Characterisation of changes in the expression of the Eda2r gene under the influence of metformin in different tissues of the aged rat


Cite item

Full Text

Abstract

The study of molecular mechanisms underlying aging and the action of geroprotective agents represents a highly relevant area of biomedical research. This work investigates the effects of intragastric administration of metformin (35 and 70 mg/kg) on the expression of the Eda2r gene in various tissues of aged Wistar rats of both sexes. Gene expression analysis was performed using real-time PCR in 10 tissue types (brain, muscle, adipose tissue, liver, heart) and whole blood following 30-days of treatment. In male rats, metformin at a dose of 35 mg/kg induced a 30-fold increase in Eda2r expression in the quadriceps femoris muscle, whereas in females a 7-fold decrease was observed at a dose of 70 mg/kg. Additionally, a significant reduction in Eda2r expression was detected in the cardiac tissue of females. Sex-specific differences in Eda2r expression were observed both in control groups and in response to metformin, along with distinct tissue-specific coexpression patterns. These findings suggest that Eda2r is involved in tissue- and sex-specific regulation under aging conditions and highlight its potential as a molecular marker in gerontological research.

Full Text

Введение. Старение - многофакторный биологический процесс, сопровождающийся изменениями экспрессии генов и функционирования различных тканей организма [1]. В последние годы значительное внимание уделяется исследованию молекулярных механизмов старения, а также поиску фармакологических агентов, способных замедлять возрастные изменения. Одним из таких препаратов является метформин — гипогликемическое средство, демонстрирующее перспективные геропротективные свойства за счёт воздействия на клеточный метаболизм и воспалительные сигнальные пути [2].

Ген Eda2r (экстодисплазин рецептор A2) был выбран в качестве мишени исследования в связи с его вовлечённостью в процессы межклеточной коммуникации, апоптоза, воспаления и тканевого ремоделирования. Ранее была показана его связь с возрастными и метаболическими изменениями, а также с половой спецификой экспрессии в различных тканях, что делает данный ген потенциально значимым маркером для оценки молекулярных эффектов метформина в контексте старения [1]. Актуальность настоящего исследования обусловлена ограниченностью сведений о влиянии метформина на экспрессию Eda2r в тканеспецифичном и полозависимом контексте у старых особей. 

Цель работы – изучить влияние внутрижелудочного введения метформина разных доз на экспрессию гена Eda2r в тканях у старых крыс самок и самцов линии Вистар.

Материалы и методы исследования. Объектом исследования являлась кДНК образцов крови и биоптатов 10 тканей (три области мозга, 3 вида мышц и 2 вида жировой ткани, печень, сердце) крыс самок и самцов линии Вистар в возрасте 22 мес. Крысы были разделены на следующие группы: 1) контрольная (6 самок и 5 самцов), 2) крысы с внутрижелудочным введением метформина в дозе 35 мг/кг (7 самок и 6 самцов) и 3) крысы с внутрижелудочным введением метформина в дозе 70 мг/кг (7 самок и 2 самцов). Испытуемым животным препарат и физиологический раствор для контрольной группы вводили в течение 30 дней. По окончанию эксперимента крысы подвергались декапитации для извлечения биоматериала. Далее мРНК выделяли с помощью коммерческого реагента ExtractRNA (Евроген, Россия). Получение кДНК производили путем обратной транскрипции с помощью M-MuLV–RH ревертазы согласно инструкции (Биолабмикс, Россия). Дальнейшую количественную ПЦР в реальном времени проводили на амплификаторе CFX96 (БиоРад, США) с использованием подготовленной реакционной смеси БиоМастер HS-qPCR SYBR Blue (2×) (Биолабмикс, Россия) для получения данных Cq (Cycle Quantification) по гену Eda2r. В качестве референсного гена для расчета относительного уровня экспрессии методом Ливака использовались данные Cq по гену Gapdh [3]. Статистический расчет данных производился в программе GraphPad Prism версии 6.01 (GraphPad Software, Калифорния, США).

Проведение исследования было одобрено локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО Казанский ГМУ Минздрава России (Протокол №6 от 20.06.2023).

Результаты исследования. Отмечены значимые изменения уровня экспрессии гена Eda2r в четырехглавой мышце бедра крыс испытуемых групп обоего пола: у самцов, которым вводили метформин в дозе 30 мг/кг, уровень экспрессии был увеличен примерно в 30 раз относительно контрольной группы (p=0,0009), а у самок показано 7-кратное снижение при введении метформина в дозе 70 мг/кг (p=0.03) (Рисунок 1). А также отмечено значимое 3,5-кратное снижение экспрессии Eda2r в тканях сердца самок крыс, которым вводили метформин 70 мг/кг, относительно контроля (p=0.0008).

Рисунок 1. Относительные уровни экспрессии гена Eda2r, выраженная в log10, у самцов и самок крыс Вистар в 11 тканях. Сокращения: PC — префронтальная кора, Cereb. — мозжечок, Hip. — гиппокамп, WB — цельная кровь, S. fat — подкожный жир, V. fat — висцеральный жир, M. gastr. — икроножная мышца, M. quadr. — четырехглавая мышца, M. sol. — камбаловидная мышца.

 

Было показано, что в группе контрольных старых самок крыс линии Вистар относительно самцов уровень экспрессии гена Eda2r был повышен в 4,6 и 4,8 раз, соответственно (p=0.026 и p=0.031; Рисунок 2). Отмечено, также значимое 3,7-кратное и 4,5-кратное увеличение экспрессии Eda2r в гиппокампе и в ткани сердца самок, соответственно, контрольной группы по сравнению с самцами (p=0.031 и p=0.021; Рисунок 2). Далее при оценке кратности изменения экспрессии гена у крыс, которые подвергались лечению метформина в дозе 70 мг/кг было отмечено, что повышенная экспрессия сохранялась у самок в гиппокампе, но разница сократилась до 2.6 раз (p=0.034). Также у самок по сравнению с самцами после введения метформина в дозе 35 и 70 мг/кг значимо отмечалось увеличение экспрессии Eda2r в мозжечке почти в 3.8 и 3.1 раз (p=0.007 и p=0.047; Рисунок 2). В тканях четырехглавой мышце бедра, наоборот, отмечалось значимое снижение экспрессии гена Eda2r при введении метформина разных доз у самок по сравнению с самцами почти в 2 раза (p=0.0002 в дозе 35 мг/кг и p=0.044 в дозе 70 мг/кг).

 

Рисунок 2. Кратность изменения экспрессии гена Eda2r у самок по сравнению с самцами в 11 тканях крыс Вистар. Указаны ткани крыс, в которых были выявлены значимые различия (p<0,05). Сокращения: PC - префронтальная кора, Cereb. - мозжечок, Hip. - гиппокамп, M. quadr. - четырехглавая мышца, M. sol. - камбаловидная мышца.

 

После проведения корреляционного анализа экспрессии гена Eda2r крыс линии Вистар в разных тканях у старых самцов была обнаружена коэкспрессия Eda2r тканей подкожного жира с префронтальной корой (r=0.72, p=0.0277) и с сердцем (r=0.80, p=0.0101), а также значимая положительная корреляция экспрессии гена Eda2r крови с икроножной мышцей (r=0.68, p=0.0111) (Рисунок 3). У старых самок, также как у самцов, была обнаружена значимая корреляция экспрессии Eda2r тканей подкожного жира с префронтальной корой (r=-0.68, p=0.0072), однако она была обратной. Также экспрессия гена Eda2r тканей подкожного жира высоко коррелировала с экспрессией в висцеральном жире (r=0.92, p=3×10-5), была отмечена значимая коэкспрессия Eda2r в Musculus quadriceps и в сердце (r=0.47, p=0.0429) (Рисунок 3).

Рисунок 3. Корреляционная матрица экспрессии гена Eda2r в тканях старых самок и самцов крыс линии Вистар. Сокращения: PC - префронтальная кора, Cereb. - мозжечок, Hip. - гиппокамп, WB - цельная кровь, S. fat - подкожный жир, V. fat - висцеральный жир, M. gastr. - икроножная мышца, M. quadr. - четырехглавая мышца, M. sol. - камбаловидная мышца. Примечание: *p<0,05, **p<0,0001.

 

Заключение. Внутрижелудочное введение метформина оказывает дозозависимое и полозависимое влияние на экспрессию гена Eda2r в различных тканях старых крыс линии Вистар. Полученные данные свидетельствуют о высокой чувствительности четырёхглавой мышцы бедра и сердечной ткани к действию метформина, особенно у самок. Также была выявлена выраженная тканеспецифичность и половой диморфизм в экспрессии Eda2r. Корреляция между уровнями экспрессии Eda2r в различных тканях позволяют предположить участие данного гена в межтканевой регуляции метаболических процессов в условиях старения. Результаты работы расширяют представления о молекулярных механизмах действия метформина и подчеркивают значимость учёта половых различий при оценке эффективности геропротективных интервенций.

×

About the authors

Daria Nikolaevna Sidorova

Kazan State Medical University

Email: dora.s.02@inbox.ru
ORCID iD: 0009-0002-6020-9618
Russian Federation, 49, Butlerova street, 420012, Kazan, Russian Federation

Emilia Sergeevna Egorova

Kazan State Medical University

Email: jastspring@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6210-4660
Russian Federation, 49, Butlerova street, 420012, Kazan, Russian Federation

Elena Valeryevna Valeeva

Kazan State Medical University

Email: vevaleeva@ya.ru
ORCID iD: 0000-0001-7080-3878
Russian Federation, 49, Butlerova street, 420012, Kazan, Russian Federation

Ildus Ilyasovich Akhmetov

Kazan State Medical University

Author for correspondence.
Email: genoterra@mai.ru
ORCID iD: 0000-0002-6335-4020
Russian Federation, 49, Butlerova street, 420012, Kazan, Russian Federation

References

  1. Barbera, M. C., Guarrera, L., Re Cecconi, A. D., Cassanmagnago, G. A., Vallerga, A., Lunardi, M., ... & Bolis, M. (2025). Increased ectodysplasin-A2-receptor EDA2R is a ubiquitous hallmark of aging and mediates parainflammatory responses. Nature Communications, 16(1), 1898.
  2. Хафизова, А. З., Семина, И. И., Никитин, Д. О., & Мустафин, Р. И. (2025). Перспективы применения противодиабетического средства метформина как способ замедления биологического старения и возраст-ассоциированных заболеваний. Казанский медицинский журнал, 106(1), 105-116.
  3. Livak, K. J., & Schmittgen, T. D. (2001). Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2− ΔΔCT method. methods, 25(4), 402-408.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies