COG1410, новий міметик аполіпопротеїну-Е, покращує функціональне та морфологічне відновлення у моделі щурячої вогнищевої ішемії мозку

Олена Олександрівна Туховська

1 Відділення Інституту біоорганічної хімії ім. Шемякіна та Овчиннікова РАН, Московська область, Росія

Олексій Ю. Юкін

1 Відділення Інституту біоорганічної хімії ім. Шемякіна та Овчиннікова РАН, Московська область, Росія

Хохлова Оксана Миколаївна

1 Відділення Інституту біоорганічної хімії Шемякіна та Овчиннікова РАН, Московська область, Росія

Аркадій Миколайович Мурашев

1 Відділення Інституту біоорганічної хімії Шемякіна та Овчиннікова РАН, Московська область, Росія

Михайло П. Вітек

2 Неврологічний відділ, Медичний факультет, Медичний центр Університету Дьюка, Дарем, Північна Кароліна

3 Cognosci Inc., Парк дослідницьких трикутників, Північна Кароліна

Анотація

Аполіпопротеїн Е (апоЕ) - це основний аполіпопротеїн, синтезований у мозку у відповідь на пошкодження з відомими нейропротекторними ефектами, що діють через антиоксидантні, протизапальні, антиекситоксичні та нейротрофічні механізми. Раніше ми продемонстрували, що COG1410, апоЕ міметичний пептид, надає нейропротекторну та протизапальну дію на мишачій моделі черепно-мозкової травми (ЧМТ). Як і при ЧМТ, ішемічно-реперфузійна травма є компонентом гострого інсульту, який виявляє фармакогенетичну асоціацію з геном APOE4. Використовуючи модель внутрішньопросвітньої середньої мозкової оклюзії (MCAO) у щурів, ми виявили, що одноразове внутрішньовенне введення COG1410 через 120 хв після MCAO значно покращило вестибуломоторну функцію, зменшило асиметрію опорно-рухового апарату після інсульту та зменшило обсяг інфаркту іпсилатеральної півкулі. Ці результати підтверджують подальше дослідження нового апоЕ-міметичного пептиду, COG1410, як терапевтичного лікування інсульту.

Аполіпопротеїн Е (ApoE) - це 299-амінокислотний білок, що має зростаючий перелік функцій у людини. Хоча спочатку ApoE описували як транспортну та цілеспрямовану молекулу для ліпопротеїнів (Mahley, 1988), також були продемонстровані критичні ролі ApoE у цілісності ЦНС, функціонуванні та відновленні після травми (Strittmatter and Roses, 1996; Arendt et al., 1997; Ласковіц та ін., 1998). Крім того, алель епсилон-4 (e4) гена APOE є основним фактором ризику найпоширенішої спорадичної форми хвороби Альцгеймера (AD; Corder et al., 1993). На відміну від цього, успадкування більш частого алеля e3 або рідшого алеля e2 знижує ймовірність розвитку AD (Corder et al., 1994; Farrer et al., 1997). У мозку білок апоЕ синтезується переважно астроцитами та мікроглією. Нейрони експресують апоЕ на нижчих рівнях, ніж астроцити, у відповідь на різні фізіологічні та патологічні стани (Huang et al., 2001; Harris et al., 2003; Brecht et al., 2004; Chang et al., 2005). АпоЕ, що утворюється в клітинах, що оточують дрібні кровоносні судини, може підтримувати цілісність і нормальну функцію гематоенцефалічного бар'єру (BBB; Xu et al., 2006). Дефіцит ApoE пов'язаний з недостатністю функції, що спостерігається при підвищеній проникності судин (Fullerton et al., 2001; Methia et al., 2001).

Нейропротекторні ефекти ApoE пов'язані з безліччю механізмів, включаючи антиоксидантні, протизапальні, антиекситоксичні та нейротрофічні механізми (Nathan et al., 1994; Miyata and Smith, 1996; Laskowitz et al., 1997, 2001; Lomnitski et al., 1999; Лінч та ін., 2001, 2003, 2005; Аоно та ін., 2002, 2003; Колтон та ін., 2002). Ці звіти вказують на роль апоЕ у відновленні після мозкової травми. Однак, незважаючи на свої корисні властивості для нейропротекції, димерно-апоЕ-комплекси не мають безпосереднього терапевтичного потенціалу. Через великий розмір димеру, який становить близько 68 кДа, апоЕ не легко перетинає ВВВ, що робить його менш корисним для фармакологічного лікування хвороби ЦНС (Linton et al., 1991).

Хоча COG1410 (як і COG133 до цього) був протестований in vivo на моделі TBI, він може бути дуже корисним для терапевтичного застосування в інших випадках гострої травми головного мозку, наприклад, інсульту. Ішемічний інсульт є однією з основних причин людської смерті та інвалідності (Bonita, 1992; The World Health Report, 1999) і є величезною клінічною проблемою, яка вирішується при дослідженні нових нейроптотективних речовин. У поточному дослідженні ми демонструємо нейропротекторну активність COG1410 в умовах фокальної моделі інсульту у щурів CD.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ

Тварини

Щури Спрег-Доулі (32 самці; Центр розведення тварин, м. Пущино, Росія), вага 300-340 г під час операції, підтримували за 12-годинним графіком світло/темно (світло вмикалося о 8 ранку), при цьому їжа була доступна за умови необхідності.

Процедура оклюзії середньої мозкової артерії

Тестування поведінки

Кожного щура піддавали серії поведінкових тестів на 1, 2, 3, 5, 7, 14, 21, 28 і 35 дні після інсульту. Рухові дефіцити інтегрованої рівноваги та координації оцінювали за допомогою тесту на ротарод. Випробовували спонтанну та медикаментозну асиметрію обертання. Оцінку спонтанної рухової асиметрії проводили у відкритому полі (оргскло 50 × 50 см). Всі поведінкові тестування проводились під час світлового циклу тварин.

Тест Ротарода

Кількісну оцінку рухової координації та рівноваги проводили за допомогою автоматизованого ротароду (Dual Species Economex Rota-Rod; Columbus Instruments). Три дні поспіль протягом тижня перед процедурою MCAO всіх тварин тренували на ротароді. Цей тренінг складався з трьох випробувань на день на кожен з 3 днів для загальної кількості дев’яти випробувань. Кожне випробування складалося з розміщення тварини на ротароді, який обертався з постійною швидкістю 5 об/хв, а потім машину переводили в режим прискорення для прискорення з 0,6 об/хв. Латентність визначається як тривалість часу, протягом якого тварина залишається від обертової штоки, починаючи з часу 0, з переходом в режим прискорення і продовжуючи, поки тварина не впаде або не утримається на стержні протягом двох повних обертів (720 ° обертання). Після цих 3 днів випробувань усіх тварин рандомізували в три групи, де результати діяльності кожної групи не суттєво відрізнялися від показників інших груп. Метою цього попереднього тестування було визначити групи тварин з подібними показниками, щоб ми могли більш точно визначити, як лікування MCAO та MCAO плюс COG1410 може змінити цю ефективність.

У перший день після MCAO були розпочаті послідовні сеанси тестування ротароду. У кожному щоденному сеансі тестування повторювали три рази з інтервалом у 5 хвилин між кожним випробуванням. Тваринам, які не могли вхопити обертовий стрижень, було присвоєно значення затримки 0 сек. Час затримки вимірювали, як описано вище.

Рухові асиметричні види діяльності

Медикаментозна ротація

Індуковану лікарськими засобами асиметрію обертання реєстрували вручну протягом 5 хв після ін’єкції кетаміну (10 мг/кг м2; Лебедєв та ін., 2003) у контейнері з круглим гладким дном (діаметр 30 см і висота стінки 40 см). Повна дуга повороту на 360 ° в тому ж напрямку оцінювалася як одне обертання.

Спонтанна асиметрія обертання

Оцінку спонтанної локомоторної асиметрії проводили в оргскло (50 × 50 см). Спонтанні обертання вимірювали вручну протягом 3 хв. Спостерігач, засліплений для групового призначення, робив обертання праворуч та ліворуч.

Аналіз інфаркту

Статистичний аналіз

Дані про поведінку та розміри інфаркту були проаналізовані за допомогою непараметричного U-тесту Манна-Уїтні в Statistica для Windows 7.0. Усі значення представлені як середнє значення ± SEM.

РЕЗУЛЬТАТИ

COG1410 покращує характеристики двигуна після MCAO в тесті Rotarod

Тварини, які отримували COG1410, продемонстрували суттєво поліпшену ефективність тесту на ротарод на 5 та 7 день після пошкодження (P Рис. 1A). Ці результати свідчать про збільшення швидкості відновлення рухової функції після одноразового введення COG1410 при застосуванні 120 хв після ішемічно-реперфузійної травми.

COG1410 зменшує спонтанну локомоторну асиметрію після MCAO

Для доповнення кетамін-індукованої обертової поведінки ми також досліджували спонтанний рух, вимірюючи обертання в тесті на відкритому полі. Як показано на малюнку 1С, тварини, оброблені COG1410, постійно демонстрували низьку кількість поворотів до іпсилатеральної сторони одностороннього ураження MCAO, які не суттєво відрізнялись від показників підроблених тварин. Навпаки, тварини, оброблені транспортними засобами, мали значно більше обертальної поведінки, ніж шахраї або групи, які отримували COG1410.