Миметик мозгового нейротрофического фактора ГСБ-106 оказывает нейропротекторные и нейрорегенеративные эффекты в условиях экспериментального ишемического инсульта

   Актуальность. Димерный дипептидный миметик 4-й петли мозгового нейротрофического фактора (brain-derived neurotrophic factor, BDNF) гексаметилендиамид бис(N-моносукцинил-L-серил-L-лизина) (GSB-106), активирующий TrkB, PI3K/AKT, MAPK/ERK и PLC-γ1, был создан в НИИ фармакологии имени В. В. Закусова. Для ГСБ-106 была выявлена нейропротекторная активность в экспериментах in vitro и in vivo при системном введении.

   Цель. В настоящем исследовании мы изучили влияние ГСБ-106 на объём инфаркта мозга, а также на нейрогенез и синаптогенез в условиях экспериментального ишемического инсульта, индуцированного транзиторной окклюзией средней мозговой артерии у крыс, при его первом введении через 24 ч после моделирования ишемии.

   Методы. Дипептид ГСБ-106 вводили внутрибрюшинно в дозе 0,1 мг/кг 1 раз в день в течение 6 дней. На 7-й день мозговой материал собирали для морфометрических и биохимических (Вестерн-блот анализ) исследований.

   Результаты. Было установлено, что ГСБ-106 снижал объём инфаркта мозга в среднем на 24 %, стимулировал угнетённый нейро- и/или глиогенез (по маркеру пролиферации Ki-67) в гиппокампе и стриатуме и полностью восстанавливал иммунореактивность к синаптическим маркерам синаптофизину и PSD-95 в стриатуме ишемизированного полушария.

   Заключение. Таким образом, димерный дипептидный миметик BDNF ГСБ-106 проявляет нейрорегенеративные свойства в условиях клинически значимого (24 ч) терапевтического окна на модели ишемического инсульта, и эти свойства предположительно обусловлены стимуляцией нейрогенеза (и / или глиогенеза) и синаптогенеза.

1. Kowiański P, Lietzau G, Czuba E et al. BDNF: A key factor with multipotent impact on brain signaling and synaptic plasticity. Cell Mol Neurobiol. 2018; 38 (3) :579–593. DOI: 10.1007/s10571-017-0510-4.

2. Autry A. E., Monteggia L. M. Brain-derived neurotrophic factor and neuropsychiatric disorders. Pharmacol Rev. 2012; 64 (2): 238–258. DOI: 10.1124/pr.111.005108.

3. Stanne T. M., Aberg N. D., Nilsson S. et al. Low circulating acute brain-derived neurotrophic factor levels are associated with poor long-term functional outcome after ischemic stroke. Stroke. 2016; 47 (7): 1943–1945. DOI: 10.1161/STROKEAHA.115.012383.

4. Zhang Y., Qiu B., Wang J. et al. Effects of BDNF-transfected BMSCs on neural functional recovery and synaptophysin expression in rats with cerebral infarction. Mol Neurobiol. 2017; 54 (5): 3813–3824. DOI: 10.1007/s12035-016-9946-7.

5. Yu S.-J., Tseng K.-Y., Shen H. et al. Local administration of AAV-BDNF to subventricular zone induces functional recovery in stroke rats. PLoS One. 2013; 8 (12): e81750. DOI: 10.1371/journal.pone.0081750.

6. Han Q., Li B., Feng H., et al. The promotion of cerebral ischemia recovery in rats by laminin-binding BDNF. Biomaterials. 2011; 32 (22): 5077–5085. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2011.03.072

7. Schäbitz W. R., Steigleder T., Cooper-Kuhn C. M., et al. Intravenous brain-derived neurotrophic factor enhances poststroke sensorimotor recovery and stimulates neurogenesis. Stroke. 2007; 38 (7): 2165–2172. DOI: 10.1161/STROKEAHA.106.477331.

8. Jeong C. H., Kim S. M., Lim J. Y. et al. Mesenchymal stem cells expressing brain-derived neurotrophic factor enhance endogenous neurogenesis in an ischemic stroke model. Biomed Res Int. 2014;2014. DOI: 10.1155/2014/129145.

9. Fletcher J. M., Hughes R. A. Modified low molecular weight cyclic peptides as mimetics of BDNF with improved potency, proteolytic stability and transmembrane passage in vitro. Bioorganic Med Chem. 2009; 17 (7): 2695–2702. DOI: 10.1016/j.bmc.2009.02.053.

10. Zhao S., Yu A., Wang X. et al. Post-Injury Treatment of 7,8-Dihydroxyflavone Promotes Neurogenesis in the Hippocampus of the Adult Mouse. J Neurotrauma. 2016; 33 (22): 2055–2064. DOI: 10.1089/neu.2015.4036.

11. Han J., Pollak J., Yang T., et al. Delayed administration of a small molecule TrkB ligand promotes recovery after hypoxic- ischemic stroke. Stroke. 2012; 43 (7): 1918–1924. DOI: 10.1161/STROKEAHA.111.641878.

12. Гудашева Т. А. Дизайн и синтез дипептидных миметиков мозгового нейротрофического фактора / Т. А. Гудашева [и др.] // Биоорганическая Химия. – 2012. –38 (3): 280–290. [Gudasheva T. A., Tarasyuk A. V., Pomogaibo S. V. et al. Gudasheva T. A., Tarasyuk A. V., Pomogaibo S. V. et al. Design and synthesis of dipeptide mimetics of the brain-derived neurotrophic factor. Russ J Bioorg Khim. 2012; 38 (3): 280–290. (In Russ.)]. DOI: 10.1134/S1068162012030053.

13. Gudasheva T. A., Povarnina P., Logvinov I. O. et al. Mimetics of brain-derived neurotrophic factor loops 1 and 4 are active in a model of ischemic stroke in rats. Drug Des Devel Ther. 2016; 10: 3545–3553. DOI: 10.2147/DDDT.S118768.

14. Гудашева Т. А. Дипептидные миметики отдельных петель NGF и BDNF активируют PLC-γ1. / Т. А. Гудашева [и др.] // Доклады РАН. Науки о жизни. – 2020. – 494 (1): 486–490. DOI: 10.31857/S2686738920050133. [Gudasheva T. A., Logvinov I. O., Nikolaev S. et al. Dipeptide mimetics of different NGF and BDNF loops activate PLC-γ1. Dokl Biochem Biophys. 2020; 494 (1): 244–247 (In Russ). DOI: 10.1134/S1607672920050075 ].

15. Гудашева Т. А. Дипептидный миметик 4-й петли мозгового нейротрофического фактора ГСБ-106 активирует TrkB, Erk, Аkt и способствует выживаемости нейронов in vitro / Т. А. Гудашева [и др.] // Доклады Академии наук. – 2013. – 451 (5): 577. DOI: 10.7868/S0869565213240250. [Gudasheva T. A., Logvinov I. O., Antipova T. A., Seredenin S. B. Brain-derived neurotrophic factor loop 4 dipeptide mimetic GSB-106 activates TrkB, Erk, and Akt and promotes neuronal survival in vitro. Dokl Biochem Biophys. 2013; 451: 212–214. (In Russ). DOI: 10.1134/S1607672913040121 ].

16. Gudasheva T. A., Povarnina P., Tarasiuk A. V., Seredenin S. B. The low molecular weight brain-derived neurotrophic factor mimetics with antidepressant-like activity. Curr Pharm Des. 2019; 25 (6): 729–737. DOI: 10.2174/1381612825666190329122852.

17. Колыванов Г. Б. Сравнительная доклиническая фармакокинетика и биодоступность таблетированной лекарственной формы антидепрессанта ГСБ-106 / Г. Б. Колываноыв [и др.] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2019. – 167 (5): 577-580. [Kolyvanov G. B., Zherdev V. P., Gribakina O. G., et al. Comparative preclinical pharmacokinetics and bioavailability of antidepressant GSB-106 tablet form. Bull Exp Biol Med. 2019; 167 (5): 637–640. (In Russ).]. DOI: 10.1007/s10517-019-04587-w.

18. Алексеева С. В. Исследование острой и хронической токсичности готовой лекарственной формы дипептидного миметика мозгового нейротрофического фактора ГСБ-106 / С. В. Алексеева [и др.] // Фармакокинетика и фармакодинамика. – 2019. – (2): 46-50. [Alekseeva S. V., Sorokina A. V., Volkova A. V., Zabrodina V. V., Miroshkina I. A., Kachalov K. S., Alekseev I. V., Zaharov A. D., Povarnina P. Yu., Durnev A. D. The study of the acute and chronic toxicity dipeptide mimetic of brain-derived neurotrophic factor GSB-106 finished dosage form. Farmakokinetika i farmakodinamika. 2019;(2): 46–50. (In Russ).]. DOI: 10.24411/2587-7836-2019-10047.

19. Гудашева Т. А. Дипептидный миметик мозгового нейротрофического фактора предотвращает нарушение нейрогенеза у стрессированных мышей / Т. А. Гудашева, П. Ю. Поварнина, С. Б. Середенин // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. –2016. – 162. – (10): 448–451. [Gudasheva T. A., Povarnina P. Y., Seredenin S. B. Dipeptide Mimetic of the Brain-derived Neurotrophic Factor Prevents Impairments of Neurogenesis in Stressed Mice. Bull Exp Biol Med. 2017; 162 (4): 454–457. (In Russ).]. DOI: 10.1007/s10517-017-3638-9.

20. Гудашева Т. А. Дипептидный миметик BDNF ГСБ-106 с антидепрессивной активностью стимулирует синаптогенез / Т. А. Гудашева [и др.] // Доклады Академии Наук. – 2018. – 481 (6): 691– 693. DOI: 10.31857/S086956520002110-4. [Gudasheva T. A., Povarnina P. Y., Antipova T. A., Seredenin S. B. Dipeptide mimetic of the BDNF GSB-106 with antidepressant-like activity stimulates synaptogenesis. Dokl Biochem Biophys. 2018; 481 (1): 225-227. (In Russ). DOI: 10.1134/S1607672918040130. ].

21. McCullough L. D., Liu F. Middle cerebral artery occlusion model in rodents: Methods and potential pitfalls. J Biomed Biotechnol. 2011; 2011: 464701. DOI: 10.1155/2011/464701.

22. Longa E. Z., Weinstein P. R., Carlson S., Cummins R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 1989; 20 (1): 84–91. DOI: 10.1161/01.STR.20.1.84.

23. Bederson J. B., Pitts L., Germano S., Nishimura M. et al. Evaluation of 2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride as a stain for detection and quantification of experimental cerebral infarction in rats. Stroke. 1986; 17 (6): 1304–1308. DOI: 10.1161/01.str.17.6.1304.

24. Alam A. A model for formulation of protein assay. Anal Biochem. 1992; 203 (1): 121–126. DOI: 10.1016/0003-2697(92)90051-8.

25. Towbin H., Staehelin T., Gordon J. Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: procedure and some applications. Proc Natl Acad Sci. 1979; 76 (9): 4350–4354. DOI: 10.1073/pnas.76.9.4350.

26. Numakawa T., Odaka H., Adachi N. Actions of brain-derived neurotrophin factor in the neurogenesis and neuronal function, and its involvement in the pathophysiology of brain diseases. Int J Mol Sci. 2018; 19 (11): 3650. DOI: 10.3390/ijms19113650.

27. Chiaramello S., Dalmasso G., Bezin L. et al. BDNF/TrkB interaction regulates migration of SVZ precursor cells via PI3-K and MAP-K signalling pathways. Eur J Neurosci. 2007; 26 (7): 1780–1790. DOI: 10.1111/j.1460-9568.2007.05818.x.

28. Bath K. G., Akins M. R., Lee F. S. BDNF control of adult SVZ neurogenesis. Dev Psychobiol. 2012;54(6):578–589. DOI: 10.1002/dev.20546.

29. Mizui T. BDNF and Synaptic Plasticity: The Recent Cell Biology for Understanding of Brain Disorders. Clin Pharmacol Biopharm. 2013; S1: 004. DOI: 10.4172/2167-065x.s1-004.

30. Yoshii A., Constantine-Paton M. Postsynaptic BDNF-TrkB signaling in synapse maturation, plasticity, and disease. Dev Neurobiol. 2010; 70 (5): 304–322. DOI: 10.1002/dneu.20765.

31. Tartaglia N., Du J., Tyler W. J. et al. Protein Synthesis-dependent and -independent regulation of hippocampal synapses by brain-derived neurotrophic factor. J Biol Chem. 2001; 276 (40): 37585–37593. DOI: 10.1074/jbc.M101683200.