CC BY
15
ФИЗИОЛОГИЯ
ВАЗОРЕЛАКСАНТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ДИТЕРПЕНОИДНОГО АЛКАЛОИДА 6-О-БЕНЗОИЛГЕТЕРАТИЗИНА НА ФУНКЦИОНАЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ ГЛАДКОМЫШЕЧНЫХ КЛЕТОК АОРТЫ КРЫСЫ
Бакиева Муаззам Шарифджановна
преподаватель Наманганского государственного университета,
Узбекистан, г. Наманган E-mail: Bakieva_MSh@bk.ru
Зайнабиддинов Анвар Эркинджанович
д-р биол. наук Андижанского государственного университета,
Узбекистан, г. Андижан E-mail: Azaynabiddinov@bk. ru
Усманов Пулат Бекмуратович
д-р биол. наук, проф., Институт биофизики и биохимии при Национальном университете Узбекистана,
Узбекистан, г. Ташкент E-mail: Pulat.Usmanov@mail.ru
VASORELAXANT EFFECT OF 6-O-BENZOYLGETERATISINE, A DITERPENE ALKALOID ON FUNCTIONAL ACTIVITY OF RAT AORTA SMOOTH MUSCLE CELLS
Muazzam Bakieva
the teacher, Namangan State University, Uzbekistan. Namangan
Anvar Zaynabiddinov
d.biol.sci., Andijan State University, Uzbekistan, Andijan
Pulat Usmanov
d.biol.sci., prof., Institute of Biophysics and Biochemistry at the National University of Uzbekistan,
Uzbekistan, Tashkent
Блогадарность. Работа выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных исследований АНРУз (проект №ФА-Ф-6-004). Авторы выражают искреннюю благодарность сотрудника института ИХРВ АН РУз д-р хим. наук Б.Т.Салимову за любезное предоставление алкалоида 6-О-бензоилгетератизина.
АННОТАЦИЯ
Изучено действие дитерпеноидного алкалоида 6-О-бензоилгетератизина на функциональную активность гладкомышечных клеток аорты крысы. Регистрацию изометрической силы проводили с помощью преобразователя силы типа FT-03 (Grass Instrument Co., США). Обнаружено, что 6-О-бензоилгетератизин (5-250 мкМ) обладают выраженным вазорелаксантным действием и установлено, что релаксантный эффект 6-О-бензоилгетератизина обусловлено модуляцией активности VOCC, а также SOCC/ROCC сарколеммы ГМК.
ABSTRACT
The effect of 6-O-benzoylgeteratisin on the contractile activity of the rat aorta smooth muscle cells was studied. Isometric tension forces were recorded using a force transducer FT-03 (Grass Instrument Co., USA). Obtained results suggest that 6-O-benzoylgeteratisin (5-250 micromol/L4) relaxed the aorta SMC by supressing the Ca2+ entre into SMC both through VOCC and SOCC/ROCC.
Ключевые слова: аорта, ГМК, Са2+-канал, 6-О-бензоилгетератизин, вазорелаксантный эффект.
Библиографическое описание: Бакиева М.Ш., Зайнабиддинов А.Э., Усманов П.Б. Вазорелаксантное действие дитерпеноидного алкалоида 6- O -бензоилгетератизина на функциональную активность гладкомышечных клеток аорты крысы // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2019. № 4(58). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/7096
Keywords: aorta, SMC, Ca2+-channel, 6-O-benzoylgeteratisine, vasorelaxant effect.
Известно, что патогенез большинства кардиовас-кулярных заболеваний прямо связан с дисфункциями в работе различных типов ион-транспортных систем гладкомышечных клетки (ГМК) сосудов. В связи с этим, изучение молекулярных механизмов регуляции функциональных свойств ГМК в физиологических/патологических условиях является актуальной проблемой современной физиологии и биофизики [1; с.767-772; 2; с.568-573; 3; c.1039-1047; 4; 145-170].
Цель работы - изучение влияния С^нордитер-пеноидного алкалоида 6-О-бензоилгетератизина, выделенного из растения Aconitum zeravshanicum на функциональную активность ГМК аорты крысы (рис. 1).
13
H3CO
15 г^Х^'10^
O
H2C2-|-N
V 'OH
7
I 18 ■ .__
CH3
Бензоил-группа O
Рисунок 1. Химическая структура дитерпеноидного алкалоида 6-О-бензоилгетератизина [5; с.16]
Материалы и методы. Эксперименты проводились на препаратах, представляющих собой кольца шириной ~3-4 мм, выделенных из аорты белых беспородных крыс (150-200 гр) и помещенных в специальную камеру (5 мл), перфузируемую физиологическим раствором Кребса-Хензелайта. Эксперименты выполнялись в соответствии с «Международными рекомендациями по проведению биомедицинских исследований с использованием животных», принятыми Международным советом медицинских научных обществ (CIOMS) в 1985 г. В эксперментах использовали модифицированный раствор Кребса-Хензелайта следующего состава (мМ): NaCl - 158,3; KCl - 4; CaCbx2H2O - 2; MgCW^O - 1,5; NaHCO3
- 10; NaH2PO4*H2O - 0,42; глюкоза - 5,6 (рН=7,4). Растворы оксигенировали карбогеном (02-95%, С02-5%), температура раствора поддерживалась на уровне +37±0,5°С с помощью ультратермостата U-8 (Болгария). Для регистрации сократительной активности кольца аорты подвешивались с одной стороны к неподвижному крючку ячейки, а с другой стороны
- к датчику механотрона FT-03 (Grass Instrument Co., США), предназначенного для измерения изометрического напряжения. Перед экспериментом сегменты аорты предварительно растягивали нагрузкой 1 гр. (~9,8 мН) и промывали физиологическим раствором
в течение ~45-60 минут для достижения равновесия [6; с. 195—203].
Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета прикладных программ OriginLab OriginPro v. 8.5 SR1 (EULA, Northampton, MA 01060-4401, США). Полученные результаты в экспериментах подвергали статистической обработке с использованием t-критерия Стьюдента. Данные представлены в виде M±m, где М - среднее, m -стандартная ошибка. Статистически значимыми считали различия при р<0,01 и р<0,05.
Результаты и обсуждение. Как показали предварительные исследования, 6-О-бензоилгетератизин в нормальных условиях в широком диапазоне концентраций (5-250 мкМ) не влияет на тонус препаратов аорты крысы. Эти данные свидетельствуют о том, что в состоянии покоя 6-О-бензоилгетератизин не вызывает активацию сократительного аппарата препарата аорты крысы. Однако в дальнейших экспериментах нами было обнаружено, что 6-О-бензоилге-тератизин эффективно расслабляет препараты аорты крысы, предварительно сокращенные гиперкалиевыми растворами (КС1 50 мМ), т.е. обладает выраженным релаксантным действием. В частности, было обнаружено, что эффекты 6-О-бензоилгетератизина имеют дозозависимый характер и, начиная с концентрации 5 мкМ, он вызывал подавление силы сокращений на 6,5±2,4%, относительно контроля, степень которых возрастала с увеличением его концентрации и достигала максимума при 200 мкМ (до 73,8±4,6%, относительно контроля; n=4-6). В этих условиях значение ЕС50 (концентрация вызывающая подавление силы сокращения на 50%) для 6-О-бензоилгетератизина состовляло 50,47 мкМ или pD2(-logEC50)=4,297 (рис. 2).
Известно, что КС1-индуцируемое сокращение ГМК аорты связано с активацией потенциал-зависимых Са2\-каналов (VOCC) плазматических мембран ГМК. При этом, увеличение [К+] out изменяет потенциал мембраны и следовательно вызывает деполяризацию, за счет этого активируется VOCC, что приводит к увеличению [Са2+]1И, которое в свою очередь вызывает сокращения ГМК [7; с.5047-5061; 8; с.158-229].
16
15
Рисунок 2. Влияние 6-О-бензоилгетератизина на механическое напряжение сегментов ГМК. Сила
сокращения, индуцированная KCl (50 мМ), принята за 100%. (* -p<0,01; ** -p<0,05; n=4-6).
Учитывая это и анализируя полученные данные, можно предположить, что механизмы релаксантного эффекта алкалоида 6-О-бензоилгетератизина могут быть обусловлены подавлением поступления Са2+ в цитозоле ГМК, в результате блокирования VOCC сарколеммы. Для проверки этого предположения нами была выполнена специальная серия экспериментов, с использованием от разных концентрации ионов Са2+ в среде инкубации растворов Кребса-Хен-зелайта (рис. 3А). Результаты этих экспериментов показывают, что в реализации релаксантного действия 6-О-бензоилгетератизина важную роль играют [Са2+^, что может указывать на взаимодействие алкалоида с VOCC плазматических мембран ГМК. Вместе с тем в экспериментах было обнаружено, что релаксантное действие алкалоида 6-О-бензоилгетератизина заметно подавлялось нифеди-пином (0,01 мкМ) - специфицеским блокатором VOCC (рис. 3Б).
Рисунок 3. А. Зависимость вазорелаксантного действия алкалоида 6-О-бензоилгетератизина от [Cа2+]oш в среде инкубации. Б. Влияние нифедипина на релаксантное действие алкалоида 6-О-бензоилгетератизина. Сила сокращения, индуцированная KCl (50 мМ), принято за 100% (* -p<0,01; ** -p<0,05; n=4-6)
Для дальнейшей характеристики механизма вазорелаксантного действия 6-О-бензоилгетератизина нами были изучены его эффекты на сокращения препаратов аорты, индуцируемые селективном агони-стом щ-адренорецепторов фенилэфрином (ФЭ), в развитии которых участвует ионы Са2+ поступающие в ГМК не только через VOCC, но и через рецептор-управляемые Са2+-каналы (ROCC), а также высвобождаемыми из саркоплазматического ретикулума (СПР) [7; с.158-229; 8; с.1438-1449].
При исследовании действия алкалоида 6-О-бен-зоилгетератизина на сократительные ответы, индуцированные ФЭ (1 мкМ), нами было обнаружено, что данный алкалоид и в этих условиях проявляют выраженное дозозависимое релаксантное действие. В предварительных экспериментах было показано, что 6-О-бензоилгетератизин (250 мкМ) на фоне контрактуры аорты, вызванной ФЭ (1 мкМ) вызывал подавление силы сокращений ГМК аорты крысы на 85,9±3,5%, относительно контроля (рис. 4).
№ 4 (58)
AUNT1
ЛУЧ хим
7universum.com
UNIVERSUM:
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
апрель, 2019 г.
6-0-Бензоилгетератизин (мкМ)
Рисунок 4. Действие алкалоида 6-О-бензоилгетератизина на ФЭ (1 мкМ)-индуцированное сокращение препарата аорты крысы. Оригинальная запись сократительных ответов препараты аорты, стрелкой указан момент добавления ФЭ и 6-О-бензоилгетератизина (10-250 мкМ).
Известно, что сократительные ответы ГМК индуцируемые ФЭ обусловлены активацией рецепторов IP3 Са2+-высвобождающих каналов СПР. В этих условиях и при блокировании VOCC верапамилом (0,1 мкМ) сократительные ответы индуцируемые ФЭ обеспечиваются поступлением ионов Са2+ по рецеп-тор-управляемым (ROCC) и запас-оперируемым Са2+-каналам (SOCC) плазматической мембраны, которые функционально связаны с Са2+-транспортиру-ющими системами СПР [7; с.158-229; 8; с.1438-1449; 9; с.1438-1449; 10; с.577-590; 11; с.201-206].
Учитывая это и анализируя полученные данные, можно предположить, что релаксантное действие алкалоида 6-О-бензоилгетератизина связано с его влиянием на ROCC и SOCC плазматической мембраны и Са2+- транспортирующими системами СПР ГМК.
В этих исследованиях нами было обнаружено, что 6-О-бензоилгетератизин условиях ФЭ (1 мкМ)-индуцированной контрактуры эффективно расслабляет препараты аорты крысы. При этом, релаксант-ный эффект 6-О-бензоилгетератизина также имел дозозависимый характер и при его концентрации 10 мкМ он вызвал расслабление препарата аорты на 14,8±4,3%, а максимальное расслабление до 85,9±3,5% наблюдалось при его концентрации 250 мкМ. В этих условиях значение ЕС50 для 6-О-бензо-илгетератизина состовляло 33,4 мкМ или pD2(-logEC50)=4,476 (рис. 5).
Результаты этих экспериментов свидетельствуют о том, что релаксантное действие 6-О-бензоилгете-ратизина, в условиях ФЭ (1 мкМ)-индуцированной контрактуры, в основном, обусловлено его влиянием на поступление ионов Са2+ в ГМК через ROCC/SOCC и на высвобождение из СПР.
б-О-Бензоилгетератизин |
6,0 5,6 5,2 -4,8 4,4 4,0 -3,6
Концентрацня [Log (М)]
Рисунок 5. Влияние 6-О-бензоилгетератизина на сокращения препаратов аорты крысы индуцируемые ФЭ (1 мкМ). Мышечное напряжение, индуцируемое ФЭ (1 мкМ), принято за 100% (* -p<0,01; ** -p<0,05; n=4-6)
Выводы. В целом, на основании полученных данных можно заключить, что релаксантное действие 6-О-бензоилгетератизина в основном реализуется благодаря его взаимодействием и с ROCC/SOCC плазматической мембраны ГМК (в условиях ФЭ (1 мкМ)-индуцированной контрактуры) и блокированию VOCC (в условиях KCl (50 мМ)-индуцированной контрактуры).
Данные, полученные в результате изучения механизмов действия алкалоида 6-О-бензоилгетерати-зина, имеют важное практическое значение и могут быть рекомендованы для оптимизации процесса целенаправленного создания нового поколения вазоре-лаксантных лекарственных средств.
Список использованных сокращений:
1. ГМК - гладкомышечная клетка;
2. СПР - саркоплазматический ретикулум;
3. ФЭ - фенилэфрин;
4. [Са2+] i„ - внутриклеточная концентрация ионов кальция;
5. SOCC - запас-оперируемые Са2+-канал (store-operated Ca2+-channels);
6. ROCC - рецептор-управляемые Са2+-канал (receptor-operated Ca2+-channels);
7. VOCC - потенциал-зависимые Са2+-канал/Са2+ь-канал (voltage-operated Ca2+-channels).
Список литературы:
1. Cheng H.P., Wei S., Wei L.P. et al. Calcium signaling in physiology and pathophysiology // Acta Pharmacologica Sinica. - 2006. - V.27(7). - P.767-772.
2. Niemeyer B.A., Lery M., Zavar C. et al. Ion channels in health and disease // EMBO Reports. - 2001. - V.2(7). -P.568-573.
3. Jenitsch T., Hubner C.A.., Fuhrmann J. Ion channels: Function unraveled by dysfunction // Nature Cell Biology. -2004. - V.6. - P.1039-1047.
4. Nilius B., Viana F., Droogmans G. Ion channels in vascular endothelium // Annual Review of Physiology. - 1997. -V. 59. - P.145-170.
5. Салимов Б.Т. Дитерпеноидные алкалоиды растений рода Delphinium L.: автореф. дис. докт. хим. наук. - Институт химии растительных веществ АН РУз. - Ташкент, 2007. - 16 с.
6. Vandier С., Le Guennec J.Y., Bedfer G. What are the signaling pathways used by norepinephrine to contract the artery? A demonstration using guinea pig aortic ring segments // Adv. Physiol. Educ. - 2002. - V.26. - P.195-203.
7. Berridge M.J. Smooth muscle cell calcium activation mechanisms // Journal of Physiology. - 2008. - V.586. -P.5047-5061.
8. Karaki H., Ozaki H., Hori M. et al. Calcium movements, distribution, and functions in smooth muscle // Pharmacological Reviews. - 1997. - V.49(2). - P.158-229.
9. Sanders K.M. Signal transduction in smooth muscle. Invited review: Mechanisms of calcium handling in smooth muscles // Journal Applied Physiology. - 2001. - V.91(3). - P.1438-1449.
10. Buus C.L., Aalkjaer C., Nilsson H., Juul B., Muller J.V., Mulvany M.J. Mechanisms of Ca2+ sensitization of force production by noradrenaline in rat mesenteric small arteries // J. Physiol. - 1998. - V.510(2). - P.577-590.
11. Webb R.C. Smooth muscle contraction and relaxation // Adv. Physiol. Edu. - 2003. - V.27. - P.201-206.
