ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2010, том 430, № 2, с. 264-267
БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 577.353.2:615.831
ИЗОФОРМНЫЙ СОСТАВ БЕЛКОВ МИОЗИНОВЫХ НИТЕЙ В МИОКАРДЕ МОНГОЛЬСКИХ ПЕСЧАНОК (MERIONES UNGUICULATUS) ПОСЛЕ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА
© 2010 г. Ю. В. Шумилина, И. М. Вихлянцев, З. А. Подлубная, член-корреспондент РАН И. Б. Козловская
Поступило 02.07.2009 г.
Результаты, полученные ранее в рамках Программы фундаментальных исследований Отделения биологических наук РАН "Физиологические механизмы регуляции внутренней среды и организации поведения живых систем", выявили ведущую роль опорной афферентации в функциональной организации мышечного тонуса у млекопитающих [1, 2]. Отсутствие опоры в условиях реальной или моделируемой микрогравитации приводит к развитию в скелетных позно-тониче-ских мышцах "гипогравитационного мышечного синдрома", который проявляется в развитии мышечной атрофии, сопровождающейся уменьшением объема мышечных волокон, деструкцией миофибриллярного аппарата, снижением тонуса, выносливости и общей работоспособности мышц [1]. Проведенные в рамках указанной выше программы исследования показали, что уменьшение содержания белков саркомерного цитоскелета (Ш2А-формы тайтина, небулина, Х-белка), сдвиг миозинового фенотипа в сторону увеличения ко-
личества быстрых изоформ тяжелых цепей миозина, а также снижение количества изоформы легкой цепи 2 миозина в т. 8о1еш человека и крысы в условиях микрогравитации вносят вклад в развитие "гипогравитационного мышечного синдрома" [2—7]. Развитие этого синдрома сопровождается также разрушением высокомолекулярной формы тайтина, которая по нашим электро-форетическим и иммунологическим данным, представленным в работе [7], может являться ин-тактной изоформой этого белка.
Подобные исследования на белках сердечной мышцы не проводились. Цель данной работы — изучение количественных изменений в интакт-ных изоформах тайтина, Ш2Б- и Ш2БА-формах тайтина, а- и р-тяжелых цепях миозина, легких цепях 1 и 2 миозина, а также в С-белке сердечной мышцы монгольских песчанок (Мейопе8 шп§шс-ШаШз), находившихся в условиях 12-суточного космического полета.
Таблица 1. Соотношения Ш2Б-, Ш2БА-форм тайтина и тяжелых цепей миозина в левом желудочке сердца песчанок контрольной и полетной групп
Вариант Интактный N2 БА Ш2Б N2 БА Ш2БА, % Ш2Б, %
тайтин
ТЦМ ТЦМ ТЦМ Ш2Б
Контроль(п = 6) 0.014 ± 0.002 0.040 ± 0.003 0.110 ± 0.012 0.367 ± 0.032 26.9 ± 1.7 73.1 ± 1.7
Полет (п = 6) 0.016 ± 0.002 0.065 ± 0.007* 0.100 ± 0.017 0.672 ± 0.130* 39.9 ± 4.6 60.1 ± 4.6
* Уровень значимостир < 0.05.
Институт теоретической и экспериментальной биофизики
Российской Академии наук, Пущино Московской обл.
Пущинский государственный университет, Московская обл.
Институт медико-биологических проблем Российской Академии наук, Москва
ИЗОФОРМНЫЙ СОСТАВ БЕЛКОВ МИОЗИНОВЫХ НИТЕЙ
265
Для эксперимента были отобраны 12 песчанок (возраст 4—4.5 мес, средняя масса 51.6 г), разделенных на 2 группы: "полет" и "контроль". Песчанок группы полет (n = 6) в течение 12 сут подвергали действию реальной микрогравитации на борту российского космического аппарата "Фо-тон-М3". Песчанок группы контроль (n = 6) в это же время содержали в условиях земной гравитации. Животные и той, и другой групп были помещены в специально оборудованный модуль "Контур-Л", состоящий из герметичного контейнера-клетки для содержания животных и системы их жизнеобеспечения. Клетка была снабжена кормушкой, конструкция которой обеспечивала животным свободный доступ к корму в виде брикетов с 18-20%-ным содержанием воды, что соответствовало содержанию влаги в растительном корме, поедаемом песчанками в природе. Все процедуры, связанные с содержанием, а также забоем животных, проводили в ГНЦ ИМБП РАН и были одобрены комиссией по биомедицинской этике. Экспериментальный материал от животных полетной и контрольной групп был взят через сутки после приземления спутника. Образцы левого желудочка сердца песчанок замораживали в жидком азоте непосредственно после забоя животного, а затем хранили при температуре —80°С. Электрофорез белков в присутствии додецил-сульфата натрия проводили, используя гели с содержанием полиакриламида: 7% для тяжелых цепей миозина (ТЦМ) [8], 13% для легких цепей 1 и 2 (ЛЦ1, ЛЦ2) миозина (см. [7]), 8% для С-белка [9] и 2.1% (с добавлением 0.55% агарозы) для тай-тина [7]. Иммуноблоттинг проводили по методу, описанному в работе [7]. В качестве первичных антител использовали: моноклональные антитела к а- и р-тяжелым цепям миозина желудочка сердца ("Chemicon International"), моноклональные антитела к легкой цепи 2 желудочкового миозина ("BioCytex"), поликлональные антитела М-190 к N-концу молекулы С-белка сердечной мышцы ("Santa Cruz Biotechnology", Inc) и моноклональные антитела AB5 к участку молекулы тай-тина, расположенному около М-линии сарко-мера. В качестве вторичных антител, конъюги-рованных с пероксидазой хрена, использовали антитела против IgG мышей ("Sigma"). Белковые полосы выявляли с помощью 3,3'-диамино-бензидина. Денситометрическую обработку электрофоретических гелей, а также мембран после иммуноблоттинга проводили с помощью компьютерной программы Total Lab v. 1.11. В табл. 1 и 2 приведены средние арифметические величины соотношений интегральных плотностей соответствующих белковых полос на гелях и их стандартные ошибки. Статистическую обработку проводили с использованием i-критерия Стьюдента.
Интактный
N2BA.
N2B- .
Интактный ~ тай25н N2BA ."„-N2B
ТЦМ- |
Контроль Полет
Рис. 1. Изменения изоформного состава тайтина в левом желудочке сердца песчанок после 12-суточного космического полета. Электрофорез проведен в геле с содержанием полиакриламида 2.1% и агарозы 0.55%. Указаны белковые полосы: тяжелые цепи миозина (ТЦМ); протеолитические фрагменты тайтина (Т2); К2Б- и К2БЛ-формы тайтина; интактные формы тайтина.
Известно [10, 11], что пребывание человека и животных в условиях реальной или моделируемой микрогравитации приводит к атрофии сердечной мышцы. Поскольку атрофия скелетных мышц в условиях гравитационной разгрузки сопровождается изменениями в изоформном составе тяжелых цепей миозина, а также снижением относительного содержания цитоскелетных белков (тайтина, небулина, Х-белка) и изоформы легкой цепи 2 миозина [2—7], мы ожидали обнаружить подобные изменения в белках сердечной мышцы песчанок, пребывающих в условиях реальной микрогравитации. Результаты наших электрофоретического и иммунологического исследований не выявили снижения общего содержания М2Б- и М2БЛ-изоформ тайтина (табл. 1), содержания изоформ ЛЦ1 и ЛЦ2 миозина (данные не показаны), интактного тайтина (табл. 1, рис. 1) и С-белка (данные не показаны) по отношению к содержанию ТЦМ в левом желудочке сердечной мышцы песчанок группы полет в сравнении с контрольной группой этих животных.
266
ШУМИЛИНА и др.
а-ТЦМ р-ТЦМ -
_а-тцм -р-ТЦМ
Контроль
Полет
Рис. 2. а- и р-формы тяжелых цепей миозина левого желудочка сердца песчанок контрольной и полетной групп. Электрофорез проведен в геле с 7%-ным содержанием полиакриламида.
Однако в миокарде полетной группы песчанок зарегистрировано почти двукратное увеличение количества Ш2БА-формы тайтина относительно количества его Ш2Б-формы (рис. 1, табл. 1). Достоверных отличий в соотношении аТЦМ/рТЦМ в сердечной мышце песчанок полетной и контрольной групп выявлено не было (рис. 2, табл. 2).
Высокое содержание Ш2БА-формы тайтина, имеющей более длинную последовательность из иммуноглобулинподобных доменов в I-диске саркомера, чем Ш2Б-формы, коррелирует с большей эластичностью и, следовательно, растяжимостью сердечной мышцы, что по закону Фран-ка—Старлинга приводит к увеличению силы сердечных сокращений. Показано, что сдвиги в изоформном составе тайтина, наблюдаемые в сердечной мышце человека и животных при адаптационных и патологических процессах (см. ссылки в работе [7]), вносят вклад в изменение сократительных характеристик миокарда, в частности, силы сердечных сокращений, продолжительности систолы и диастолы. Например, адаптационное увеличение относительного содержания более длинных Ш2БА-форм тайтина в предсердиях и желудочках сердца спящих сусликов направлено на усиление сократительной способности мышцы, что необходимо для облегчения выброса из камер сердца этих животных более вязкой крови в период зимней спячки [12]. Изменения изоформного состава тайтина в левом желудочке сердца песчанок группы полет, очевидно, также вносят вклад в увеличение силы сер-
Таблица 2. Соотношения а- и р-форм тяжелых цепей миозина в левом желудочке сердца песчанок контрольной и полетной групп
Вариант а - ТЦ М р-ТЦМ а-ТЦМ, % р-ТЦМ, %
Контроль (n = 6) Полет (n = 6) 0.776 ± 0.067 0.808 ± 0.076 43.6 ± 2.1 44.6 ± 2.3 56.4 ± 2.1 55.4 ± 2.3
дечных сокращений. Известно, что пребывание человека и животных (крыса, кошка, собака) в условиях моделируемой или реальной микрогравитации сопровождается перемещением крови и интерстициальной жидкости в краниальном направлении, что приводит к потере воды организмом из-за сниженной ее реабсорбции в почках [13—15]. Отмечено также, что у крыс после 14-су-точного моделирования условий микрогравитации эти изменения сопровождаются повышением вязкости крови за счет увеличения в ней содержания общего белка [15]. В случае с песчанками можно предположить, что, несмотря на физиологическую особенность этих животных — повышенную способность к реабсорбции воды в почках — при естественных потерях жидкости в организме во время полета может увеличиться вязкость крови. Поэтому для выброса крови из левого желудочка сердца необходимо усилить сократительную способность миокарда, в частности, это достигается повышением содержания длинной К2БЛ-формы тайтина. Несомненно, высказанное предположение нуждается в дальнейшей проверке.
Авторы выражают благодарность проф. Е.А. Ильину за полезную дискуссию.
Работа выполнена при финансовой поддержке Программы Президента Российской Федерации "Ведущие научные школы" № 217.2008.4 и грантов Российского фонда фундаментальных исследований (07-04-00479, 07-04-01448).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
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.