Relevance. In modern biomedicine, therapeutic strategies for neurological disorders are increasingly focused on the development of multitarget therapeutic approaches. Among the promising avenues, preparations based on conditioned media stand out. In the present work, for the first time, a genome-wide transcriptomic analysis of differential gene expression was performed in primary cortical neuron cultures incubated with conditioned medium from human glial progenitor cells under conditions of induced glutamate excitotoxicity. This study allows us to infer potential molecular mechanisms underlying the observed protective effect. Materials and methods. Conditioned medium was collected from human glial progenitor cell cultures and subjected to purification and concentration by tangential ultrafiltration. Excitotoxic glutamate exposure was modeled in primary cortical neurons from newborn (P0) rats by adding sodium glutamate to a final concentration of 100 µM. Cell viability was assessed using the MTT assay. Transcriptomic libraries were sequenced on the NextSeq 1000 platform (Illumina, USA); read quality control was performed with the FastQC tool. The R package edgeR was used for differential gene expression analysis (FDR < 0.05). Results and discussion. The conditioned medium was found to exert a dose-dependent neuroprotective effect: at a preparation concentration of 45 µg/mL, cell viability recovered to the level of the intact control. According to transcriptomic profiling data, the addition of conditioned medium against a background of glutamate stress was accompanied by upregulation of 173 genes and downregulation of 479 genes. The identified genes were grouped into functional categories with statistical significance. Among the most represented biological processes associated with activated genes were regeneration, cell-cell adhesion, response to oxidative stress, inhibition of apoptosis, and stimulation of the TGF-beta signaling pathway. Downregulated genes were predominantly linked to calcium transport, glutamatergic signal transmission, and regulation of neurite outgrowth and branching. The results obtained may indicate that components of the conditioned medium trigger antioxidant defense and repair cascades in neurons while simultaneously limiting excessive activation of glutamate receptors and calcium ion influx. Conclusion. The conditioned medium exhibits neuroprotective properties under conditions of glutamate-induced excitotoxicity. Presumably, this effect is based on the simultaneous induction of genes promoting survival and suppression of genes mediating glutamatergic neurotransmission. The totality of the data obtained confirms the promise of further development of therapeutic agents based on conditioned media from human glial progenitor cells for the treatment of neurological disorders.
Актуальность. В современной биомедицине стратегии лечения неврологических расстройств все чаще фокусируются на разработке мультитаргетных терапевтических подходов. Среди перспективных направлений выделяются препараты на основе кондиционированных сред. В данной работе впервые осуществлен полногеномный транскриптомный анализ дифференциальной экспрессии генов клеток первичной культуры кортикальных нейронов, проинкубированных с кондиционированной средой от глиальных клеток-предшественников человека на фоне индукции глутаматной эксайтотоксичности. Данное исследование позволяет предположить потенциальные молекулярные механизмы наблюдаемого защитного действия. Материалы и методы. Кондиционированную среду собирали от культуры глиальных предшественников человека и подвергали очистке и концентрированию методом тангенциальной ультрафильтрации. Эксайтотоксическое воздействие глутамата моделировали на первичных кортикальных нейронах новорожденных (Р0) крыс путем внесения натриевой соли глутамата в конечной концентрации 100 мкМ. Жизнеспособность клеток оценивали с помощью МТТ-теста. Транскриптомные библиотеки секвенировали на платформе NextSeq 1000 (Illumina, США), контроль качества прочтений производили с помощью утилиты FastQC. Для оценки дифференциальной экспрессии генов был использован R-пакет edgeR (значение FDR менее 0,05). Результаты и обсуждение. Исследование показало, что добавление 45 мкг/мл кондиционированной среды восстанавливает уровень выживаемости клеток до контрольных значений, то есть препарат обладает дозозависимым нейропротекорным действием. По результатам тракскриптомного профилирования добавление среды на фоне глутаматного стресса приводило к повышению экспрессии 173 генов и подавлению 479 генов. Дифференциально экспрессированные гены статистически достоверно кластеризовались по функциональным группам. К числу наиболее представленных биологических процессов, связанных с активированными генами, относились регенерация, межклеточная адгезия, ответ на окислительный стресс, ингибирование апоптоза и активация TGF-β-сигнального каскада. Гены, экспрессия которых снижалась, преимущественно участвовали в транспорте ионов кальция, глитаматергической нейропередаче и регуляции роста и ветвления нейритов. Полученные данные позволяют предположить, что компоненты кондиционированной среды запускают в нейронах программы антиоксидантной защиты и восстановления, одновременно ограничивая чрезмерную активацию глутаматных рецепторов и приток ионов кальция. Выводы. Исследуемый препарат кондиционированной среды обладает нейропротекторными свойствами в условиях глутамат-индуцированной эксайтотоксичности. Предположительно, в основе данного эффекта лежит одновременная индукция экспрессии генов, способствующих выживанию, и подавление генов, обеспечивающих глутаматергическую нейротрансмиссию. Совокупность полученных данных подтверждает перспективность дальнейшей разработки лекарственных средств на базе кондиционированных сред глиальных клеток-предшественников человека для терапии неврологических расстройств.