CC BY
75
УДК 616.831 - 008.9 - 092.9 Френкель Ю.Д.
РОЛЬ NO-СИНТАЗ У МЕХАН1ЗМАХ ПОРУШЕНЬ Б1ОЕНЕРГЕТИЧНИХ ПРОЦЕС1В У ТКАНИН ГОЛОВНОГО МОЗКУ ЗА УМОВ XPOHI4HOÏ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОÏ ГIПОМЕЛАТОНIНЕМIÏ
Микола'вський нацюнальний уыверситет iM. В.О. Сухомлинського
У експеримент!' на 25 блих щурах досл'джено роль функцонального стану NO-синтаз (NOS) у механзмах порушень вмсту та сп'тв'дношення адешннуклеотид'т у тканин головного мозку за умов хроычно'У експериментальноУ г'томелатошнем'УУ, яку в'дтворювали шляхом цлодобового освтлення тварин у доз1 1500 лк протягом 55 di6. Виявлено, що за цих умов функцонування нейронально'У nOs обмежуе розвиток боенергетичноУ недостатностi головного мозку. Основний внесок у зниженн1 концентрацИ макроерг1чних сполук та енергетичного потенц1алу забезпечуе ¡ндуцибельна NOS. Застосування L-аргiнiну обмежуе за умов хроычно'У експериментальноУ г'томелатошнем'УУ зниження АТФ та енергетичного потенц1алу в тканин великих пвкуль головного мозку.
Ключовi слова: гiпомелатонiнемiя, оксид азоту, NO-синтази, енергетичний MeTa6oni3M, адежннуклеотиди, головний мозок. Стаття е фрагментом плановоï НДР МиколаТвського национального ун1верситету ¡м. В.О. Сухомлинського „Вплив мелатон1ну на функцп систем оргашзму" (№ держреестрацп 0106U002994).
Велика ктькють дослщжень виявляе неоднозначну дш NO на бюенергетичш процеси. Показано, що NO викликае пригычення у кл^инах активност ферменпв циклу трикарбонових кислот - акоштази (акоштат-гщротази), дихального ланцюга мтохондрш -НАДН-убiхiноноксидоредуктази i сукцинат-убiхiноноксидо-редуктази, анаеробного глiколiза глщеральдегщ-3-фосфат-дегщрогенази [10,12,13].
У той же час в лiтературi наводяться дат про стимулюючу дш незначних ктькостей NO на мiтохондрiальне окиснення та фосфорилювання АДФ у тканин мозочка [7]. Повщомляеться, що активнють нейрональноУ та шдуцибельноТ NO-синтаз призводить до рiзноспрямованих змш бюенергетичних процеав у тканинах за умов дм стресорiв рiзноï природи [3].
В останнi роки показана здатнють мелатонiну пригнiчувати активнють шдуцибельно''' NO-синтази (iNOS) [16] та збтьшувати активнiсть нейронально' (nNOS) [15]. Саме з активнiстю iNOS найчаспше пов'язують продукцiю велико' ктькосп NO, здатного iнiцiювати гiпоксичний i втьнорадикальний некробiоз у тканинi головного мозку за умов його ппоксп, шемп / реперфузiï, запалення [4,6].
Проте NO-залежн механiзми порушення бюенергетичних процеав за умов ппомелатоншемп залишаються нез'ясованими.
Мета роботи
Вивчення ролi функцiонального стану NO-синтаз (NOS) у мехаызмах порушень BMicTy та сшввщношення аденiннуклеотидiв у тканинi головного мозку за умов хроычноТ експериментальноУ ппомелатоншеми'.
Матерiали та методи
Дослщження були проведенi на 25 бтих
щурах л i н iï Вютар масою 180-220 г у таких серiях дослiдiв: у першш - необхiднi показники вивчали у штактних тварин (контрольна серiя); у другш -пiсля вiдтворення хроычноТ гiпомелатонiнемiï; у третiй, четвертiй i п'ятш серiях - на ™i хронiчноï гiпомелатонiнемiï тваринам вводили вщповщно селективний iнгiбiтор nNOS - 7-ытрошдазол (7-NI), селективний iнгiбiтор iNOS - амшогуанщин, субстрат NOS - L-аргшш.
Хронiчну гiпомелатонiнемiю моделювали шляхом цтодобового освiтлення (1500 лк) щурiв термiном 55-ти дiб [9]. Зазначен вище сполуки вводили щоденно протягом останых 7 дiб освiтлення тварин внутршньоочеревинно: 7-NI -30 мг/кг [11], амшогуанщин - 20 мг/кг [14] та L-аргшш - 500 мг/кг [2]. Евтаназш тварин виконували методом дислокаци' шийних хреб^в пiд ефiрним наркозом. Об'ектом дослщження були велик пiвкулi головного мозку.
Концентрацш аденозинтри-, ди- та монофосфа^в (АТФ, АДФ i АМф) визначали з використанням набору фiрми "Behringer Mannheim GmbH" (Мангейм, ФРН); значення енергетичного потен^алу (ЕП) обчислювали за формулою: ЕП =
(АТФ+0, 5 АДФ)/(АТФ+АДФ+АМФ).
Отриманi дан пiддавали статистичнiй обробцi. Для перевiрки розподiлу на нормальнiсть було застосовано розрахунок критерш Шапiро-Вiлка. Якщо дан вiдповiдали нормальному розподiлу, то для Тх порiвняння використовували t-критерiй Ст'юдента для незалежних вибiрок. У випадку, коли ряди даних не пщлягали нормальному розподту, статистичну обробку здшснювали,
використовуючи непараметричний метод - тест Мана-В^нк Статистичнi розрахунки проводили з використанням програм "StatisticSoft 6.0".
Результати дослщження та ïx обговорення
Для оцшки бюенергетичного стану нами використано таю 6ioxiMi4Hi показники, як вмют АТФ, АДФ та АМФ, значення адентатного енергетичного заряду (енергетичного потен^алу).
АТФ е сполучною ланкою процеав, що вiдбуваються з видiленням i споживанням енергп, основною сполукою, що визначае енергетичний потен^ал бiосистеми [5]. На частку АТФ припадае до 80% загально''' кшькосп всiх адентових нуклеотидiв, рiвень яких в кл^инах пiдтримуеться на вiдносно постiйному рiвнi [1,8]. Основна кiлькiсть АТФ у головному мозку утворюеться внаслiдок окисного фосфорилювання в дихальному ланцюзi
Вплив Hai6imopie i субстрату NOS на 3mîhu вмсту та cnie
мтохондрш, незначна - в результат субстратного фосфорилювання.
Енергетичний запас кл^ини у виглядi макроерпчних сполук i субстра^в особливо важливий за умов кисневоТ недостатностi, оскiльки пiдтримання життeдiяльностi оргашв i органiзму в цiлому можливо до тих пiр, поки дефщит енергп не досягне певних критичних величин.
Концентра^я аденiннуклеотидiв у гомогенатi великих твкуль головного мозку iнтактних щурiв (див. табл.) складае: АТФ - 2,71±0,07 мкмоль/г, АДФ - 0,45±0,03 мкмоль/г, АМФ - 0,19±0,01 мкмоль/г. Сума аденiннуклеотидiв - 3,35±0,21 мкмоль/г. ЕП - 0,874±0,015.
Таблиця
шення аденiннуклеоmидiв у тканинi головного мозку за умов хронiчно'í експериментальноГ г'томелатошнемп (М+т, п=25)
Показники Серп' дослав
1нтактш тварини Гiпомелатонiнемiя (55 Ai6)
Контроль + 7-NI + амiно-гуанiдин + L-аргiнiн
АТФ, мкмоль/г 2,71±0,07 1,69±0,06* 1,48±0,04 */** 2,55±0,07** 1,92±0,07 */**
АДФ, мкмоль/г 0,45±0,03 0,28±0,03* 0,25±0,02* 0,42±0,03** 0,32±0,03*
АМФ, мкмоль/г 0,19±0,01 1,38±0,15* 1,80±0,14* 0,44±0,03 */** 1,24±0,11*
Сума аденiнну-клеотидiв, мкмоль/г 3,35±0,21 3,35±0,36 3,53±0,28 3,41±0,24 3,48±0,32
ЕП 0,874±0,015 0,546±0,013* 0,454±0,110* 0,809±0,015 */** 0,596±0,014 */**
npuMimKa: * - р<0,05 у порieняннi з даними iHmaKmHux шурв; **
За умов дм цтодобового осв^лення на бтих щурiв протягом 55-ти дiб у тканиш головного мозку вiдмiчаеться достовiрне зниження концентрацп АТФ i АДФ - вщповщно на 37.6% (p<0,001) та 37.8% (p<0,01) - у порiвняннi з даними штактно''' серп. Вмют АМФ збтьшуеться -у 7.3 рази (p<0,001). Сума аденiннуклеотидiв -3,35±0,36 мкмоль/г - достовiрно не змшюеться. ЕП знижуеться - на 37.5% (p<0,001) - у порiвняннi з даними iнтактноï групи. Все це свщчить про значне зниження у тканиш головного мозку ресинтезу макроерпчних сполук.
Введення селективного шпбтора nNOS 7-NI на тлГ цiлодобового осв^лення тварин протягом 55-ти дiб знижуе у тканинi головного мозку концентрацш АТФ - на 12,4% (p<0,02) - у порiвняннi з даними друго' серiï. Проте вмiст шших аденiннуклеотидiв та ЕП достовiрно не змшюються.
Введення селективного iнгiбiтора iNOS амiногуанiдину за умов експерименту достовiрно пiдвищуе у тканинi головного мозку концентрацш АТФ та АДФ - вщповщно на 50,9% (p<0,001) та 50,0% (p<0,02) - у порiвняннi з даними друго'' сери'. Вмют аМф - iстотно зменшуеться - на 68,1% (p<0,001) - у порiвняннi з результатом друго'' серп. ЕП - пщвищуеться -до 0,809±0,015, тобто та 48,2% (p<0,001).
Таким чином, пригнiчення iNOS за умов хрошчно' експериментально' гiпомелатонiнемiï суттево пщвищуе у тканинi головного мозку
р<0,05 у порieняннi з даними друаоТcepiï. щурiв процеси утворення макроерпчних сполук.
Отримаш нами результати пщтверджують уявлення про неоднозначну роль NO у розвитку нейродеструкцп ("NO-парадокс"), який, очевидно, пов'язаний з вщмшностями функцюнально''' компартентизацiï
конститутивних та шдуцибельно''' NO-генеруючих систем [3].
Внесення L-аргшшу на тлi цiлодобового освiтлення тварин протягом 55-ти дiб також пщвищуе у тканиш головного мозку концентрацш АТФ та ЕП - вщповщно на 13,6% (p<0,05) та 9,2% (p<0,05) - у порiвняннi з даними друго' серiï. Вмiст шших аденiннуклеотидiв достовiрно не змiнюеться.
Висновки
1. NO-синтазний механiзм утворення оксиду азоту залучений у мехашзми розвитку бюенергетично' недостатностi у тканинi великих швкуль головного мозку щурiв за умов хрошчно''' експериментально' ппомелатоншеми'.
2. За умов хрошчно''' експериментально' ппомелатоншеми функцiонування nNOS обмежуе розвиток бюенергетично''' недостатност головного мозку (застосування селективного шпб^ору nNOS 7-нiтроiндазолу сприяе зниженню АТФ у тканинi великих швкуль).
3. Основний внесок у зниженш концентрацп' макроергiчних сполук та енергетичного потен^алу в тканинi великих швкуль головного мозку щурГв за умов хрошчно'''
експериментальноУ ппомелатоншеми в^грае шдуцибельна iзофоpмa NO-синтази
(застосування селективного шпбтору iNOS амшогуанщину попереджуе iстотне зменшення концентрацп АТФ та енергетичного потен^алу.
4. Застосування L-арпншу обмежуе за умов хроычноТ' експериментальноУ ппомелатоншеми зниження АТФ та енергетичного потен^алу в ткaнинi великих твкуль головного мозку.
Лiтература
1. Беленичев И.Ф. Механизмы формирования ишемической нейродеструкции: соотношение оксида азота и тиол-дисульфидной системы как фактор, определяющий тип гибели нейрона / И.Ф. Беленичев, C.B. Павлов, Н.В. Бухтиярова // Нейронауки: теоретичш та кшшчш аспекти. - 2010. - Т.6, № 2. -С. 20-27.
2. Дробшська О. Вплив L-арпншу на ураження в слизовш оболонц шлунка, спpичиненi сеpотонiном / О. Дробшська, Л. Остапченко, О. Цирюк [та ш.] // Вюн. Львiв. ун-ту. Сер. бiол. -2004. - Вип. 38. - С . 201-204.
3. Костенко В.О. Мехашзми ауторегуляцп утворення оксиду азоту в оpгaнiзмi ссав^в та Тх порушення при розвитку патолопчних пpоцесiв / В.О. Костенко, Н.В. Соловйова, О.В. Коваленко [та ш.] // Актуaльнi проблеми сучасноТ медицини: Вюн. УкраТнськоТ мед. стоматол. академп. - 2011. - Т.11, №3. - C. 150-154.
4. Куровська В.О. Роль оксиду азоту в iшемiчних i iшемiчно-pепеpфузiйних ушкодженнях головного мозку / В.О. Куровська, В.П. Пшак, С.С. Ткачук // Буковинськ. мед. вюн. - 2008. - Т. 12, №4. - С. 143-149.
5. Лукьянова Л.Д. Роль биоэнергетических нарушений в патогенезе гипоксии / Л.Д. Лукьянова // Патол. физиол. и эксперим. терапия. - 2004. - № 2. - С.2-11.
6. Проблема оксида азота в неврологии / [Малахов В.А., Завгородняя А.Н., Лычко В.С и др.]. - Сумы : Изд-во СумГПУ им. А.С. Макаренко, 2009. - 242 с.
7. Сорокина Е.Г. Оксид азота и нитритные ионы в энергетике нейронов мозжечка / Е.Г. Сорокина, В.Г. Пинелис, В.П. Реутов [и др.] // Актуал. пробл. трансп. мед. - 2007. - № 4. - С. 133136.
8. Султанов В.С. Церебропротекторные и энергостабилизирующие эффекты полипренольного препарата ропрена при ишемии головного мозга у крыс / В.С. Султанов, И.В. Зарубина, П.Д. Шабанов // Обзоры по клин. фармакол. и лек. терапии. - 2010. - Т.8 - №3. - С. 31-47.
9. Френкель, Ю.Д. Прооксидантно-антиоксидантная система головного мозга крыс при гипо- и гипермелатонинемиях / Ю.Д. Френкель, О.И. Цебржинский // Высокие технологии. фундаментальные и прикладные исследования в физиологии, фармакологии и медицине. - Т. 1. - [сб. ст.] - науч. ред. А.П. Кудинов, Б.В. Крылов. - СПб, 2011. - С. 203-208.
10. Kwon N.S. Inhibition of tumor cell ribonucleotide reductase by macrophage-derived nitric oxide / N.S. Kwon, D.J. Stuehr, C.F. Hathan // J. Exp. Med. - 1991. - V.174, №4. - P.761-767
11. Laude K. NO produced by endothelial NO synthase is a mediator of delayed preconditioning-induced endothelial protection / K. Laude, J. Favre, C. Thuillez [et al.] // Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. -2003. - V.284, №6. - P. H2053-H2060.
12. Nitric Oxide, Second Edition: Biology and Pathobiology / L.J. Ignarro ed. - [2nd ed.]. - N.Y. : Science Press, 2009. - 845 p.
13. Stamler J.S. Redox signaling: nitrosylation and related target interactions of nitric oxide / J.S. Stamler // Cell. - 1994. - V.78. -P.931-936.
14. Takeuchi K. Role of endogenous nitric oxide (NO) and NO synthases in healing of indomethacin-induced intestinal ulcers in rats / K. Takeuchi, R. Hatazawa, M. Tanigami [et al.] // Life Sci. -2007. - V. 80, №4. - P. 329-336.
15. Sarti P. New evidence for cross talk between melatonin and mitochondria mediated by a circadian-compatible interaction with nitric oxide / P. Sarti, M.C. Magnifico, F. Altieri [et al.] // Int. J. Mol. Sci. - 2013. - V.14, №6. - P. 11259-11276.
16. Vilar A. Melatonin suppresses nitric oxide production in glial cultures by pro-inflammatory cytokines through p38 MAPK inhibition / A. Vilar, L. de Lemos, I. Patraca [et al.] // Free Radic. Res. - 2014. - V.48, №2. - P. 119-128.
Реферат
РОЛЬ NO-СИНТАЗ В МЕХАНИЗМАХ НАРУШЕНИЙ БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТКАНИ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ГИПОМЕЛАТОНИНЕМИИ Френкель Ю.Д.
Ключевые слова: гипомелатонинемия, оксид азота, NO-синтазы, энергетический метаболизм, адениннуклеотиды, головной мозг.
В эксперименте на 25 белых крысах исследована роль функционального состояния NO-синтаз (NOS) в механизмах нарушений содержания и соотношения адениннуклеотидов в ткани головного мозга при хронической экспериментальной гипомелатонинемии, воспроизводимой путем круглосуточного освещения животных в дозе 1500 лк в течение 55 суток. Выявлено, что в этих условиях функционирования нейрональная NOS ограничивает развитие биоэнергетической недостаточности головного мозга. Основной вклад в снижение концентрации макроэргических соединений и энергетического потенциала вносит индуцибельная NOS. Применение L-аргинина ограничивает в условиях хронической экспериментальной гипомелатонинемии снижение АТФ и энергетического потенциала в ткани больших полушарий головного мозга.
Summary
ROLE OF NO-SYNTHASES IN THE MECHANISMS OF IMPAIRMENT OF BIOENERGY PROCESSES IN CEREBRAL TISSUE UNDER CHRONIC MODELED HYPOMELATONINEMIA Frenkel Yu.D.
Key words: hypomelatoninemia, nitric oxide, NO-synthases, energy metabolism, adenine nucleotides, brain.
The experiment carried out on 25 white rats was designed to study the role of the functional state of NO-synthases (NOS) in the mechanisms of impairment of adenine nucleotides content and value in cerebral tissue under chronic modeled hypomelatoninemia. Animals were exposed to steady illumination at a dose of 1500 lux for 55 days. It has been found out in these conditions the functioning of neuronal NOS limits the development of bioenergy disturbances in the brain. Inducible NOS makes the most contribution to reducing the concentration of macroergic compounds. The use of L-arginine in chronic modeled hypomelatoninemia limits the decrease of ATP and energy resources in cerebral tissues.
