Влияние дексаметазона на экспрессию и содержание гликозилированных компонентов в ткани головного мозга мышей

Введение. Глюкокортикоиды активно используются при лечении различных заболеваний, однако их длительное применение приводит ко множеству побочных эффектов, молекулярные механизмы развития которых остаются недостаточно изученными.

Цель исследования – изучение краткосрочного (1–10 сут) влияния различных доз дексаметазона (Dex) (0,1–10 мг/кг) на экспрессию глюкокортикоидного рецептора (GR, Nr3c1), коровых белков основных протеогликанов и ферментов биосинтеза углеводных цепей гепарансульфата, а также содержание углеводных макромолекул гликозаминогликанов в ткани головного мозга экспериментальных животных.

Материалы и методы. В исследовании использовали мышей линии C57Bl/6. Экспрессию GR, коровых белков протеогликанов и генов, кодирующих ферменты биосинтеза гепарансульфата, определяли с помощью полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией в реальном времени. Содержание и локализация белковой молекулы GR были изучены методами Вестерн-блоттинга и иммуногистохимического анализа, а содержание гликозаминогликанов – с помощью дот-блот анализа и окраски альциановым синим.

Результаты. Было показано, что однократное введение Dex приводило к быстрой (на 1–3-и сутки) кратковременной активации экспрессии GR (+1,5 раза; p <0,05) некоторых генов коровых белков протеогликанов (синдекан-3, Sdc3; перлекан, Hspg2; фосфакан, Ptprz1; нейрокан, Ncan; +2–3 раза; p <0,05) и генов ферментов биосинтеза гепарансульфатов (Ndst1, Glce, Hs2st1, Hs6st1, Sulf1 / 2; +1,5–2 раза; p <0,05) в мозге мышей с возвращением к контрольным показателям к 7–10-м суткам после введения Dex. При этом влияние данного препарата на углеводные макромолекулы гликозаминогликанов имело более отсроченный и стабильный характер, дозозависимо увеличивая содержание общих гликозаминогликанов в ткани мозга, начиная с 1-х суток после введения Dex. Высокосульфатированные гликозаминогликаны демонстрировали более медленный ответ на введение препарата, повышение их содержания наблюдалось только при более высоких дозах (2,5 и 10 мг/кг) и только на 7–10-е сутки после его введения в основном за счет повышения содержания гепарансульфата.

Заключение. Влияние однократного применения Dex на транскрипционную активность GR, протеогликанов и ферментов биосинтеза гепарансульфата носит кратковременный характер, и экспрессия генов быстро возвращается к нормальному уровню. Однако даже однократное применение Dex значительно повышает содержание общих и высокосульфатированных гликозаминогликанов в ткани головного мозга мышей, что может привести к изменению состава и структуры ткани головного мозга, а также его функциональных характеристик.

1. Dubinski D., Hattingen E., Senft C. et al. Controversial roles for dexamethasone in glioblastoma - Opportunities for novel vascular targeting therapies. J Cereb Blood Flow Metab 2019;39(8):1460–8. DOI: 10.1177/0271678X19859847

2. Liston C., Gan W.B. Glucocorticoids are critical regulators of dendritic spine development and plasticity in vivo. Proc Natl Acad Sci USA 2011;108(38):16074–9. DOI: 10.1073/pnas.1110444108

3. Gray J.D., Kogan J.F., Marrocco J. et al. Genomic and epigenomic mechanisms of glucocorticoids in the brain. Nat Rev Endocrinol 2017;13(11):661–73. DOI: 10.1038/nrendo.2017.97

4. Nicholson C., Hrabětová S. Brain extracellular space: the final frontier of neuroscience. Biophys J 2017;113(10):2133–42. DOI: 10.1016/j.bpj.2017.06.052

5. Strokotova A.V., Grigorieva E.V. Glucocorticoid effects on proteoglycans and glycosaminoglycans. Int J Mol Sci 2022;23(24):15678. DOI: 10.3390/ijms232415678

6. Liu W.L., Lee Y.H., Tsai S.Y. et al. Methylprednisolone inhibits the expression of glial fibrillary acidic protein and chondroitin sulfate proteoglycans in reactivated astrocytes. Glia 2008;56(13):1390–400. DOI: 10.1002/glia.20706

7. Wei F., Song J., Zhang C. et al. Chronic stress impairs the aquaporin-4-mediated glymphatic transport through glucocorticoid signaling. Psychopharmacology (Berl) 2019;236(4):1367–84. DOI: 10.1007/s00213-018-5147-6

8. Tsidulko A.Y., Bezier C., de La Bourdonnaye G. et al. Conventional anti-glioblastoma chemotherapy affects proteoglycan composition of brain extracellular matrix in rat experimental model in vivo. Front Pharmacol 2018;2(9):1104. DOI: 10.3389/fphar.2018.01104

9. Tsidulko A.Y., Shevelev O.B., Khotskina A.S. et al. Chemotherapyinduced degradation of glycosylated components of the brain extracellular matrix promotes glioblastoma relapse development in an animal model. Front Oncol 2021;19(11):713139. DOI: 10.3389/fonc.2021.713139

10. Timmermans S., Souffriau J., Libert C. A General introduction to glucocorticoid biology. Front Immunol 2019;4(10):1545. DOI: 10.3389/fimmu.2019.01545

11. Weikum E.R., Knuesel M.T., Ortlund E.A. et al. Glucocorticoid receptor control of transcription: precision and plasticity via allostery. Nat Rev Mol Cell Biol 2017;18(3):159–74. DOI: 10.1038/nrm.2016.152

12. Eklund K.K., Humphries D.E., Xia Z. et al. Glucocorticoids inhibit the cytokine-induced proliferation of mast cells, the high affinity IgE receptor-mediated expression of TNF-alpha, and the IL-10- induced expression of chymases. J Immunol 1997;158(9):4373–80.

13. Watanabe H., Gao L., Sugiyama S. et al. Mouse aggrecan, a large cartilage proteoglycan: protein sequence, gene structure and promoter sequence. Biochem J 1995;308(Pt 2):433–40. DOI: 10.1042/bj308043

14. Rauch U., Grimpe B., Kulbe G. et al. Structure and chromosomal localization of the mouse neurocan gene. Genomics 1995;28(3):405–10. DOI: 10.1006/geno.1995.1168

15. Benad-Mehner P., Thiele S., Rachner T.D. et al. Targeting syndecan-1 in breast cancer inhibits osteoclast functions through up-regulation ofosteoprotegerin. J Bone Oncol 2013;3(1):18–24. DOI: 10.1016/j.jbo.2013.11.001

16. Derfoul A., Perkins G.L., Hall D.J. et al. Glucocorticoids promote chondrogenic differentiation of adult human mesenchymal stem cells by enhancing expression of cartilage extracellular matrix genes. Stem Cells 2006;24(6):1487–95. DOI: 10.1634/stemcells.2005-0415

17. Xu C., Sun M., Zhang X. et al. Activation of glucocorticoid receptor inhibits the stem-like properties of bladder cancer via inactivating the β-catenin pathway. Front Oncol 2020;10:1332. DOI: 10.3389/ fonc.2020.01332

18. Yao Y.Y., Liu D.M., Xu D.F. et al. Memory and learning impairment induced by dexamethasone in senescent but not young mice. Eur J Pharmacol 2007;574(1):20–8. DOI: 10.1016/j.ejphar.2007.07.021

19. Drakulić D., Veličković N., Stanojlović M. et al. Low-dose dexamethasone treatment promotes the pro-survival signalling pathway in the adult rat prefrontal cortex. J Neuroendocrinol 2013;25(7):605–16. DOI: 10.1111/jne.12037

20. Franceschi S., Lessi F., Morelli M. et al. Sedoheptulose kinase SHPK expression in glioblastoma: emerging role of the nonoxidative pentose phosphate pathway in tumor proliferation. Int J Mol Sci 2022;23(11):5978. DOI: 10.3390/ijms23115978

21. Shaqura M., Li X., Al-Khrasani M. et al. Membrane-bound glucocorticoid receptors on distinct nociceptive neurons as potential targets for pain control through rapid non-genomic effects.Neuropharmacology 2016;111:1–13. DOI: 10.1016/j.neuropharm.2016.08.019

22. Herman J.P., Patel P.D., Akil H. et al. Localization and regulation of glucocorticoid and mineralocorticoid receptor messenger RNAs in the hippocampal formation of the rat. Mol Endocrinol 1989;3(11):1886–94. DOI: 10.1210/mend-3-11-1886

23. Vielkind U., Walencewicz A., Levine J.M. et al. Type-II glucocorticoid receptors are expressed in oligodendrocytes and astrocytes. J Neurosci Res 1990;27(3):360–73. DOI: 10.1002/jnr.490270315

24. Van Gemert N.G., Meijer O.C., Morsink M.C. et al. Effect of brief corticosterone administration on SGK1 and RGS4 mRNA expression in rat hippocampus. Stress 2006;9(3):165–70. DOI: 10.1080/10253890600966169

25. Piechota M., Korostynski M., Golda S. et al. Transcriptional signatures of steroidhormones in the striatal neurons and astrocytes. BMC Neurosci 2017;18(1):37. DOI: 10.1186/s12868-017-0352-5

26. Tentillier N., Etzerodt A., Olesen M.N. et al. Anti-inflammatory modulation of microglia via CD163-targeted glucocorticoids protects dopaminergic neurons in the 6-OHDA Parkinson’s disease model. J Neurosci 2016;36(36):9375–90. DOI: 10.1523/ JNEUROSCI.1636-16.2016

27. Hu W., Zhang Y., Wu W. et al. Chronic glucocorticoids exposure enhances neurodegeneration in the frontal cortex and hippocampus via NLRP-1 inflammasome activation in male mice. Brain Behav Immun 2016;52:58–70. DOI: 10.1016/j.bbi.2015.09.019

28. Zhang B., Zhang Y., Xu T. et al. Chronic dexamethasone treatment results in hippocampal neurons injury due to activate NLRP1 inflammasome in vitro. Int Immunopharmacol 2017;49:222–30. DOI: 10.1016/j.intimp.2017.05.039

29. Kazanskaya G.M., Tsidulko A.Y., Volkov A.M. et al. Heparan sulfate accumulation and perlecan/HSPG2 up-regulation in tumour tissue predict low relapse-free survival for patients with glioblastoma. Histochem Cell Biol 2018;149(3):235–44. DOI: 10.1007/s00418-018-1631-7

30. Zhong Y., Bellamkonda R.V. Dexamethasone-coated neural probes elicit attenuated inflammatory response and neuronal loss compared to uncoated neural probes. Brain Res 2007;1148:15–27. DOI: 10.1016/j.brainres.2007.02.024