S.K., Dhakal P., Kelleher A.M., et al. The brain-placental axis: Therapeutic and pharmacological relevancy to pregnancy // Pharmacol Res. 2019. Vol. 149. ID: 104468. doi: 10.1016/j.phrs.2019.104468
- Efeyan A., Zoncu R., Chang S., et al. Regulation of mTORC1 by the Rag GTPases is necessary for neonatal autophagy and survival // Nature. 2013. Vol. 493, N 7434. P. 679–683. doi: 10.1038/nature11745
- Shcherbitskaia A.D., Vasilev D.S., Milyutina Y.P., et al. Prenatal hyperhomocysteinemia induces glial activation and alters neuroinflammatory marker expression in infant rat hippocampus // Cells. 2021. Vol. 10, N 6. P. 1537. EDN: GYLTBQ doi: 10.3390/cells10061536
- Shcherbitskaia A.D., Vasilev D.S., Milyutina Y.P., et al. Maternal hyperhomocysteinemia induces neuroinflammation and neuronal death in the rat offspring cortex // Neurotox Res. 2020. Vol. 38, N 2. P. 408–420. EDN: YCFCIY doi: 10.1007/s12640-020-00233-w
Дополнительные файлы
