БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ, 2015, том 32, № 1, с. 20-32
УДК 577.17
ИЗМЕНЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ АДЕНИЛАТЦИКЛАЗЫ К ГОРМОНАМ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ, МИОКАРДЕ И СЕМЕННИКАХ КРЫС, ИММУНИЗИРОВАННЫХ ПЕПТИДОМ 269-280 МЕЛАНОКОРТИНОВОГО РЕЦЕПТОРА 3-ГО ТИПА
© 2015 г. А. О. Шпаков1*, К. В. Деркач1, О. А. Жарова2, Е. А. Шпакова3, В. М. Бондарева1
1 Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, 194223, Санкт-Петербург, просп. Тореза, 44; *электронная почта: alex_shpakov@list.ru 2Фармацевтическая компания ООО "Тева", 150023, Ярославль ул. Курчатова, 3 3Институт высокомолекулярных соединений РАН, 199004, Санкт-Петербург, В.О. Большой пр., 31
Поступила в редакцию 15.08.2014 г.
Связывание меланокортиновых рецепторов 3-го типа (М3Р), функционально сопряженных с О8-белка-ми, с а-меланоцитстимулирующим гормоном (а-МСГ) или М3Р-агонистом у-МСГ приводит к активации аденилатциклазы (АЦ) в головном мозге, что лежит в основе М3Р-опосредуемой регуляции физиологических и биохимических процессов в ЦНС и на периферии. Снижение активности М3Р приводит к нарушению энергетического обмена, метаболическому синдрому, нарушениям функций нервной и сердечно-сосудистой систем. Однако лежащие в основе этого молекулярные механизмы и роль в них аде-нилатциклазной сигнальной системы (АЦСС) остаются мало изученными. Цель работы состояла в исследовании влияния длительной (13 мес., 8 инъекций) иммунизации самцов крыс с помощью БСА-конъюгированного пептида А-[РТОТУС1СТТАН269-280]-А (А-[269-280]-А), соответствующего третьей внеклеточной петле М3Р крысы, на функциональную активность АЦСС в мозге, миокарде и семенниках крыс и ее регуляцию нейромедиаторами и гормонами. В конце эксперимента масса тела животных была снижена, повышалась удельная масса жировой ткани, отмечалась дислипидемия, снижалась чувствительность к инсулину, несмотря на повышение его секреции в ответ на нагрузку глюкозой. В мозге иммунизированных крыс снижались стимулирующие АЦ эффекты у-МСГ, норадреналина, серотонина и РАСАР-38, повышался стимулирующий эффект дофамина, усиливались ингибирующие АЦ эффекты серотонина и агониста серотониновых рецепторов 1Б/Ш-подтипа 5-нонилокситриптамина, в то время как эффекты М3Р/М4Р-агониста а-МСГ и М4Р-агониста ТНВД не менялись. В мембранах миокарда наблюдали усиление стимуляции АЦ агонистами Р3-адренергических рецепторов (Р3-АР) на фоне снижения стимулирующих АЦ эффектов Р1- и р2-агонистов, а также ослабление АЦ эффекта релаксина. В те-стикулярных мембранах были снижены стимулирующие АЦ эффекты хорионического гонадотропина и РАСАР-38, а также ГИДФ, негидролизуемого аналога ОТР Полученные данные указывают на то, что ослабление М3Р-сигнализации приводит к значительным изменениям чувствительности АЦСС в мозге, миокарде и семенниках к гормонам, играющим ключевую роль в функционировании нервной, сердечно-сосудистой и репродуктивной систем, причем эти изменения характеризовались гормональной и ре-цепторной специфичностью. Идентификация нарушений в АЦСС является одним из подходов к изучению этиологии и патогенеза заболеваний, ассоциированных с ингибированием М3Р-меланокортино-вой сигнальной системы мозга.
Ключевые слова: аденилатциклаза, Р-адренергический агонист, меланокортиновый рецептор типа 3, меланоцитстимулирующий гормон, головной мозг, пептид.
БО1: 10.7868/80233475515010077
Сокращения: АПП — агути-подобный пептид, АР — адренергический рецептор, АЦ — аденилатциклаза, АЦСС — аденилатцик-лазная сигнальная система, ГИДФ — 5'-гуанилилимидодифосфат, ДР — дофаминовый рецептор, ЛПОНП, ЛПНП и ЛПВП — липопротеиды очень низкой, низкой и высокой плотности, М3Р и М4Р — меланокортиновые рецепторы типа 3 и 4, МСГ — ме-ланоцитстимулирующий гормон, МСС — меланокортиновая сигнальная система, 5-НОТ — 5-нонилокситриптамин, ПОМК —
проопиомеланокортин, СР — серотониновый рецептор, ХГЧ — хорионический гонадотропин человека, BRL-37344 — [4-[[2-(3-хлорофенил)-2-гидроксиэтил]амино]пропил]уксусной кислоты натриевая соль, CL-316243 — 5-[(2К)-2-(3-хлорофенил)-2-гид-роксиэтил]амино]пропил]-1,3-бензодиоксол-2,2-дикарбоновой кислоты динатриевая соль, EMD-386088 — 5-хлор-2-метил-3-
(1,2,3,6-тетрагидро-4-пиридинил)-1Н-индол, HOMA-IR — гомеостатическая модель оценки инсулиновой резистентности (homeostasis model assessment — insulin resistance), Gs- и Орбелки — гетеротримерные G-белки стимулирующего и ингибирующего типа, PACAP-38 —активирующий аденилатциклазу гипофизарный полипептид из 38 аминокислотных остатков (pituitary adeny-lyl cyclase-activating polypeptide-38), THIQ — ^-[(1^)-1-[(4-хлорофенил)метил]-2-[4-циклогексил-4-(1Н-1,2,4-триазол-1-илме-тил)-1-пиперидинил]-2-оксоэтил]-1,2,3,4-тетрагидро-3-изохинолинкарбоксамид.
ВВЕДЕНИЕ
Ключевую роль в функционировании ЦНС и периферических органов и тканей играет мелано-кортиновая сигнальная система (МСС) головного мозга, включающая в качестве сенсорного компонента меланокортиновые рецепторы типа 3 и 4 (М3Р и М4Р), которые 7 раз пронизывают плазматическую мембрану и функционально сопряжены с ферментом аденилатциклазой (АЦ) через гетеротримерные О-белки стимулирующего типа (О8) [1—3]. Изменения функциональной активности МСС мозга приводят к нарушению пищевого поведения, ожирению, метаболическому синдрому и сахарному диабету 2-го типа, служат причиной когнитивного дефицита, нейроэн-докринных заболеваний [3—6]. Рецепторы обоих типов, М3Р и М4Р, экспрессируются преимущественно в ЦНС. Уникальная особенность этих рецепторов — присущая им конститутивная активность, которая ингибируется агути-подобным пептидом (АПП), эндогенным М3Р/М4Р-антаго-нистом [7]. Взаимосвязи между сигнальными путями, регулируемыми через М3Р и М4Р, достаточно сложные и до конца не изученные. М3Р, в отличие от М4Р, является ауторецептором, активация которого приводит к снижению функциональной активности нейронов, секретирующих проопиоме-ланокортин (ПОМК). ПОМК является предшественником пептидов меланокортинового семейства, в том числе неселективного МР-агониста а-меланоцитстимулирующего гормона (а-МСГ), основного регулятора МСС головного мозга, и селективного М3Р-агониста у-МСГ. Вследствие этого активация М3Р приводит к ослаблению как М3Р-, так и М4Р-зависимых сигнальных путей, и в этом случае М3Р-агонисты действуют как негативные регуляторы МСС в ЦНС. Однако, поскольку оба МР опосредуют активацию аденилатциклаз-ной сигнальной системы (АЦСС) пептидами мела-нокортинового семейства, АЦ эффекты агонистов М3Р и М4Р могут характеризоваться синергично-стью [8].
Предполагается, что метаболические и функциональные нарушения, которые развиваются в условиях ослабления М3Р/М4Р-сигнализации в мозге, связаны с изменениями, возникающими не только в МСС, но и в других сигнальных системах мозга, функционально связанных с М3Р и М4Р. Получено много данных об изменениях в сигнальных каскадах, которые регулируются се-ротонином, дофамином, норадреналином и ней-ропептидами, и функционально связаны с М4Р-сигнальными путями [9—12]. В то же время информация о взаимосвязи изменений в М3Р-сиг-нальных каскадах с функционированием других сигнальных систем головного мозга ограничена [8, 13]. В отношении чувствительной к гормонам
АЦСС такие данные и вовсе отсутствуют. В то же время идентификация нарушений в гормональных сигнальных системах мозга в условиях ослабления функциональной активности М3Р представляет большой интерес для молекулярной эндокринологии и нейробиологии, поскольку позволяет выявить взаимосвязи между МСС и другими ней-ромедиаторными системами в норме и при патологии, а также для практической медицины, поскольку дает возможность разработать новые подходы, эффективные при заболеваниях, вызванных ослаблением М3Р-сигнализации. Нарушения в гормональных сигнальных системах, в том числе в АЦСС, влияют на функционирование эндокринной системы и вегетативной нервной системы, приводят к развитию заболеваний сердечно-сосудистой, репродуктивной и других систем организма [14, 15], актуальным представляется изучение влияние ингибирования активности М3Р-сигнальной системы мозга на функционирование АЦСС в периферических тканях. Это позволит выявить взаимосвязи между изменениями функций М3Р и развитием метаболических нарушений на периферии.
Цель работы состояла в изучении влияния длительной иммунизации самцов крыс БСА-конъюги-рованным пептидом A-[PTNPYCICTTAH269-280]-A (A-[269—280]-A), соответствующим третьей внеклеточной петле М3Р крысы, на функциональную активность АЦСС в мозге, миокарде и семенниках и ее регуляцию нейромедиаторами и гормонами. Исследовали регуляторные эффекты широкого спектра гормональных регуляторов, действующих на АЦ как стимулирующим (через Gg-белки), так и ингибирующим (через Gj-белки) способом. Для выяснения рецепторной специфичности влияния иммунизации на функциональную активность АЦСС в мозге и миокарде использовали широкий набор селективных аго-нистов серотониновых (СР), дофаминовых (ДР) и адренергических рецепторов (АР).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для определения активности АЦСС использовали креатинфосфат, креатинфосфокиназу из мышц кролика, ATP, cAMP, форсколин, 5'-гуа-нилилимидодифосфат (ГИДФ) (Sigma-Aldrich, США), а также — а-МСГ, у-МСГ, серотонин, дофамин, бромокриптин, изопротеренол, но-радреналин, [4-[[2-(3-хлорофенил)-2-гидрок-сиэтил]амино]пропил]уксусной кислоты натриевую соль (BRL-37344) и 5-[(2Я)-2-(3-хло-рофенил)-2-гидроксиэтил]амино]пропил]-1,3-бензодиоксол-2,2-дикарбоновой кислоты ди-натриевую соль (CL-316243), соматостатин, ги-пофизарный АЦ-активирующий полипептид-38 (pituitary adenylyl cyclase-activating polypeptide-38,
PACAP-38), хорионический гонадотропин человека (ХГЧ), релаксин (Sigma-Aldrich, США), N-[(LK>-
1-[(4-хлорофенил)метил]-2-[4-циклогексил-4-(Ш-1,2,4-триазол-1-илметил)-1-пиперидинил]-2-оксо-этил]-1,2,3,4-тетрагидро-3-изохинолинкарбоксамид (THIQ), 5-нонилокситриптамин (5-НОТ) и 5-хлор-
2-метил-3-(1,2,3,6-тетрагидро-4-пиридинил)-1#-индол (EMD-386088) (Tocris Cookson Ltd., Великобритания). Активность АЦ измеряли с помощью радиоизотопного метода, используя в качестве меченого субстрата [a-32P]ATP (1000 Ки/ммоль) (ОАО Всерегиональное объ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.