БИОХИМИЯ, 2015, том 80, вып. 5, с. 702 - 706
УДК 612.82;615.2
МИТОХОНДРИАЛЬНО-АДРЕСОВАННОЕ ПРОИЗВОДНОЕ ПЛАСТОХИНОНА АНТИОКСИДАНТ SkQR1 ОКАЗЫВАЕТ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ НА ПАМЯТЬ КРЫС
© 2015 Е.В. Стельмашук1,3, А.В. Ставровская1, Н.Г. Ямщикова1, А.С. Ольшанский1, Н.А. Капай1,3, О.В. Попова1,3, Л.Г. Хаспеков1, В.Г. Скребицкий1, Н.К. Исаев12 3*
1 Научный центр неврологии РАМН, 125367Москва, Волоколамское шоссе, 80; электронная почта: estelmash@mail.ru
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, 119991 Москва;
факс: +7(495)939-3181, электронная почта: isaev@genebee.msu.ru
3 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
НИИ Митоинженерии, 119991 Москва; электронная почта: info@skq&project.ru
Поступила в редакцию 25.11.14
Однократное внутрибрюшинное введение крысам митохондриально-адресованного производного пласто-хинона антиоксиданта SkQRl в дозе 1 мкмоль/кг веса достоверно улучшало воспроизведение ими условного рефлекса пассивного избегания (УРПИ). В экспериментах in vitro, выполненных на срезах гиппокампа, обнаружено, что внутрибрюшинное введение SkQR1 за 24 ч до приготовления срезов вызывает достоверное повышение эффективности синаптической передачи пирамидных нейронов поля СА1. Полученные результаты указывают на то, что SkQR1 положительно влияет на процессы памяти.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: память, длительная потенциация, гиппокамп, митохондриально-адресованные ан-тиоксиданты, SkQ.
Память — это главная составляющая личности, она соединяет прошлое человека с его настоящим и будущим и является сложным физиологическим процессом, включающим в себя сохранение, воспроизведение и накопление информации. От состояния памяти, несомненно, зависят и способности к обучению. Ослабление памяти может возникнуть с возрастом, а также вследствие сосудистых заболеваний головного мозга, его травматических повреждений и развития такого фатального возрастного нейроде-генеративного заболевания, как болезнь Альц-геймера (БА). Это заболевание характеризуется прогрессирующим нарушением памяти, переходящим в разрушение личности, что в конечном итоге заканчивается смертью. Нарушения памя-
Принятые сокращения: УРПИ — условный рефлекс пассивного избегания, Абета — бета-амилоидный пептид 1—42, АФК — активные формы кислорода, ПС — популя-ционный спайк, БА — болезнь Альцгеймера, ВЧС — высокочастотная стимуляция, — 10-(6'-пластохинонил 1)де-цилродамин 19.
* Адресат для корреспонденции.
ти при БА в значительной степени связывают с бета-амилоидным пептидом (Абета) и гипер-фосфорилированным тау-белком, вовлеченными в процессы синаптической дегенерации и дисфункции митохондрий [1]. Этим нарушениям могут препятствовать митохондриально-ад-ресованные антиоксиданты [2—5]. Однако проблема фармакологической стимуляции процессов памяти в значительной степени остается открытой, что и явилось предметом исследования в настоящей работе. Мы показали, что ми-тохондриально-адресованный антиоксидант 8крМ усиливает длительную потенциацию по-пуляционного спайка пирамидных нейронов поля СА1, т.е. вызывает повышение эффективности синаптической передачи в срезах гиппо-кампа, лежащей, как полагают, в основе процессов обучения и памяти [6], а также улучшает способность животных запоминать негативное раздражение в тесте условного рефлекса пассивного избегания (УРПИ). Полученные данные демонстрируют, что 8крШ обладает выраженными мнемотропными свойствами.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Работа выполнена на крысах-самцах линии Вистар. Животных содержали в виварии при свободном доступе к пище и воде и естественном чередовании суточной освещенности. Эксперименты проводили в соответствии с международными правилами «Guide for the Care and Use of Laboratory Animals» и одобрены Этическим Комитетом ФГБУ «НЦН» РАМН.
В экспериментах крысам в возрасте 1 мес. и массой 80—110 г вводили внутрибрюшинно SkQRl в дозе 1 мкмоль/кг. Срезы гиппокампа, приготовленные через 24 или 48 ч после введения SkQR1, помещали в камеру для регистрации биоэлектрической активности и перфузировали при 29—30° модифицированным раствором Рингера, непрерывно насыщаемым карбогеном (95% О2 + 5% СО2), следующего состава (мМ): NaCl - 124; KCl - 3; CaCl2 - 2,5; MgSO4 - 2,5; Na2HPO4 - 1,25; NaHCO3 - 26; D-глюкоза - 10. Регистрацию начинали через 1,5-2 ч после приготовления срезов. С помощью стеклянного микроэлектрода, заполненного 1,5 М NaCl (сопротивление 2-5 мОм), в пирамидном слое поля СА1 регистрировали популяционный ответ, вызываемый стимуляцией радиального слоя одиночными прямоугольными импульсами (0,1 мс, 1/15 с). Силу стимула подбирали так, чтобы амплитуда пикового компонента ответа, отражающего суммарный спайковый ответ популяции пирамидных нейронов (ПС), составляла примерно половину его максимальной величины. Потенциацию ПС вызывали высокочастотной стимуляцией (ВЧС, 100 Гц, 1 с) входа через те же электроды и при той же силе стимула. На каждом срезе проводили только одну ВЧС. Степень реактивности пирамидных нейронов оценивали по изменениям амплитуды ПС относительно ее средней величины, определяемой по 15-минутному периоду регистрации фоновой активности до ВЧС.
В экспериментах in vivo использовали крыс в возрасте 3-4 мес. Животным опытной группы вводили однократно внутрибрюшинно SkQR1 в дозе 1 мкмоль/кг веса в физиологическом растворе и через сутки проводили исследование в тесте УРПИ. Животным контрольной группы вводили физиологический раствор. Экспериментальная установка для изучения пассивного оборонительного поведения («Panlab», Испания) представляла собой прямоугольную камеру с металлическим полом, разделенную вертикальной перегородкой на два отсека (темный и ярко освещенный) с отверстием между отсеками возле пола. С целью приучения к установке животных помещали в освещенный отсек и оп-
ределяли длительность латентных периодов переходов в темный отсек, не применяя болевую стимуляцию. После повторного помещения крыс в освещенный отсек переходы в темный отсек сопровождались болевым воздействием путем нанесения удара постоянного электрического тока (2 мА, 3 с). В это время доступ в светлый отсек был закрыт, а сразу после выключения тока крыс удаляли из установки и возвращали в домашнюю клетку. Чем лучше помнит животное о нанесенном в затемненном отделении болевом раздражении, тем меньше времени оно находится в темноте, тем больше временной интервал до захода в «опасное» отделение.
Регистрацию поведенческих реакций и анализ экспериментов проводили с применением системы видеонаблюдения (ANY-maze Video Tracking System, «Stoelting», США).
Для статистического анализа использовали ¿-критерий Стьюдента или тест ANOVA с посттестом Bonferroni. Различия считались достоверными при уровне значимости p < 0,05. Результаты представляли в виде средней величины ± SEM.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Влияние SkQR1 на воспроизведение УРПИ. У животных, которым однократно вводили 1 мкмоль/кг SkQR1 за 24 ч до нанесения негативного стимула, латентные периоды перехода в темный отсек камеры были достоверно более продолжительными по сравнению с контрольными животными на первые сутки после нанесения болевого стимула. В дальнейшем, к 3 и 7-м суткам, различие между контрольной и опытной группами было менее выраженным (рис. 1).
Влияние SkQR1 на амплитуду ПС в срезах гиппокампа. Стандартная ВЧС (100 Гц, 1 с) кол-латералей Шаффера вызывала длительную посттетаническую потенциацию в поле СА1 срезов гиппокампа, так что через 30 мин после ВЧС амплитуда ПС повышалась в контроле до 147,7 ± 9,7% (п = 6; рис. 2, а, г). В срезах, приготовленных через 24 ч после введения крысам 1 мкмоль/кг SkQR1, амплитуда ПС была достоверно выше, чем в контроле и составляла 218,6 ± ± 27,6% (п = 7; рис. 2, б, г), а через 48 ч - 176,4 ± ± 19,7% (п = 5; рис. 2, в, г).
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
В настоящее время установлено, что гиперпродукция активных форм кислорода (АФК) играет важную роль в патогенезе сердечных арит-
704
СТЕЛЬМАШУК и др.
Рис. 1. Влияние однократного (за 24 ч до болевой стимуляции) введения SkQR1 на воспроизведение УРПИ. 1 — Контрольные животные, 2 — животные, получившие 1 мкмоль/кг SkQR1. По оси ординат — длительность временного интервала перехода животного в темный отсек камеры. Стрелка указывает время нанесения болевой стимуляции. *р < 0,05, п = 26 (число животных в каждой группе)
мий, инфаркта миокарда и почки, инсульта, травмы головного мозга, болезни Альцгеймера. Применение соединений семейства митохонд-риально-адресованных антиоксидантов SkQ позволяет целенаправленно и эффективно препятствовать негативному действию АФК при моделировании этих патологических состояний [2, 7—12]. Одним из наиболее перспективных митохондриально-адресованных антиоксидантов группы SkQ является SkQ1, который в настоящее время уже используется в медицинской практике [13]. Кроме того, показано положительное действие SkQ1 при экспериментальном моделировании нормального и патологического старения. Так, при исследовании поведения в крестообразном лабиринте и открытом поле крыс линий М^аг и OXYS с ускоренным старением обнаружено, что введение SkQ1 значительно повышает их двигательную и исследовательскую активности, препятствуя возрастным нарушениям памяти, а также замедляет накопление в головном мозге гиперфосфорилирован-ного тау-белка, Абета и его белка-предшественника АРР [14], вовлеченных в развитие нейроде-генеративных процессов при БА. Кроме того,
Рис. 2. SkQRl стимулирует длительную посттетаническую потенциацию в срезах гиппокампа. а—в — Временной ход изменений амплитуды суммарных ПС срезов гиппокампа: а — контроль (n = 6); б — срезы, приготовленные через 24 ч; в — через 48 ч после введения животным 1 мкмоль/кг SkQRl (n = 5), n — число срезов от разных животных. Стрелка указывает момент нанесения ВЧС; г — средние значения амплитуд ПС, зарегистрированного через 30 мин после ВЧС. *p < 0,01 по сравнению с контролем
SkQ1 препятствует таким возрастным изменениям у крыс, как снижение зрения и проявление ретинопатии и катаракты [15]. Результаты, полученные ранее нами и другими авторами, сви
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.