Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: http://repository.pdmu.edu.ua/handle/123456789/18237
Назва: Роль транскрипційних чинників у патогенезі вільно-радикальних розладів у головному мозку при експериментальній черепно-мозковій травмі
Інші назви: The role of transcription factors in the pathogenesis of free radical disorders in the cerebrum in experimental traumatic brain injury
Автори: Явтушенко, Іван Валерійович
Дата публікації: 30-сер-2021
Видавець: Полтавський державний медичний університет
Бібліографічний опис: Явтушенко І. В. Роль транскрипційних чинників у патогенезі вільнорадикальних розладів у головному мозку при експериментальній черепно-мозковій травмі : дис. … доктора філософії : спец. 222 «Медицина» / І. В. Явтушенко ; Полтавський державний медичний університет, Полтава, 2021. – 216 с.
Короткий огляд (реферат): Явтушенко І.В. Роль транскрипційних чинників у патогенезі вільнорадикальних розладів у головному мозку при експериментальній черепно-мозковій травмі. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 222 «Медицина». – Полтавський державний медичний університет МОЗ України, Полтава, 2021; Полтавський державний медичний університет МОЗ України, Полтава, 2021. У дисертації наведене теоретичне узагальнення і розв’язання наукової задачі, що полягає у з’ясуванні ролі транскрипційних чинників NF-κB, AP-1 та Nrf2 у механізмах вільнорадикальних розладів у головному мозку та розвитку неврологічного дефіциту у ранньому періоді після відтворення експериментальної черепно-мозкової травми. Експерименти виконані на 166 білих щурах-самцях лінії Вістар масою 180-220 г. Використовували експериментальні, біохімічні, функціональні, нейроетологічні та математико-статистичні методи дослідження. Виявлено, що у динаміці періоду ранніх проявів травматичної хвороби після моделювання черепно-мозкової травми у тканині великих півкуль головного мозку щурів виявляються ознаки окиснонітрозативного стресу: збільшення порівняно з результатами хибнотравмованих тварин вироблення супероксидного аніон-радикала (на 3 добу посттравматичного періоду: мітохондріями – на 47.8%; мікросомальними монооксигеназами та NO-синтазою – на 44.5%; NADPH-оксидазою фагоцитів – на 69.3%, p<0.001), підвищення активності індуцибельної синтази оксиду азоту (через 3 доби – на 78.5%, p<0.05, через 7 діб – на 88.0%, p<0.01, через 14 діб –на 71.2%, p<0.01) при зменшенні активності ферменту конкурентного (аргіназного) шляху метаболізму L-аргініну – орнітиндекарбоксилази (через 3 доби – на 26.8%, через 7 діб – на 32.7%, через 14 діб – на 18.7%, p<0.001), зменшення та порушення спряженості конститутивної ізоформи NOсинтази, зростання концентрації пероксинітриту (через 3 доби – на 31.8%, p<0.01, через 7 діб – на 55.5%, p<0.001, через 14 діб – на 32.9%, p<0.01), що супроводжується розвитком декомпенсованого пероксидного окиснення ліпідів. Після моделювання експериментальної черепно-мозкової травми виживаність щурів, розрахована за процедурою Каплана-Мейера, становила на 3-тю добу – 0.53±0.09; на 7-му та 14-ту добу – 0.40±0.09 Протягом першого тижня посттравматичного періоду і більшості тварин виявляються ознаки неврологічного дефіциту: порушення м’язового тонусу, координації рухів і больової реакції, що супроводжується високими значеннями інтегрального показника неврологічного дефіциту (на 3-тю добу – 53.31±2.47 бала, на 7-му добу – 51.33±2.95 бала), порушенням локомоторної активності та психоемоційного стану щурів. Розвиток окисно-нітрозативного стресу в головному мозку щурів після моделювання черепно-мозкової травми пов’язаний з активністю транскрипційних чинників NF-κB та AP-1. Застосування їх інгібіторів (піролідиндитіокарбамату амонію, SR 11302) істотно зменшує в тканині великих півкуль головного мозку щурів на 7 добу посттравматичного періоду генерацію супероксидного аніон-радикала (мітохондріями – на 49.1 і 43.1% відповідно, p<0.001; мікросомальними монооксигеназами та NO-синтазою – на 45.3 і 38.8% відповідно, p<0.001) та активність індуцибельної синтази оксиду азоту (на 53.9 і 42.7% відповідно, p<0.01) при збільшенні активності орнітиндекарбоксилази (на 44.5 і 37.7% відповідно, p<0.001), покращує спряженність її конститутивної ізоформи, обмежує концентрацію пероксинітриту (на 31.1%, p<0.001, та 20.3%, p<0.01, відповідно), що супроводжується ослабленням пероксидного окиснення ліпідів та підвищенням антиоксидантного потенціалу. Транскрипційні фактори NF-κB та AP-1 є важливими чинниками патогенезу неврологічного дефіциту після відтворення черепно-мозкової травми. Введення піролідиндитіокарбамату амонію та SR 11302 вірогідно підвищує виживаність щурів у динаміці періоду ранніх проявів травматичної хвороби, істотно обмежує впродовж першого тижня посттравматичного періоду порушення м’язового тонусу, координації рухів та больової реакції, що супроводжується достовірним зменшенням інтегрального показника неврологічного дефіциту до 25.64±2.06 бала (вдвічі) та до 31.50±2.47 бала (на 38.6%) відповідно, покращенням поведінкових реакцій. Активація транскрипційного чинника NRF2 є ефективним засобом пригнічення окисно-нітрозативного стресу в головному мозку щурів після моделювання черепно-мозкової травми. Застосування індукторів транскрипційного чинника NRF2 (диметилфумарату та епігалокатехін-3- галату) суттєво зменшує в тканині великих півкуль головного мозку щурів на 7 добу посттравматичного періоду генерацію супероксидного аніон-радикала (мітохондріями – на 38.9 і 26.5% відповідно, p<0.001; мікросомальними монооксигеназами та NO-синтазою – на 34.4 і 21.0% відповідно, p<0.001) та активність індуцибельної синтази оксиду азоту (на 71.6%, p<0.001, та 34.6%, p<0.02, відповідно) при збільшенні активності орнітиндекарбоксилази (на 38.3, p<0.001, та 23.3%, p<0.02, відповідно), що супроводжується пригніченням пероксидного окиснення ліпідів та підвищенням антиоксидантного потенціалу. При цьому диметилфумарат, на відміну від епігалокатехін-3-галату, виявляє здатність покращувати спряженність конститутивної ізоформи NO- синтази та обмежувати концентрацію пероксинітриту (на 37.3%, p<0.001). Індукція NRF2-асоційованої сигнальної системи є ефективним засобом обмеження неврологічного дефіциту після відтворення черепномозкової травми. Введення диметилфумарату та епігалокатехін-3-галату вірогідно підвищує виживаність щурів у динаміці періоду ранніх проявів травматичної хвороби, суттєво обмежує впродовж першого тижня посттравматичного періоду порушення м’язового тонусу, координації рухів та больової реакції, що супроводжується достовірним зменшенням інтегрального показника неврологічного дефіциту до 27.08±2.73 бала (на 47.2%) та 35.08±3.02 бала (на 31.7%). Застосування диметилфумарату та, у дещо меншій мірі, епігалокатехін3-галату покращує протягом цього часу показники рухової та дослідницької активності, орієнтувальної реакції, зменшує рівень емоційної тривожності та страху. Призначення кверцетину істотно обмежує в тканині великих півкуль головного мозку щурів на 7 добу після відтворення черепномозкової травми ознаки окисно-нітрозативного стресу, зменшує генерацію супероксидного аніон-радикала (мітохондріями – на 35.0%; мікросомальними монооксигеназами та NO-синтазою – на 30.2% p<0.001) та активність індуцибельної синтази оксиду азоту (на 45.3%, p<0.01) при збільшенні активності орнітиндекарбоксилази (на 25.3%, p<0.01), покращує спряженність її конститутивної ізоформи (в 2.12 раза, p<0.001), обмежує концентрацію пероксинітриту (на 19.5%, p<0.01), що супроводжується пригніченням пероксидного окиснення ліпідів та підвищенням антиоксидантного потенціалу. Застосування кверцетину вірогідно підвищує виживаність щурів у динаміці періоду ранніх проявів травматичної хвороби після моделювання черепно-мозкової травми, істотно обмежує впродовж першого тижня посттравматичного періоду порушення м’язового тонусу, координації рухів та больової реакції, що супроводжується достовірним зменшенням інтегрального показника неврологічного дефіциту до 27.15±1.97 бала (на 47.1%), покращенням показників рухової та дослідницької активності, а також орієнтувальної реакції, але без істотного впливу на показник емоційної тривожності та страху (число актів грумінгу). Наукова новизна одержаних результатів. Показано, що розвиток окисно-нітрозативного стресу в головному мозку щурів після моделювання черепно-мозкової травми пов’язаний з активністю транскрипційних чинників NF-κB та AP-1. Вперше виявлено, що застосування інгібіторів цих факторів (піролідиндитіокарбамату амонію, SR 11302) істотно зменшує в тканині великих півкуль головного мозку щурів на 7 добу посттравматичного періоду генерацію супероксидного аніон-радикала та активність індуцибельної ізоформи синтази оксиду азоту при збільшенні активності орнітиндекарбоксилази, покращує спряженність конститутивного ізоферменту NO-синтази, обмежує концентрацію пероксинітриту, що супроводжується ослабленням пероксидного окиснення ліпідів та підвищенням антиоксидантного потенціалу. Отримало подальший розвиток уявлення, що транскрипційні фактори NF-κB та AP-1 є важливими чинниками патогенезу неврологічного дефіциту після відтворення черепно-мозкової травми. Вперше показано, що введення піролідиндитіокарбамату амонію та SR 11302 вірогідно підвищує виживаність щурів у динаміці періоду ранніх проявів травматичної хвороби, суттєво зменшує інтегральний показник неврологічного дефіциту, покращує поведінкові реакції тварин. Вперше виявлено, що застосування індукторів транскрипційного чинника NRF2 (диметилфумарату та епігалокатехін-3-галату) суттєво зменшує в тканині великих півкуль головного мозку щурів на 7 добу посттравматичного періоду генерацію супероксидного аніон-радикала та активність індуцибельної ізоформи NO-синтази при збільшенні активності орнітиндекарбоксилази, що супроводжується пригніченням пероксидного окиснення ліпідів та підвищенням антиоксидантного потенціалу. Вперше показано, що введення диметилфумарату та епігалокатехін-3-галату вірогідно підвищує виживаність щурів у динаміці періоду ранніх проявів травматичної хвороби після моделювання черепно-мозкової травми, суттєво обмежує впродовж першого тижня посттравматичного періоду ознаки неврологічного дефіциту. Дістало подальший розвиток уявлення, що призначення кверцетину істотно обмежує в тканині великих півкуль головного мозку щурів на 7 добу після відтворення черепно-мозкової травми ознаки окисно-нітрозативного стресу, підвищує виживаність щурів у динаміці періоду ранніх проявів травматичної хвороби після моделювання ЧМТ, істотно обмежує ознаки неврологічного дефіциту. Практичне значення одержаних результатів. Результати дослідження доводять, що оцінка показників окисно-нітрозативного стресу в тканині великих півкуль головного мозку лабораторних тканин може використовуватися в експериментальній медицині як чутливий метод оцінки тяжкості травматичної хвороби після нанесення ЧМТ. Робота є експериментальним підтвердженням доцільності подальшого дослідження інгібіторів транскрипційних чинників NF-κB та AP-1, а також індукторів системи NRF2 / ARE як перспективних засобів патогенетичної терапії наслідків ЧМТ у людей. Автором запропоновано «Спосіб експериментальної терапії окисно-нітрозативного стресу» (пат. 131230).
Yavtushenko I.V. The role of transcription factors in the pathogenesis of free radical disorders in the cerebrum in experimental traumatic brain injury. – Qualification research work (manuscript). Dissertation for a Doctor of Philosophy Degree, Specialty “Medicine”. – Poltava State Medical University, Ministry of Health of Ukraine, Poltava, 2021; Poltava State Medical University, Ministry of Health of Ukraine, Poltava, 2021. This dissertation presents the conceptual synthesis and solution of the scientific issue aimed at elucidating the role of transcription factors NF-κB, AP-1 and Nrf2 in the mechanisms of free radical disorders in the cerebrum and the development of neurological deficit in the early period after the simulation of experimental craniocerebral injuries. The experiments were performed on 166 white male Wistar rats weighing 180-220 g. The methodology included experimental, biochemical, functional, neuroethological and mathematical-statistical methods and techniques. The study has demonstrated that over the period of early manifestations of traumatic disease following the simulation of traumatic brain injury, the cerebral tissue in the rats were found out to have the signs of oxidativenitrosative stress including an increase in superoxide anion radical compared to the results in the sham-injured animals (on the 3 day of post-traumatic by 47.8%, microsomal monooxygenases and NO-synthase by 44.5%, NADPH- oxidase of phagocytes by 69.3%, p <0.001), increased activity of inducible nitric oxide synthase (after 3 days by 78.5%, p <0.05, after 7 days by 88.0%, p <0.01, after 14 days by 71.2%, p <0.01) under the decline in the activity of ornithine decarboxylase, an enzyme of competitive (arginase) pathway of Larginine metabolism (after 3 days by 26.8%, after 7 days by 32.7%, after 14 days by 18.7%, p <0.001), reduction and impairment of the conjugation of the constitutive isoform of NO-synthase, growth in the concentration of peroxynitrite (after 3 days by 31.8%, p <0.01, after 7 days by 55.5 %, p<0.001, after 14 days by 32.9%, p <0.01) that was accompanied by the development of decompensated lipid peroxidation. After modelling the experimental traumatic brain injury, the survival rate of the rats, calculated by the Kaplan-Meyer procedure was 0.53 ± 0.09 on the 3rd day; 0.40 ± 0.09 on the 7th and 14th day. During the first week of the post-traumatic period, most rats show signs of neurological deficit such as impaired muscle tone, impaired coordination and pain response, accompanied by high values of the integrated indicator of neurological deficit ( 53.31 ± 2.47 scores on the 3 day, 51.33 ± 2.95 scores on the on the 7th day), deteriorated locomotion and psycho-emotional state. The development of oxidative-nitrosative stress in the brain of rats after the simulation of traumatic brain injury is associated with the activity of transcription factors NF-κB and AP-1. The use of their inhibitors (ammonium pyrrolidine dithiocarbamate, SR 11302) significantly reduces the production of superoxide anion radical in the cerebral tissue of the rats on the 7th day of the post-traumatic period (by mitochondria by 49.1 and 43.1%, respectively, p <0.001; by microsomal monooxygenases and NO-synthase by 45.3 and 38.8%, respectively, p <0.001) and the activity of inducible nitric oxide synthase (by 53.9 and 42.7%, respectively, p <0.01) with increasing ornithine decarboxylase activity (by 44.5 and 37.7%, respectively, p <0.001), improves the conjugation of its constitutive isoform, and limits the concentration of peroxynitrite (by 31.1%, p <0.001, and 20.3%, p <0.01, respectively) that is accompanied by the enervation of lipid peroxidation and the enhancement of antioxidant potential. Transcription factors NF-κB and AP-1 serve as important factors in the pathogenesis of neurological deficits after the reproduction of traumatic brain injury. The introduction of ammonium pyrrolidinedithiocarbamate and SR 11302 probably increases the survival rate of the rats over the period of the early manifestations of traumatic disease, significantly limits the impairment of muscle tone, coordination and pain response during the first week of the post-traumatic period that is accompanied by a significant decrease of integral neurological deficit index to 25.64±2.06 (twice as much) scores and to 31.50 ± 2.47 scores (by 38.6%), respectively, and by the improvement of behavioural reactions. Activation of the transcription factor NRF2 is an effective means to suppress oxidative-nitrosative stress in the brain of the rats after the simulation of traumatic brain injury. The use of inducers of the transcription factor NRF2 (dimethylfumarate and epigallocatechin-3-gallate) significantly reduces the production of superoxide anion radical in the cerebral tissue in the rats on the 7th day of the post-traumatic period (by mitochondria by 38.9 and 26.5%, respectively, p <0.001; microsomal monooxygenases and NO synthase by 34.4 and 21.0%, respectively, p <0.001) and the activity of inducible nitric oxide synthase (by 71.6%, p < 0.001, and 34.6%, p <0.02, respectively) with increasing ornithine decarboxylase activity (by 38.3, p<0.001, and 23.3%, p <0.02, respectively) that is accompanied by the inhibition of lipid peroxidation and the elevation in the antioxidant potential. Dimethyl fumarate, in contrast to epigallocatechin-3-gallate, possesses the ability to improve the conjugation of the constitutive isoform of NO synthase and limit the concentration of peroxynitrite (by 37.3%, p <0.001). Induction of the NRF2-associated signalling system is an effective means of limiting neurological deficits after the reproduction of traumatic brain injury. The introduction of dimethyl fumarate and epigallocatechin-3- gallate probably increases the survival rates of the rats over the period of the early manifestations of traumatic disease, significantly lessens disorders of muscle tone, coordination and pain response during the first week of the posttraumatic period that is supported by the significant decline of integral neurological deficit index to 27.08±2.73 scores (by 47.2%) and 35.08 ± 3.02 scores (by 31.7%). Applying of dimethylfumarate and, to a lesser extent, epigallocatechin-3-gallate during this time improves motor activity and exploratory behaviour, orientation response, as well as reduces the intensity of anxiety and fear. The study demonstrates that on the on the 7 day after the reproduction of traumatic brain injury, the administration of quercetin significantly lessens the signs of oxidative nitrosatous stress, reduces the generation of superoxide anion radical (by mitochondria - by 35.0%; microsomal monooxygenases and NO-synthase - by 30.2% p <0.001), and the activity of inducible nitric oxide synthase (by 45.3%, p <0.01) in the cerebral tissue of the rats under the increasing ornithine decarboxylase activity (by 25.3%, p <0.01), as well as improves the conjugation of its constitutive isoform (2.12 times, p <0.001) and limits the concentration of peroxynitrite (by 19.5%, p <0.01) that is accompanied by the inhibition of lipid peroxidation and increase in antioxidant potential. The use of quercetin probably increases the survival rate of the rats over the period of early manifestations of traumatic disease following the simulation of traumatic brain injury, significantly limits the impairment of muscle tone, motor coordination and pain response through the 1st week of post-traumatic period that is accompanied by a significant decrease in the integrated neurological deficit index to 27.15 ± 1.97 scores (by 47.1%), the improvement of motor activity, exploratory behaviour indicators, and orientation reaction, while no significant impact has been found out in terms of the indicator of emotional anxiety and fear (number of grooming acts). Scientific relevance of obtained results. The research has shown the development of oxidative-nitrosative stress in the brain of the rats after the simulation of traumatic brain injury is associated with the activity of transcription factors NF-κB and AP-1. The dissertation is the first to reveal that the application of inhibitors of these factors (ammonium pyrrolidinedithiocarbamate, SR 11302) significantly reduces the generation of superoxide anion radical and the activity of the inducible isoform of NOsynthase, limits the concentration of peroxynitrite in the cerebral tissue of the rats on day 7 of the posttraumatic period that is accompanied by the enervation of lipid peroxidation and the enhancement of antioxidant potential. The dissertation has provided the further developed of the concept that the transcription factors NF-κB and AP-1 play an important role in the pathogenesis of neurological deficits after the simulation of traumatic brain injury. The research has demonstrated for the first time that the introduction of ammonium pyrrolidinedithiocarbamate and SR 11302 probably increases the survival rate of rats over the period of early manifestations of traumatic disease, significantly reduces the integrated neurological deficit, and improves the behavioural responses of the animals. The present study demonstrates for the first time that the use of inducers of the transcription factor NRF2 (dimethylfumarate and epigallocatechin-3-gallate) significantly reduces the production of superoxide anionic radical and the activity of inducible isoform of NO-synthase in the cerebral tissue of the rats on the 7th day of the post-traumatic period under the increasing activity of ornithine decarboxylase that is accompanied by the suppression of lipid peroxidation and increased antioxidant potential. This research is the first demonstrating the introduction of dimethyl fumarate and epigallocatechin-3-gallate significantly increases the survival rate of the rats over the period of early manifestations of traumatic disease after the simulation of traumatic brain injury, significantly lessens the signs of neurological deficits during the first week of the post-traumatic period. The dissertation has contributed to the further elaboration of the idea that the administration of quercetin significantly enervates the signs of oxidative nitrosatous stress in the cerebral tissue of the rats on the day 7 day after the simulation of traumatic brain injury, as well as increases the survival rate of the rats over the period of early manifestations of traumatic disease after the trauma modelling trauma, and significantly lessens the signs of neurological deficit. Practical relevance of obtained results. The results of the present research prove that the assessment of oxidative-nitrosative stress in the tissue of the cerebral hemispheres of laboratory animals can be applied in experimental medicine as a sensitive method for assessing the severity of post-traumatic course after the craniocerebral trauma. The work provides experimental evidence in the appropriateness for the further investigation of inhibitors of transcription factors NF-κB and AP-1, as well as inducers of the NRF2 / IS system as promising means of pathogenetic therapy of trauma in humans. The author proposed "Method of experimental therapy of oxidativenitrosative stress" (Pat. No. 131230).
Ключові слова: черепно-мозкова травма
транскрипційні чинники NF-κB
AP-1 та Nrf2
окисно-нітрозативний стрес
головний мозок
виживаність
неврологічний дефіцит
поведінкові реакції
тести «Темно-світла камера» та «Відкрите поле»
traumatic brain injury
NF-κB
oxidative-nitrosative stress
AP-1 and Nrf2 transcription factors
brain
survival rate
neurological deficit
behavioural reactions
“Dark-light chamber” and “Open field” tests
УДК: 616.714 – 001:616.831
URI: http://repository.pdmu.edu.ua/handle/123456789/18237
Розташовується у зібраннях:Дисертації

Файли цього матеріалу:
Файл Опис РозмірФормат 
Yavtushenko_Dissertation.pdf3,5 MBAdobe PDFПереглянути/Відкрити


Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищені авторським правом, всі права збережені.