ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2010, том 433, № 6, с. 835-837
БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 577.15.03
ОРНИТИНДЕКАРБОКСИЛАЗА В ПЕЧЕНИ, СЕЛЕЗЕНКЕ И КОСТНОМ МОЗГЕ СУСЛИКОВ SPERMOPHILUS UNDULATUS
© 2010 г. О. С. Логвинович, Г. Е. Аксёнова, Л. А. Фиалковская, В. Н. Афанасьев, Д. А. Игнатьев, И. К. Коломийцева, член-корреспондент РАН Е. Е. Фесенко
Поступило 10.03.2010 г.
Зимняя спячка (гибернация) — естественное гипометаболическое состояние, позволяющее ряду видов млекопитающих переживать неблагоприятные условия окружающей среды [1, 2]. Ги-бернанты — уникальные объекты для изучения резервных возможностей организма высших теплокровных животных. Физиологические, поведенческие и биохимические особенности у гибер-нирующих млекопитающих представлены в работах [3—5]. В период гибернации состояние оцепенения позволяет млекопитающим значительно экономить энергетические ресурсы организма за счет радикального снижения уровня физиологических и обменных процессов. Спячка относительно небольших гибернантов, сусликов, протекает в виде последовательности циклов (ба-утов), прерываемых кратковременными периодами активации [6]. Специфические эндогенные механизмы зимоспящих позволяют им за короткий период пробуждения восстановить измененный во время баута уровень физиологических и обменных процессов. Известно, что фермент биосинтеза полиаминов — орнитиндекарбоксилаза (ОДК, КФ 4.1.1.17.) является одним из наиболее чувствительных маркеров активации метаболизма клеток и тканей [7, 8]. Задача настоящего сравнительного исследования — изучение активности ОДК в сопоставлении с темпом клеточной пролиферации в тканях сусликов 8. ипёи1а1ш в активный летний период и в период зимней спячки.
Показано: 1) активность ОДК в печени снижена в течение сезона гибернации; 2) в костном мозге и селезенке активность ОДК снижена в состоянии оцепенения, а у пробудившихся (зимние активные) достигает летнего уровня; 3) в костном мозге сусликов, находящихся в состоянии оцепенения, отмечено снижение доли клеток в 8-фазе, рост доли клеток в фазах 00 + С1 клеточного цикла и увеличение соотношения (¿2 + М)/8; у зимних активных сусликов доля клеток в 8-фазе клеточного цикла превышает летний уровень.
Институт биофизики клетки
Российской Академии наук, Пущино Московской обл.
Опыты на сусликах S. undulatus проводили в летний период и в сезон зимней спячки; использовали животных обоего пола массой 600—850 г. Все процедуры с животными проводили в соответствии с требованиями институтской комиссии по этике и Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей (European Communities Council Directive (86/609/EEC)). "Зимние" суслики были разделены на четыре группы: 1) спящие — животные, которых декапитировали в середине баута при температуре тела 1—7°С (средняя 4°С); 2) выходящие — животные, пробуждающиеся от спячки при температуре тела 6— 29°С (22°С), декапитировали до завершения их выхода в активное состояние; 3) активные зимние суслики — животные, активные между баутами спячки, которых забивали через 24 ч после пробуждения; 4) входящие — суслики, которых забивали при входе в спячку при температуре тела 36— 7°С (19°С). Сусликов декапитировали с помощью гильотины; печень, селезенку и костный мозг плечевой кости извлекали и замораживали в жидком азоте. Активность орнитиндекарбоксилазы определяли радиоизотопным методом по освобождению 14СО2 из меченого Х-[1-14С]орнитина [9]. Пролиферативную активность костного мозга оценивали по распределению клеток по фазам клеточного цикла методом проточной цитофлуо-риметрии [10]. Достоверность различий оценивали по i-критерию Стьюдента, результаты представляли как среднее ± стандартная ошибка.
В зимний период во всех исследуемых органах и тканях спящих сусликов наблюдалось падение активности фермента ОДК: в печени — до 4.9% (рис. 1); в селезенке — до 9.4% (рис. 2); в костном мозге — до 22.6% (рис. 3) от активности фермента "летних" сусликов. Во время кратковременных пробуждений активность ОДК возрастала в селезенке (рис. 2) и костном мозге (рис. 3), достигая уровня активности фермента летних сусликов. В печени (рис. 1) активность ОДК сохранялась на низком уровне на протяжении всего периода гибернации и в различных физиологических состояниях сусликов менялась незначительно. По-ви-
835
8*
836
ЛОГВИНОВИЧ и др.
Активность ОДК, пмоль СО2 • (ч • мг белка) 1 70
60
50
40
30
20
10
****
*** У//УУ//Л
Летние Зимние Входящие Спящие Выходящие активные
Рис. 1. Активность ОДК в печени суслика 8. иш!и1а1;ш в различных физиологических состояниях. По оси абсцисс — физиологическое состояние суслика; по оси ординат — активность ОДК. Различие достоверно по отношению к летним сусликам: *** р < 0.005; ****р < 0.001.
Активность ОДК, пмоль СО2 • (ч • мг белка) 14 г
12 10 8 6 4 2
Летние Зимние Входящие Спящие Выходящие активные
Рис. 2. Активность ОДК в селезенке суслика 8. иш!и-1а1и в различных физиологических состояниях. По оси абсцисс — физиологическое состояние суслика; по оси ординат — активность ОДК. Различие досто-
верно по отношению к летним сусликам:
р <
< 0.001. Различие достоверно по отношению к зимним активным сусликам: ##р < 0.01; ###р < 0.005.
димому, это связано с тем, что энергетическим субстратом сусликов в зимний период служит запасенный жир и печень, как орган пищеварительной системы, находится в неактивном состоянии; на негибернирующих млекопитающих ранее была показана зависимость между активностью ОДК печени и питанием [11]. В отличие от печени, в селезенке и костном мозге не было выявлено достоверных различий активности ОДК между летними и бодрствующими между баутами спячки зимними сусликами. Во время входа в оцепенение и выхода из этого состояния активность фермента была снижена: в селезенке до 17.3 ± 2.6% (п = 20) и 23.1 ± 1.7% (п = 9) соответственно; в костном мозге до 40.7 ± 8.3% (п = 23) и 25.7 ± 3.6% (п = 5) соответственно. Пролиферация является достаточно энергоемким процессом и при входе в спячку подавляется митотическая активность. По данным других исследователей в костном мозге ги-бернантов в состоянии оцепенения отсутствуют митозы, появляющиеся лишь во время пробуждений [12]. Полагают, что необходимость обновления клеток крови является одной из причин периодических пробуждений зимоспящих млекопитающих [12]. В наших исследованиях наряду с падением активности ОДК в костном мозге спящих сусликов наблюдалось снижение доли клеток в 8-фазе (до 84.3 ± 5.1% от уровня летних сусликов) и увеличение доли клеток в фазах 00 + С1 клеточного цикла (107.8 ± 4.9%) (табл. 1). Ранее при исследовании клеток крипт слизистой оболочки тонкого кишечника сусликов в состоянии оцепенения было показано увеличение доли клеток в фазах С2 + М при резком уменьшении числа митозов, что позволило авторам сделать вывод о наличии блока клеточного цикла в стадии С2 [13—15].
У активных зимних сусликов доля клеток крипт в 8-фазе не увеличивалась по сравнению с состоянием оцепенения [14]. В костном мозге по нашим данным процент клеток в 8-фазе у активных зимних сусликов превышал летний уровень, доля клеток в стадии С2 + М существенно не менялась в различных физиологических состояниях. В то же время увеличение соотношения (С2 + М)/8 в процессе входа в оцепенение и в состоянии собственно спячки указывает на некоторое накопление клеток в фазе С2 (табл. 1). Активация фермента ОДК (маркера активности клеток) во время
Ацктивность ОДК, пмоль СО2 • (ч • мг белка) 1 60 г
50 40 30 20 10
****####
****#### ****# 3— —ь
Летние Зимние Входящие Спящие Выходящие активные
Рис. 3. Активность ОДК в костном мозге суслика 8. иш!и1а1;ш в различных физиологических состояниях. По оси абсцисс — физиологическое состояние суслика; по оси ординат — активность ОДК. Различие до-
стоверно по отношению к летним сусликам:
р <
< 0.001. Различие достоверно по отношению к зимним активным сусликам: #р < 0.05, ####р < 0.001.
ОРНИТИНДЕКАРБОКСИЛАЗА В ПЕЧЕНИ, СЕЛЕЗЕНКЕ И КОСТНОМ МОЗГЕ.
837
Таблица 1. Распределение клеток костного мозга по фазам клеточного цикла (%) при различных физиологических состояниях суслика 8. ипёиЫш
Физиологическое состояние
Фаза клеточного цикла (G2 + M)/S
G0 + Gi S G2 + M
73.1 ± 0.5 18.6 ± 0.4 8.4 ± 0.3 0.453 ± 0.02
69.6 ± 1.6* 21.0 ± 1.3* 9.4 ± 0.5 0.452 ± 0.02
73.4 ± 0.8# 17.2 ± 0.7# 9.4 ± 0.3* 0.566 ± 0.02****, #
75.3 ± 1.2# 15 7 ± 0 9**, ### 9.0 ± 0.4 0.592 ± 0.03****, ##
73.7 ± 1.8 17.8 ± 1.5 8.6 ± 0.8 0.507 ± 0.06
Летние (п = 16)
Зимние активные (п = 7)
Зимние, входящие в спячку (п = 28)
Зимние спящие (п = 14)
Зимние, выходящие из спячки (п = 9)
Примечание. Различие достоверно по отношению к летним сусликам: *р < 0.05; **р < 0.01; ****р < 0.001. Различие достоверно по отношению к зимним активным сусликам: #р < 0.05; # р < 0.01; ##р < 0.005; п — количество животных.
пробуждений, вероятно, обусловлена функциональной активацией костного мозга и коррелирует с ростом доли клеток в синтетической фазе (8) клеточного цикла.
Таким образом, в период гибернации происходят существенные изменения активности ОДК в исследованных тканях. ОДК участвует в адаптивных изменениях функциональной активности систем организма животных в летний период и в различных физиологических состояниях в ходе зимней спячки. В костном мозге в период гибернации изменение активности ОДК коррелирует с темпом клеточной пролиферации.
Авторы статьи выражают благодарность Н.М. Захаровой и коллективу Лаборатории механизмов природных гипометаболических состояний Института биофизики клетки РАН за предоставленный экспериментальный материал.
Работа поддержана грантом РФФИ 09—04— 00993-а.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Колаева С.Г. // Вестн. РАН. 1993. Т. 63. № 12. С. 1076-1081.
2. Lyman C.P., Willis J.S., Malan A. etal. Hibernation and Torpor in Mammals and Birds. L.: Acad. Press, 1982. 303 p.
3. Carey H.V., Andrews M.T., Martin S.L. // Physiol. Rev. 2003. V. 83. P. 1153-1181.
4. Drew K.L., Buck C.L., Barnes B.M. et al. // J. Neuro-chem. 2007. V. 102. P. 1713-1726.
5. Демин Н.Н., Шортанова Т.Х., Эмирбе
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.