научная статья по теме АРАХИДОНОВАЯ КИСЛОТА АКТИВИРУЕТ ВЫБРОС ИОНОВ КАЛЬЦИЯ ИЗ РЕТИКУЛУМА СКЕЛЕТНЫХ МИОТУБУЛ C2C12 ЧЕРЕЗ РИАНОДИНЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ КАНАЛЫ Химия

Текст научной статьи на тему «АРАХИДОНОВАЯ КИСЛОТА АКТИВИРУЕТ ВЫБРОС ИОНОВ КАЛЬЦИЯ ИЗ РЕТИКУЛУМА СКЕЛЕТНЫХ МИОТУБУЛ C2C12 ЧЕРЕЗ РИАНОДИНЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ КАНАЛЫ»

БИОХИМИЯ, 2014, том 79, вып. 5, с. 553 - 559

УДК 612.741

АРАХИДОНОВАЯ КИСЛОТА АКТИВИРУЕТ ВЫБРОС ИОНОВ КАЛЬЦИЯ ИЗ РЕТИКУЛУМА СКЕЛЕТНЫХ МИОТУБУЛ С2С12 ЧЕРЕЗ РИАНОДИНЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ КАНАЛЫ*

© 2014 Э.Р. Муслихов, И.Ф. Суханова, П.В. Авдонин**

ФГБУ Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН, 119334 Москва, ул. Вавилова, 26; факс: (499)135-8012, электронная почта: idbras@bk.ru

Поступила в редакцию 04.12.13 После доработки 15.01.14

Арахидоновая кислота вызывает увеличение цитоплазматической концентрации ионов кальция ([Са2+]цит) в дифференцированных многоядерных скелетных миотубулах линии С2С12, но не активирует обмен ионов кальция в миобластах С2С12. В среде без Са2+ ответ миотубул на арахидоновую кислоту сохраняется, что указывает на выброс ионов кальция из внутриклеточных депо. Блокатор рианодинчувствительных каналов саркоплазматического ретикулума дантролен (20 мкМ) подавляет этот эффект на 68,7 ± 6,3% (р < 0,001), ингибитор двупоровых каналов кислых эндолизосомных везикул 1гашМБВ-19 (10 мкМ) снижает выброс Са2+ в ответ на архидоновую кислоту на 35,8 ± 5,4% (р < 0,05), ингибитор фосфолипазы С Ц73122 (10 мкМ) не оказывает влияния. Полученные данные свидетельствуют об участии рианодинчувствительных каналов саркоплазматического ретикулума в вызываемом арахидоновой кислотой увеличении [Са2+]цит в скелетных миотубулах и о возможной вовлеченности в этот процесс двупоровых каналов эндолизосомных везикул.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ионы кальция, скелетные миотубулы, рианодинчувствительные каналы, арахидоновая кислота.

Ионы кальция играют ключевую роль во множестве процессов, происходящих в живых организмах, начиная от простейших и заканчивая высокоорганизованными млекопитающими и растениями. Со времен зарождения жизни кальций, благодаря своим химическим свойствам, принимает участие в регуляции множества биохимических реакций и физиологических процессов внутри клетки. Концентрация ионов кальция в цитоплазме клеток в состоянии покоя составляет около 100 нМ. При ее повышении запускаются процессы энергетического обмена, секреция, пролиферация и многие другие. В то же время длительное увеличение концентрации Са2+ в цитоплазме токсично для клетки, т.к. может запускать агрегацию белков и нуклеиновых кислот, осаждение фосфатов и нарушение функ-

Принятые сокращения: АК — арахидоновая кислота; ARC — арахидонат-регулируемые каналы, arachidonate-regulated channels; RyR1 — рианодинчувствительные каналы первого типа; TPC — двупоровые каналы, two-pore channels.

* Первоначально английский вариант рукописи был опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow), Papers in Press, BM 13-341, 06.04.2014.

** Адресат для корреспонденции.

ций клеточных мембран [1, 2]. Поэтому клетка постоянно затрачивает энергию на работу кальциевых насосов для поддержания низкого уровня [Ca2+]w. Ключевую роль в оперативном откачивании ионов кальция из цитоплазмы играет Са2+-транспортирующая АТФаза сарко/эндоплазма-тического ретикулума [3]. Одновременно ретику-лум служит депо для ионов кальция, выполняющих сигнальные функции. Митохондрии также участвуют в поддержании кальциевого гомеоста-за, обладая большой буферной емкостью для этих ионов. В 2002 г. был открыт новый внутриклеточный источник ионов кальция — лизосомы и кислые лизосомоподобные везикулы [4]. Выброс кальция из эндолизосомных везикул осуществляется через особый тип каналов — двупоровые каналы (two-pore channels — TPC), активируемые вторичным мессенджером никотинатаденинди-нуклеотидфосфатом (NAADP) [5]. Физиологическая роль этого кальциевого депо пока мало изучена. Одной из функций эндолизосом является запуск кальций-индуцируемого выброса ионов кальция из ретикулума (calcium-induced calcium release — CICR) [6].

При развитии специализации клеток наряду с морфологическими особенностями появились

свойственные только для определенного типа клеток функциональные системы, регулирующие поступление ионов Ca2+ в цитоплазму. Примером такого рода являются скелетные мио-тубулы — электровозбудимые клетки, в которых выброс ионов кальция происходит через высокоспециализированные рианодинчувствитель-ные каналы 1-го типа (RyR1) [7]. В последние несколько лет установлено, что в дифференцирующихся клетках скелетной мускулатуры, наряду со свойственным для электровозбудимых клеток выбросом ионов кальция из саркоплаз-матического ретикулума в ответ на деполяризацию сарколеммы, реализуются механизмы, обеспечивающие поступление Ca2+ в цитоплазму при опосредованной рецепторами активации внутриклеточных сигнальных каскадов. Удобным объектом для изучения метаболизма ионов кальция в поперечнополосатых мышечных клетках являются скелетные миобласты линии С2С12, которые способны при определенных условиях дифференцироваться в многоядерные миотубулы. По мере дифференцировки мио-бластов С2С12 в миотубулы у них увеличивается экспрессия всех трех видов рецепторов инози-толтрисфосфата [8], и это сопровождается увеличением кальциевого сигнала в ответ на АТР, взаимодействующий с пуринергическими рецепторами P2Y [9]. В скелетных мышечных клетках выявлен характерный для электроневозбудимых клеток депозависимый вход ионов кальция из внешней среды [10, 11]. Было показано, что в депозависимом входе ионов Ca2+ в скелетных миотубулах участвуют каналы Orai1 [12, 13]. Кроме того, было обнаружено, что в миотубулах C2C12 экспрессируется ряд каналов семейства TRP (transient receptor potential channels) [14]. Некоторые из них участвуют в депозависимом транспорте ионов Ca2+, другие — в транспорте в ответ на механические стимулы [15, 16]. Еще один представитель семейства кальциевых каналов Orai — Orai3 также экспрессируется в скелетных мышцах [17]. Известно, что Orai3 входит в состав каналов ARC (arachido-nate-regulated channels), специфическим активатором которых является арахидоновая кислота (АК) [18]. Их активность не зависит от состояния внутриклеточных кальциевых депо. Каналы ARC сформированы тремя молекулами Orai1 и двумя молекулами Orai3, а также белком STIM1, локализованным в плазматической мембране. Каналы ARC выявлены в ряде клеток [18], однако пока неясно, насколько широко распространены эти каналы в разных типах тканей и клеток организма.

Установлено, что липиды, связанные с активностью фосфолипазы A2 — АК и лизофосфа-

тидилхолин, способны регулировать работу кальциевых каналов в различных типах клеток [19, 20]. Оказалось, что одна из изоформ этого фермента, кальций независимая фосфолипаза A2 (iPLA2), участвует в регуляции депозависи-мого транспорта ионов кальция в скелетных миотубулах [21]. По данным Боттин с соавт. [22], активацию депозависимого транспорта ионов кальция в миотубулах вызывает лизофосфати-дилхолин. АК также относят к вторичным мес-сенджерам [20]. АК легко проникает через клеточную мембрану и, высвобождаясь в окружающую среду, может действовать на соседние клетки как паракринный регулятор. Имеются данные о том, что, помимо каналов ARC, АК и ее метаболиты регулируют активность каналов семейства TRP и ряда других Са2+-транспортиру-ющих каналов [23]. В частности, показано, что в некоторых клетках АК активирует рианодинчув-ствительные каналы ретикулума [24]. Итак, на сегодняшний день имеется широкий список возможных мишеней АК, но остается неясным, как она воздействует на внутриклеточный кальциевый обмен в скелетных мышечных клетках.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования послужили клетки линии C2C12 (скелетные миобласты, полученные из бедра задней конечности мыши, коллекция ATCC). Дифференцировку миобластов в многоядерные миотубулы вызывали заменой среды культивирования (DMEM), содержавшей 10% эмбриональной телячьей сыворотки, на среду, содержавшую 2% лошадиной сыворотки. В результате замены среды часть миобластов сливается, образуя протяженные многоядерные миотубулы. В процессе замены среды на диффе-ренцировочную обработка клеток для остановки деления не проводилась, поэтому продолжающие делиться недифференцированные мио-бласты заполняли свободное пространство между миотубулами.

Проводилось окрашивание миотубул после пяти дней инкубации в дифференцировочной среде моноклональными антителами (Developmental Studies Hybridoma Bank, Iowa City, IA, USA) к маркеру миогенной дифференцировки — тяжелым цепям миозина (MHC). В качестве вторичных использовали антитела козы, конъ-югированные с флуоресцентным красителем Alexa Fluor 594 («Molecular Probes», США).

В экспериментах был использован раствор АК («Sigma-Aldrich», США) в смеси с БСА. БСА связывает и стабилизирует АК. Общая концентрация АК в инкубационной смеси составляла 1 мМ,

APAXИДОHОВAЯ ^СЛОТЛ AKTИВИPУET Ж^ЛЬЦ^ВЫЕ KAHЛЛЫ 555

свободная концентрация AK в растворе с БСA составляла менее l0 мкМ, поскольку более 99% AK связано с БСA [23]. В этой области концентраций AK проявляется ее биологическое действие в организме [23]. Тестом для оценки эффективности действия используемого нами препарата AK служила реакция агрегации тромбоцитов человека согласно стандартному протоколу. В экспериментах с миотубулами в качестве контроля использовали раствор БСA без AK.

Исследование влияния AK на концентрацию цитоплазматического кальция ([Ca2+]4H1) проводили в Центре оптических исследований ИБР РЛН с использованием флуоресцентного микроскопа Leica DM 6000 («Leica Microsystems», Германия) в миотубулах, культивируемых в 24-лу-ночном планшете, на пятый день дифференци-ровки. Елетки прокрашивали кальциевым зондом Fura-2/AM («Invitrogen», СШЛ). Для загрузки клеток флуоресцентным зондом их вначале отмывали от среды культивирования физиологическим солевым раствором (physiological salt solution — PSS, pH 7,4), содержавшим 145 мМ NaCl, 5 мМ KCl, 5 мМ HEPES, 1 мМ MgCl2, 1 мМ CaCl2, 10 мМ глюкозу. После промывки клетки в течение часа инкубировали в среде PSS с Fura-2/AM (2 мкМ) в присутствии 0,04%-ного реагента Pluronic F-127 («Molecular Probes», СШЛ) при комнатной температуре, после чего проводилась отмывка клеток от зонда. Перед измерением флуоресценции проводили инкубацию клеток в PSS в течение часа для полного гидролиза Fura-2/AM в цитоплазме.

Раствор AK и других веществ добавлялся вручную с

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.

Показать целиком