anatomyЖурнал анатомии и гистопатологииJournal of Anatomy and Histopathology2225-7357N.N. Burdenko Voronezh State Medical University10.18499/2225-7357-2018-7-4-61-66anatomy-744Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL PAPERSВлияние бактериофагального инфицирования микробиоты на экспрессию альфа-синуклеина в стенке кишечника крысInfluence of Bacteriophage Infections of Microbiota on the Expression of alpha-synuclein in the Rat Intestinal WallСергеевВ. Г.SergeevV. G.

Сергеев Валерий Георгиевич – д-р биол. наук, доцент, зав. кафедрой физиологии, клеточной биологии и биотехнологии ФГБОУ ВО «Удмуртский государственный университет», зав. учебно-экспериментальной лаборатории ФГБОУ ВО «Ижевская государственная медицинская академия»

426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 (корп. 1)

Izhevsk

cellbio@yandex.ruТанаеваМ. С.TanaevaM. S.

Танаева Мария Сергеевна – магистрант программы «Биология клетки» 

426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 (корп. 1)

Izhevsk

tanaeva_mary@mail.ruСергееваТ. Н.SergeevaT. N.

Сергеева Татьяна Николаевна – доцент кафедры физиологии, клеточной биологии и биотехнологии

426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 (корп. 1)

 

Izhevsk

tnbio@ya.ruЧучковВ. М.ChuchkovV. M.

Чучков Виктор Михайлович – д-р мед. наук, профессор, профессор кафедры физиологии, клеточной биологии и биотехнологии

426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 (корп. 1)

Izhevsk

chuchkov.vm@obr18.ruФГБОУ ВО «Удмуртский государственный университет»; ФГБОУ ВО «Ижевская государственная медицинская академия»Udmurt State Univrsity; Izhevsk State Medical AcademyФГБОУ ВО «Удмуртский государственный университет»Udmurt State Univrsity201810012019746166Copyright © Сергеев В.Г., Танаева М.С., Сергеева Т.Н., Чучков В.М., 20192019Сергеев В.Г., Танаева М.С., Сергеева Т.Н., Чучков В.М.Sergeev V.G., Tanaeva M.S., Sergeeva T.N., Chuchkov V.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://anatomy.elpub.ru/jour/article/view/744

Цель работы – изучить влияние бактериофагального инфицирования микробиоты на экспрессию альфа-синуклеина (А-син) в клетках стенки различных отделов тонкой кишки крыс.

Материал и методы

Материал и методы. Работа выполнена на крысах линии Вистар, которым один раз в сутки ректально вводили коктейль бактериофагов против патогенных бактерий (основная группа, n=6) или стерильный физиологический раствор (контрольная группа, n=6). Через 10 сут животных выводили из эксперимента, различные участки тонкой кишки замораживали на сухом льду и готовили криостатные срезы для иммуногистохимического выявления локализации А-син в клетках стенки кишечника. В предварительно отобранных пробах крови животных определяли концентрацию А-син в плазме при помощи иммуноферментного метода.

Результаты

Результаты. Иммунопозитивные к А-син лимфоциты локализовались в собственной пластинке слизистой оболочки и подслизистой основе. Их общая численная плотность на стандартной площадке в подвздошной кишке достоверно превышала таковую в дистальном отделе тощей кишки. Через 10 сут ректального введения бактериофагов во всех изученных отделах тонкой кишки обнаруживалось достоверное количественное увеличение лимфоцитов, иммунопозитивных к А-син, и усиление экспрессии этого белка в нейронах межмышечных и подслизистых нервных сплетений. Измерение уровня А-син в плазме крови крыс экспериментальной группы показало достоверное увеличение концентрации этого белка относительно контроля.

Выводы

Выводы. Бактериофагальное инфицирование микробиоты оказывает выраженное стимулирующее влияние на содержание А-син в нейронах, локализованных в нервных сплетениях стенки тонкой кишки и увеличивает количество инфильтрирующих слизистую оболочку лимфоцитов экспрессирующих А-син. Более высокие уровни А-син в плазме крови животных экспериментальной группы могут быть следствием его повышенной продукции в стенке кишечника как лимфоцитами, так и нейронами ЭНС в условиях повышения кишечной проницаемости, вызванной дисбалансом микробиоты.

The aim of the study was to identify the effect of bacteriophage microbiota infection on the expression of alpha-synuclein (A-syn) in rat small intestinal wall cells.

Material and methods

Material and methods. The work was performed on Wistar rats, which once a day rectally injected a cocktail of bacteriophages against pathogenic bacteria or sterile saline (control). Various parts of the small intestine were frozen on dry ice, and cryostat sections were prepared to immunohistochemically investigation the localization of A-syn in the cells of the intestinal wall after 10 days of experiment.

Results

Results. A significant quantitative increase of immunopositive to A-syn lymphocytes and an increase in the expression of this protein in the neurons of the intermuscular and submucous nerve plexuses were detected.

Conclusion

Conclusion. Bacteriophage infection of the microbiota has a pronounced effect on the expression of alpha synuclein in lymphocytes and neurons localized in the wall of the small intestine.

альфа-синуклеинсинуклеопатииэнтеральная нервная системалимфоцитыбактериофагиalpha-synucleinsynucleopathiesenteral nervous systemlymphocytesbacteriophagesРФФИ, грант № 18-015-00177аReferencesСергеева Т. Н., Белослудцева Н. С., Швецова М. А., Вежеева О. А., Сергеев В. Г. Отсроченные нейровоспалительные и поведенческие эффекты введения альфа-синуклеина в черную субстанцию мозга крыс. Вестник Удмуртского университета. Серия биология. Науки о земле. 2014; 2: 83–88.Sergeeva T.N., Belosludtseva N.S., Shvetsova M.A., Vezheeva O.A., Sergeev V.G. Otsrochennye nejrovospalitel'nye i povedencheskie ehffekty vvedeniya al'fa-sinukleina v chernuyu substanciyu mozga krys [Delayed neuroinflammatory and behavioral effects of alpha-synuclein injection into the rat substance nigra]. Vestnik Udmurtskogo universiteta. Ser.Biologiya. Nauki o zemle. 2014; 2: 83–88 (in Russian).Сергеева Т. Н., Сергеев В. Г., Толстолуцкая Т. О.Влияние бактериального эндотоксина на экспрессию aсинуклеина в лейкоцитах лимфатических узлов крыс. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2010; 150(9): 317–320.Sergeeva T.N., Sergeev V.G., Tolstoluckaya T.O. Vliyanie bakterial'nogo ehndotoksina na ekspressiyu al'fa-sinukleina v lejkocitah limfaticheskih uzlov krys [Effects of bacterial endotoxin on an expression alpha- synuclein in leukocytes of rats lymph nodes]. Byulleten' ehksperimental'noj biologii i mediciny. 2010; 150(9): 317–320 (in Russian).Ashida H., Ogawa M., Kim M. et al.Bacteria and host interactions in the gut epithelial barrier. Nature Chemical Biology. 2011; 8: 36–45.Ashida H., Ogawa M., Kim M. et al. Bacteria and host interactions in the gut epithelial barrier. Nature Chemical Biology. 2011; 8: 36–45.Conway K. A., Lee S. J., Rochet J. C. et al. Acceleration of oligomerization, not fibrillization, is a shared property of both alpha-synuclein mutations linked to early-onset Parkinson's disease: implications for pathogenesis and therapy. Proc Natl Acad Sci U S A. 2000; 97(2): 571–576.Conway K.A., Lee S.J., Rochet J.C. et al. Acceleration of oligomerization, not fibrillization, is a shared property of both alpha-synuclein mutations linked to early-onset Parkinson's disease: implications for pathogenesis and therapy. Proc Natl Acad Sci U S A. 2000; 97(2): 571–576 .Dalmasso M., Hill C., Ross R. Exploiting gut bacteriophages for human health. Trends Microbiol. 2014; 22: 399–405.Dalmasso M., Hill C., Ross R. Exploiting gut bacteriophages for human health. Trends Microbiol. 2014; 22: 399–405.Farrer M. J. Genetics of Parkinson disease: paradigm shifts and future prospects. Nat Rev Genet. 2006; 7(4): 306–318 .Farrer M.J. Genetics of Parkinson disease: paradigm shifts and future prospects. Nat Rev Genet. 2006; 7(4): 306–318 .Forsyth C. B, Shannon K. M., Kordower J. H. et al. Increased intestinal permeability correlates with sigmoid mucosa alpha-synuclein staining and endotoxin exposure markers in early Parkinson’s disease. PLoS One. 2011; 6(12):e28032.Forsyth C.B, Shannon K.M., Kordower J.H. et al. Increased intestinal permeability correlates with sigmoid mucosa alpha-synuclein staining and endotoxin exposure markers in early Parkinson’s disease. PLoS One. 2011; 6(12):e28032.Holmqvist S., Chutna O., Bousset L. et al. Direct evidence of Parkinson pathology spread from the gastrointestinal tract to the brain in rats. Acta Neuropathol. 2014; 128(6): 805–820.Holmqvist S., Chutna O., Bousset L. et al. Direct evidence of Parkinson pathology spread from the gastrointestinal tract to the brain in rats. Acta Neuropathol. 2014; 128(6): 805–820.Ibáñez P., Bonnet A. M., Débarges B., et al.Causal relation between alpha-synuclein gene duplication and familial Parkinson's disease. Lancet. 2004; 364: 1169–1171.Ibáñez P., Bonnet A. M., Débarges B., et al. Causal relation between alpha-synuclein gene duplication and familial Parkinson's disease. Lancet. 2004; 364: 1169–1171.Kelly L. P., Carvey P. M., Keshavarzian A. et al. Progression of intestinal permeability changes and alpha-synuclein expression in a mouse model of Parkinson’s disease. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 2014; 29(8): 999–1009.Kelly L. P., Carvey P. M., Keshavarzian A. et al. Progression of intestinal permeability changes and alpha-synuclein expression in a mouse model of Parkinson’s disease. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 2014; 29(8): 999–1009.Krüger R., Kuhn W., Müller T., et al. Ala30Pro mutation in the gene encoding alpha-synuclein in Parkinson's disease. Nat Genet. 1998. 18 (2): 106-108.Krüger R., Kuhn W., Müller T., et al. Ala30Pro mutation in the gene encoding alpha-synuclein in Parkinson's disease. Nat Genet. 1998. 18 (2): 106-108.Natividad J., Verdu E. Modulation of intestinal barrier by intestinal microbiota: pathological and therapeutic implications. Pharmacol. Res. 2013; 69: 42–51.Natividad J., Verdu E. Modulation of intestinal barrier by intestinal microbiota: pathological and therapeutic implications. Pharmacol. Res. 2013; 69: 42–51.Nemzek J. A., Hugunin K., Opp M. R. Modeling sepsis in the laboratory: merging sound science with animal well-being. Comp. med. 2008; 58: 120–128.Nemzek J. A., Hugunin K., Opp M. R. Modeling sepsis in the laboratory: merging sound science with animal well-being. Comp. med. 2008; 58: 120–128.Paillusson S., Clairembault T., Biraud M., Neunlist M., Derkinderen P. Activity-dependent secretion of alpha-synuclein by enteric neurons. J Neurochem. 2013; 125(4): 512–517.Paillusson S., Clairembault T., Biraud M., Neunlist M., Derkinderen P. Activity-dependent secretion of alpha-synuclein by enteric neurons. J Neurochem. 2013; 125(4): 512–517.Polymeropoulos M. H., Lavedan C., Leroy E. et al. Mutation in the alpha-synuclein gene identified in families with Parkinson's disease. Science. 1997; 276:2045– 2047.Polymeropoulos M. H., Lavedan C., Leroy E. et al. Mutation in the alpha-synuclein gene identified in families with Parkinson's disease. Science. 1997; 276:2045– 2047.Sommer F., Bäckhed F. The gut microbiota — masters of host development and physiology. Nat. Rev. Microbiol. 2013; 11: 227–238.Sommer F., Bäckhed F. The gut microbiota — masters of host development and physiology. Nat. Rev. Microbiol. 2013; 11: 227–238.Stolzenberg E., Berry D., Yang D. et al.A role for neuronal alpha synuclein in gastrointestinal immunity. J Innate Immun. 2017; 9(5): 456–463.Stolzenberg E., Berry D., Yang D. et al. A role for neuronal alpha synuclein in gastrointestinal immunity. J Innate Immun. 2017; 9(5): 456–463.del Tredici K., Braak H.Review: Sporadic Parkinson’s disease: development and distribution of alpha-synuclein pathology. Neuropathol Appl Neurobiol. 2016; 42(1): 33–50.del Tredici K., Braak H. Review: Sporadic Parkinson’s disease: development and distribution of alpha-synuclein pathology. Neuropathol Appl Neurobiol. 2016; 42(1): 33–50.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.