научная статья по теме ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ МЕМБРАННО-СВЯЗАННЫХ ФОРМ ГУАНИЛАТЦИКЛАЗЫ В ТКАНЯХ ДИАБЕТИЧЕСКИХ КРЫС Математика

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ МЕМБРАННО-СВЯЗАННЫХ ФОРМ ГУАНИЛАТЦИКЛАЗЫ В ТКАНЯХ ДИАБЕТИЧЕСКИХ КРЫС»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2010, том 433, № 6, с. 838-841

БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 572.788:577.151.6

ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ МЕМБРАННО-СВЯЗАННЫХ ФОРМ ГУАНИЛАТЦИКЛАЗЫ В ТКАНЯХ ДИАБЕТИЧЕСКИХ КРЫС © 2010 г. А. О. Шпаков, К. В. Деркач, О. В. Чистякова, М. Н. Перцева

Представлено академиком В.Л. Свидерским 10.02.2010 г. Поступило 01.03.2010 г.

Основываясь на результатах собственных исследований и данных других авторов, мы предположили, что главными причинами осложнений сахарного диабета (СД) со стороны сердечно-сосудистой, репродуктивной и нервной систем являются нарушения процессов передачи гормонального сигнала в клетку [1—4]. Так, нами показано, что в тканях крыс с экспериментальными моделями СД 1-го и 2-го типов нарушается функционирование аденилатциклазной сигнальной системы, чувствительной к пептидным гормонам и биогенным аминам. Имеются данные о том, что важную роль в возникновении осложнений при СД могут играть нарушения функционирования цГМФ-зависимых сигнальных путей, активность которых контролируется гуанилатциклазной сигнальной системой (ГЦСС), включающей мем-бранно-связанные (рецепторные) гуанилатцик-лазы A (ГЦ-А) и B (ГЦ-B) [5—7]. Активность этих ГЦ, локализованных в плазматической мембране клетки, регулируется натрийуретическими пептидами: атриальным (предсердным) пептидом (ANP) и родственным ему пептидом B-типа (BNP) в случае ГЦ-А и пептидом C-типа (CNP) в случае ГЦ-B. Изменение активности ГЦ-А и ГЦ-В и их чувствительности к ANP и CNP приводит к развитию гипертонии, гипертрофии желудочков сердца, аритмии, эндотелиальной макро- и мик-роангиопатии, диабетической нефропатии, расстройствам нервной деятельности и нарушению репродуктивных функций [7, 8]. Все эти заболевания с высокой частотой встречаются у пациентов, страдающих СД, вследствие чего выяснение молекулярных механизмов, лежащих в их основе, и роли в их развитии ГЦСС является одной из актуальных проблем молекулярной эндокринологии.

Однако в настоящее время данные о функциональном состоянии ГЦСС, включающей ГЦ-А и

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова

Российской Академии наук, Санкт-Петербург

ГЦ-В, в условиях СД немногочисленны и противоречивы, а в отношении репродуктивной и нервной систем отсутствуют. Так, показано, что в почках крыс с СД 1-го типа снижена экспрессия ГЦ-А и ослаблена ее активация ANP [5, 9]. В сердце мышей линии ob/ob с СД 2-го типа наблюдается повышение экспрессии ГЦ-B, которое коррелирует с нарушением функций сердечно-сосудистой системы [6]. В печени мышей ob/ob экспрессия ГЦ-B, напротив, снижена, что указывает на тканеспеци-фичность изменений в ГЦСС при СД 2-го типа. В эпителиальных клетках в условиях трехсуточной гипергликемии, имитирующей краткосрочную форму СД 1-го типа, наблюдается повышение базальной активности мембранно-связанных ГЦ и усиление их стимуляции CNP [10].

Цель исследования состояла в выявлении нарушений в функционировании чувствительной к натрийуретическим пептидам ГЦСС в тканях крыс со стрептозотоциновым СД 1-го типа и нео-натальной моделью СД 2-го типа. Для этого изучали уровень базальной активности рецепторных ГЦ во фракциях плазматических мембран миокарда, мозга, тестикул, матки и яичников диабетических крыс в сравнении со здоровыми животными, а также стимуляцию ГЦ натрийуретиче-скими пептидами — ANP и CNP.

Для исследования были взяты шесть групп крыс линии Wistar: две группы контрольных животных — самцов (n = 16, масса тела 335 ± 40 г, уровень глюкозы в крови 5.1 ± 1.2 мМ) и самок (n = = 15, 320 ± 30 г, 4.9 ± 1.1 мМ); две группы крыс со стрептозотоциновым СД 1-го типа продолжительностью 5 сут — самцы (n = 8, масса тела 310 ± ± 45 г, уровень глюкозы в крови 21.1 ± 3.6 мМ) и самки (n = 11, масса тела 290 ± 40 г, уровень глюкозы в крови 23.8 ± 4.2 мМ); две группы крыс с неонатальной моделью СД 2-го типа продолжительностью 180 сут — самцы (n = 10, масса тела 415 ± 50 г, уровень глюкозы в крови 6.0 ± 1.3 мМ) и самки (n = 9, масса тела 405 ± 55 г, уровень глюкозы в крови 5.6 ± 0.9 мМ). СД 1-го типа вызывали интраперитониальным введением взрослым крысам стрептозотоцина ("Sigma", США) в дозе

ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ

839

65 мг на 1 кг массы тела животного [1]. СД 2-го типа вызывали введением стрептозотоцина новорожденным одно—двухсуточным крысятам в дозе 80 мг на 1 кг массы тела животного [2, 3]. Развитие СД 2-го типа подтверждали в тесте на толерантность к глюкозе при исследовании сахарной кривой и наличием глюкозурии.

Фракции плазматических мембран из миокарда, мозга, тестикул, матки и яичников крыс получали, как описано ранее [2, 4]. Определение активности мембранно-связанных ГЦ проводили по методу [11] с некоторыми модификациями в инкубационной среде, содержащей 5 мМ MgCl2. В качестве субстрата использовали [a-32P] ГТФ (30 Ки/ммоль) производства фирмы "Изотоп" (Россия). Реакцию начинали добавлением 30— 50 мкг мембранного белка к инкубационной смеси. Инкубацию проводили в течение 10 мин при 37°C. Активность ГЦ оценивали по количеству цГМФ, который получался в результате ферментативной реакции, и выражали в пмоль цГМФ за 1 мин на 1 мг мембранного белка. В работе использовали ANP, CNP, ГТФ, цГМФ ("Sigma", США); другие реактивы фирм "Sigma" (США) и "Reanal" (Венгрия). Статистический анализ полученных данных проводили с использованием компьютерной программы ANOVA. Данные представлены в виде M ± S.E.M. из трех независимых экспериментов. Различия между пробами оценивали как достоверные при P < 0.05.

На начальном этапе была исследована базаль-ная активность рецепторных ГЦ во фракциях плазматических мембран, полученных из тканей диабетических крыс, в сравнении с таковой у контрольных животных. В матке, яичниках и те-стикулах крыс с СД 1-го типа базальная активность фермента была снижена соответственно на 36, 28 и 13%, в то время как в миокарде и мозге она была в незначительной степени повышена (табл. 1). В миокарде и тестикулах крыс с СД 2-го типа базальная активность ГЦ была повышена на 20 и 11%, в матке и яичниках снижена на 26 и 13%, в мозге практически не отличалась от контроля. Полученные нами данные о повышении уровня базальной активности фермента в миокарде крыс с СД 2-го типа согласуются с результатами о повышении экспрессии ГЦ-В в сердце мышей ob/ob с СД 2-го типа [6]. Стимулирующие эффекты катионов марганца (5 мМ) и совместно 5 мМ MnCl2 и 0.1% Triton X-100 на активность мембранно-связанных ГЦ в тканях контрольных и диабетических животных существенно не различались (данные не представлены). Нам известна лишь одна работа, выполненная 20 лет назад, об изменении уровня базальной активности ГЦ в условиях диабета [12]. Авторы обнаружили снижение общей базальной активности ГЦ в аорте крыс с СД 1-го типа продолжительностью 8 недель. Од-

Таблица 1. Базальная активность мембранно-связан-ных гуанилатциклаз в тканях крыс с экспериментальным диабетом 1-го и 2-го типов в сравнении со здоровыми животными

Ткань Контроль СД 1-го типа СД 2-го типа

Активность ГЦ, пмоль цГМФ за 1 мин на 1 мг мембранного белка

Миокард, самцы Мозг, самцы Тестикулы, самцы Матка, самки Яичники, самки 4.94 ± 0.52 1.12 ± 0.17 3.26 ± 0.39 0.42 ± 0.05 0.53 ± 0.07 5.23 ± 0.42 1.26 ± 0.20 2.84 ± 0.51 0.27 ± 0.08 0.38 ± 0.08 5.95 ± 0.56 1.17 ± 0.23 3.61 ± 0.57 0.31 ± 0.06 0.46 ± 0.11

нако они не изучали активность мембранно-свя-занных и цитозольных форм ГЦ по отдельности.

Далее нами было изучено влияние натрийуре-тических пептидов на активность рецепторных ГЦ в тканях контрольных и диабетических крыс. В контроле ЛМР отчетливо стимулировал ГЦ в миокарде (+104%), тестикулах (+55%) и яичниках (+51%). В матке и мозге стимулирующий эффект ЛМР был менее выражен (+33 и +38%). В миокарде, тестикулах и яичниках крыс с СД 1-го типа стимулирующий ГЦ эффект ЛМР в значительной степени снижался (рис. 1а). При СД 2-го типа эффект ЛМР снижался только в миокарде, в то время как в других изученных тканях он менялся незначительно. СМР, так же как и ЛМР, стимулировал ГЦ во всех изученных тканях контрольных крыс, причем его эффект был наибольшим в яичниках (+91%). Стимулирующий ГЦ эффект СМР снижался в тканях репродуктивной системы крыс с СД 1-го типа, в наибольшей степени в матке (рис. 1б). В миокарде крыс с СД 1-го типа, напротив, наблюдалось усиление стимуляции фермента СМР. При СД 2-го типа снижение эффекта СМР наблюдалось в тестикулах и яичниках, в то время как в других тканях существенных изменений его эффекта не отмечалось.

Поскольку ЛМР является одним из важнейших кардиопротекторов, который снижает объем циркулирующей крови и системное артериальное давление, понижает концентрацию катионов натрия в сосудистом русле, ингибирует секрецию вазопрессина и АКТГ и препятствует развитию гипертрофии миокарда [7], то впервые обнаруженное нами снижение чувствительности мем-бранно-связанных ГЦ к ЛМР в миокарде диабетических крыс может быть одной из ключевых причин нарушения функций сердечно-сосудистой системы в условиях СД. Есть основания считать, что повышение базальной активности мем-бранно-связанных ГЦ при обоих типах СД и повышение их чувствительности к СМР при СД 1-го

840

ШПАКОВ и др.

Стимулирующий эффект ANP на активность ГЦ, %

120 100 80 60 40 20 0

(а)

Д

А Б В Г

Стимулирующий эффект СNP на активность ГЦ, %

120 г

(б)

100 80 60 40 20 0

*

М

X

т

U

В

Г

Д

Рис. 1. Влияние атриального натрийуретического пептида (АКР) (а) и натрийуретического пептида С-типа (СКР) (б) на активность мембранно-связанных гуанилатциклаз (ГЦ) в тканях контрольных и диабетических крыс. А — миокард, Б — мозг, В — тестикулы, Г — матка, Д — яичники. Стимулирующий эффект АКР и СКР (10-6 М) выражен в процентах по отношению к базальной активности ГЦ в тканях контрольных крыс, принятой за 100%. * — различия достоверны, Р< 0.05.

типа является компенсаторным механизмом в ответ на снижение чувствительности ГЦ-А к АКР в миокарде диабетических животных. О повышении чувствительности ГЦ-В к СКР в клетках эпителия сосудов в условиях краткосрочной гипергликемии, имитирующей СД 1-го типа, сообщали и другие ав

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

Пoхожие научные работыпо теме «Математика»