ВОССТАНОВЛЕНИЕ СНА ПОСЛЕ ЕГО ТОТАЛЬНОЙ ДЕПРИВАЦИИ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ДЕФИЦИТА СТРЕСС-ИНДУЦИБЕЛЬНОГО ШАПЕРОНА Hsp70

Ключевые слова

сон
Hsp70
депривация сна
преоптическая область гиполатамуса
лентивектор
крысы

Как цитировать

[1]
В. В. Симонова, М. А. Гузеев, и Ю. Ф. Пастухов, «ВОССТАНОВЛЕНИЕ СНА ПОСЛЕ ЕГО ТОТАЛЬНОЙ ДЕПРИВАЦИИ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ДЕФИЦИТА СТРЕСС-ИНДУЦИБЕЛЬНОГО ШАПЕРОНА Hsp70», РФЖ, т. 104, вып. 8, с. 957—965, апр. 2018.

Аннотация

В современной литературе обсуждаются гипотезы о том, что молекулярные шапероны семейства Hsp70 играют важную роль в восстановлении сна и что сон служит фундаментальной клеточной и/или молекулярной потребности. Цель настоящего исследования — оценить вклад стресс-индуцибельного шаперона Hsp70 в механизмы восстановления сна после его тотальной депривации. Работа проведена на модели угнетения синтеза Hsp70 в преоптической области (ПО) гипоталамуса крыс с помощью РНК-интерференции. Впервые показано, что долговременное снижение уровня Hsp70 в ПО приводит к ослаблению феномена «отдачи» медленноволнового сна после тотальной депривации. «Отдача» сна необходима для восстановления структуры и функций нервных клеток после стресса, вызванного недостатком сна. Результаты исследований позволяют полагать, что именно индуцибельный Hsp70, содержащийся в «центре» сна в ПО гипоталамуса, вовлечен в молекулярные механизмы поддержания медленноволнового сна.

Литература

Екимова И. В. Сомногенный эффект экзогенного белка теплового шока 70 кДа реализуется через ГАМК(А)-рецепторы в преоптической области гипоталамуса. Докл. АН. 449 (6): 725—728. 2013.

Екимова И. В., Пастухов Ю. Ф. Роль аденозиновых A2А рецепторов преоптической облисти в реализации сомногенного эффекта белка 70 кДа у голубей. Журн. эволюц. биохимии и физиологии. 50(6): 428—434. 2014.

Лапшина К. В., Екимова И. В. Исследование защитных эффектов белка теплового шока 70 kDa в модели депривации сна у голубей Columba livia. Журн. эволюц. биохимии и физиологии. 46(5): 386—394. 2010.

Ницинская Л. Е., Екимова И. В., Гужова И. В., Фейзулаев Б. А., Пастухов Ю. Ф. Влияние кверцетина на тяжесть химически индуцированных судорог и содержание белка теплового шоко 70 кДа в структурах головного мозга крыс. Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 96(30): 283—292. 2010.

Пастухов Ю. Ф. Изменения характеристик парадоксального сна — ранний признак болезни Паркинсона. Журн. высш. нерв. деятельности. 63(1): 75—85. 2013.

Пастухов Ю. Ф. Медленноволновый сон и молекулярные шапероны. Журн. эволюц. биохимии и физиологии. 52 (1): 79—90. 2016.

Пастухов Ю. Ф., Екимова И. В., Худик К. А., Гужова И. В. Белок 70 кДа в контроле сна и терморегуляции. Журн. эволюц. биохимии и физиологии. 44 (1): 65—71. 2008.

Пастухов Ю. Ф., Плаксина Д. В., Лапшина К. В., Гужова И. В., Екимова И. В. Экзогенный белок Hsp70 останавливает процесс нейродегенерации в условиях экспериментальной модели болезни Паркинсона у крыс. Докл. АН. 457(6): 724—727. 2014.

Пастухов Ю. Ф., Симонова В. В., Гузеев М. А., Мешалкина Д. А., Гужова И. В., Екимова И. В. Шаперон Hsp70 вовлечен в молекулярные механизмы регуляции медленного сна. Докл. АН. 461 (2): 228—231. 2015.

Пастухов Ю. Ф., Худик К. А., Екимова И. В. Шапероны в регуляции и восстановлении физиологических функций. Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 96 (7): 708—725. 2010.

Пастухов Ю. Ф., Чернышев М. В., Екимова И. В., Худик К. А. Молекулярные шапероны — новые модуляторы тревожности и гомеостаза сна. Коллективная монография «Сон и тревожность» под ред. Е. В. Вербицкого. Ростов-на-Дону: Южный научный центр РАН. 235—252. 2008.

Симонова В. В., Чернышев М. В., Гузеев М. А., Пастухов Ю. Ф. Медленноволновый сон и уровень тревожности у крыс при хроническом недостатке шаперона Hsp70i в преоптической области гипоталамуса. Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 103(8): 884—889. 2017.

Худик К. А., Пастухов Ю. Ф., Гужова И. В. Влияние теплового прекондиционирования на судорожную активность у крыс с наследственной формой эпилепсии. Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 97(11): 1237—1246. 2011.

Alam M. A., Kumar S., McGinty D., Alam M. N., Szymusiak R. Neuronal activity in the preoptic hypothalamus during sleep deprivation and recovery sleep. J. Neurophysiol. 111: 287—299. 2014.

Allada R., Cirelli C., Sehgal A. Molecular mechanisms of sleep homeostasis in flies and mammals. Cold Spring Harbor Perspectives Biology. 9(8): a027730. 2017.

Benington J. H., Heller H. C. Restoration of brain energy metabolism as the function of sleep. Progr. Neurobiol. 45(4): 347—360. 1995.

Bergmayr C., Thurner P., Keuerleber S., Kudlacek O., Nanoff C., Freissmuth M., Gruber C. W. Recruitment of a cytoplasmic chaperone relay by the A 2A adenosine receptor. J. Biol. Chem. 288(40): 28 831—28 844. 2013.

Cirelli C. Cellular consequences of sleep deprivation in the brain. Sleep Med. Rev. 10(5): 307—321. 2006.

Cirelli C. The genetic and molecular regulation of sleep: from fruit flies to humans. Nat. Rev. Neurosci. 10(8): 549—560. 2009.

Ekimova I. V., Nitsinskaya L. E., Pastukhov Y. F., Romanova I. V., Margulis B. A., Guzhova I. V. Exogenous protein Hsp70/Hsc70 can penetrate into brain structures and attenuate the severity of chemically induced seizures. J. Neurochem. 115 (4): 1035—1044. 2010.

Ekimova I. V., Plaksina D. V., Pastukhov Y. F., Lapshina K. V., Lazarev V. F., Mikhaylova E. R., Polonik S. G., Pani B., Margulis B. A., Guzhova I. V., Nudler E. New HSF1 inducer as a therapeutic agent in a rodent model of Parkinsonʼs disease. Exp. Neurol. 306: 199—208. 2018.

Gallopin T., Luppi P.-H., Cauli B., Urade Y., Rossier J., Hayaishi O., Lambolez B., Fort P. The endogenous somnogen adenosine excites a subset of sleep-promoting neurons via A2A receptors in the ventrolateral preoptic nucleus. Neuroscience. 134(4): 1377—1390. 2005.

Kelty J. D., Noseworthy P. A., Feder M. E., Robertson R. M., Ramirez J.-M. Thermal preconditioning and heat-shock protein 72 preserve synaptic transmission during thermal stress. J. Neurosci. 22(1): 193—199. 2002.

Lu J., Greco M. A., Shiromani P., Saper C. B. Effect of lesions of the ventrolateral preoptic nucleus on NREM and REM sleep. J. Neurosci. 20(10): 3830—3842. 2000.

Lu T. Z., Quan Y., Feng Zh.-P. Multifaceted role of heat shock protein 70 in neurons. Mol. Neurobiology. 42(2): 114—123. 2010.

Lüthi A. Sleep: Switching оff the оff-switch. Curr. Biol. Cell Press. 26(16): R765— R767. 2016.

Mackiewicz M., Naidoo N., Zimmerman J. E., Pack A. I. Molecular mechanisms of sleep and wakefulness. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1129: 335—349. 2008.

McEwen B. S., Karatsoreos I. N. Sleep deprivation and circadian disruption. Sleep Med. Clin. 10(1): 1—10. 2015.

Nakanishi H., Sun Y., Nakamura R. K., Mori K., Ito M., Suda S., Namba H., Storch F. I., Dang T. P., Mendelson W. Positive correlations between cerebral protein synthesis rates and deep sleep in Macaca mulatta. Eur. J. Neurosci. 9(2): 271—279. 1997.

Naidoo N., Giang W., Galante R. J., Pack A. I. Sleep deprivation induces the unfolded protein response in mouse cerebral cortex. J. Neurochem. 92(5): 1150—1157. 2005.

Naidoo N. Cellular stress/the unfolded protein response: Relevance to sleep and sleep disorders. Sleep Med. Rev. 13: 195—204. 2009.

Paxinos G., Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates — 6th edition. Acad. Press. San Diego. 2007.

Porkka-Heiskanen T., Strecker R. E., Thakkar M., Bjorkum A. A., Greene R. W., McCarley R. W. Adenosine: a mediator of the sleep-inducing effects of prolonged wakefulness. Science. 276(5316): 1265—1268. 1997.

Rechtschaffen A., Bergmann B. M., Everson C. A., Kushida C. A., Gilliland M. A. Sleep deprivation in the rat: X. Integration and discussion of the findings. Sleep. 12(1): 68—87. 1989.

Saper C. B., Fuller P. M., Pedersen N. P., Lu J., Scammell T. E. Sleep state switching. Neuron. 68(6): 1023—1042. 2010.

Schubert U., Anton L. C., Gibbs J., Norbury C. C., Yewdell J. W., Bennink J. R. Rapid degradation of a large fraction of newly synthesized proteins by proteasomes. Nature. 404(6779): 770—774. 2000.

Sherin J. E., Elmquist J. K., Torrealba F., Saper C. B. Innervation of histaminergic tuberomammillary neurons by GABAergic and galaninergic neurons in the ventrolateral preoptic nucleus of the rat. J. Neurosci. 18(12): 4705—4721. 1998.

Shin O.-H. Exocytosis and synaptic vesicle function. Compar. Physiol. 4:149—175. 2014.

Szymusiak R., Alam N., Steininger T. L., McGinty D. Sleep-waking discharge patterns of ventrolateral preoptic/anterior hypothalamic neurons in rats. Brain Res. 803(1): 178—188. 1998.

Szymusiak R., Gvilia I., McGinty D. Hypothalamic control of sleep. Sleep Med. 8(4):291—301. 2007.

Terao A., Steininger T. L., Hyder K., Apte-Deshpande A., Ding J., Rishipathak D., Davis R. W., Heller H. C., Kilduff T. S. Differential increase in the expression of heat shock protein family members during sleep deprivation and during sleep. Neuroscience. 116(1): 187—200. 2003.

Terao A., Wisor J. P., Peyron C., Apte-Deshpande A., Wurts S. W., Edgar D. M., Kilduff T. S. Gene expression in the rat brain during sleep deprivation and recovery sleep: an Affymetrix GeneChip study. Neuroscience. 137(2): 593—605. 2006.

Zuiderweg E. R. P., Hightower L. E., Gestwicki J. E. The remarkable multivalency of the Hsp70 chaperones. Cell Stress Chaperones. 22(2): 173—189. 2017.