Involvement of SIRT1 and SIRT3 in Effects of Hypoxic Hypobaric Preconditioning on Hippocampal Damage Induced by Chronic Cerebral Hypoperfusion in C57/6j and a7nAchRs(-/-) Mice

Harmatina, Olha Yu; Rozova, Kateryna V; Vasylenko, Maryna I; Lapikova-Bryhinska, Tetiana Yu; Belikova, Maria V; Portnychenko, Alla G

SUMMARY:

Hypoxic preconditioning is known to induce neuroprotection, but its effects and pathways in chronic brain pathology still unknown. The aim was to establish an involvement of a7 subunit of nicotinic acetylcholine receptors (a7nAchRs), and sirtuins of 1 (SIRT1) and 3 (SIRT3) types in the effects of hypoxic hypobaric preconditioning on brain damage in mice with chronic cerebral hypoperfusion caused by the left common carotid artery occlusion. The male C57/6j (C57, wild type) and a7nAchRs(-/-) mice were divided to six experimental groups (10 mice per group): sham-operated C57, C57 with chronic cerebral hypoperfusion, C57 with hypoxic hypobaric preconditioning and chronic cerebral hypoperfusion, sham-operated a7nAchRs(-/-) mice, a7nAchRs(-/-) with chronic cerebral hypoperfusion, a7nAchRs(-/-) with hypoxic hypobaric preconditioning and chronic cerebral hypoperfusion. For preconditioning, mice were exposed to hypoxia by "lifting" in barochamber to simulated altitude of 5600 m a.s.l. for 1 h/day on 3 consecutive days before surgical manipulation. Expressions of SIRT1, SIRT3 in brain tissue, and histopathological changes of the hippocampi were examined. It was shown that 8-week chronic hypoperfusion of the brain, caused by unilateral occlusion of the common carotid artery, was accompanied by injury to the neurons of the hippocampi of both hemispheres, which was more pronounced on the side of the occlusion. This damage, as well as the mechanisms of neuroprotection induced by hypoxic preconditioning, were maintained for at least 8 weeks by mechanisms mediated through a7nAChRs. Deficite of a7nAChRs was accompanied with reduction of neuronal damage caused CCH in 8 weeks, as well as preconditioning effects, and lead to compensatory activation of regulatory and protective mechanisms mediated by SIRT1, in normal conditions and in CCH. In wild-type (C57) mice, protective mechanisms in CCH were realized to a greater extent by increased expression of SIRT3 in both hemispheres of the brain.

Se sabe que el precondicionamiento hipóxico induce neuroprotección, pero aún se desconocen sus efectos y vías en la patología cerebral crónica. El objetivo fue establecer la participación de la subunidad a7 de los receptores nicotínicos de acetilcolina (a7nAchR) y las sirtuinas de tipo 1 (SIRT1) y 3 (SIRT3) en los efectos del precondicionamiento hipóxico hipobárico sobre el daño cerebral en ratones con hipoperfusión cerebral crónica causada por la oclusión de la arteria carótida común izquierda. Los ratones macho C57/6j (C57, tipo salvaje) y a7nAchRs(-/-) se dividieron en seis grupos experimentales (10 ratones por grupo): C57 con operación simulada, C57 con hipoperfusión cerebral crónica, C57 con precondicionamiento hipobárico hipóxico y crónica. hipoperfusión cerebral, ratones a7nAchRs(-/-) operados de forma simulada, a7nAchRs(-/-) con hipoperfusión cerebral crónica, a7nAchRs(-/-) con precondicionamiento hipobárico hipóxico e hipoperfusión cerebral crónica. Para el preacondicionamiento, los ratones fueron expuestos a hipoxia "levantándolos" en una cámara de barro a una altitud simulada de 5600 m s.n.m. durante 1 h/día durante 3 días consecutivos antes de la manipulación quirúrgica. Se examinaron las expresiones de SIRT1, SIRT3 en tejido cerebral y los cambios histopatológicos de los hipocampos. Se demostró que la hipoperfusión cerebral crónica de 8 semanas, causada por la oclusión unilateral de la arteria carótida común, se acompañaba de lesión de las neuronas del hipocampo de ambos hemisferios y que era más pronunciada en el lado de la oclusión. Este daño, así como los mecanismos de neuroprotección inducidos por el precondicionamiento hipóxico, se mantuvieron durante al menos 8 semanas mediante mecanismos mediados por a7nAChR. El déficit de a7nAChR se acompañó de una reducción del daño neuronal causado por CCH en 8 semanas, así como de efectos de precondicionamiento, y condujo a una activación compensatoria de mecanismos reguladores y protectores mediados por SIRT1, en condiciones normales y en CCH. En ratones de tipo salvaje (C57), los mecanismos de protección en CCH se realizaron en mayor medida mediante una mayor expresión de SIRT3 en ambos hemisfe- rios del cerebro.