ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОЭНЗИМА Q10 НА ПРОТЕОМНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СЫВОРОТКИ КРОВИ КРЫС С РАЗЛИЧНОЙ ПОВЕДЕНЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ В УСЛОВИЯХ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО СТРЕССА

Состояние стресса представляет собой сложную реакцию организма на воздействие экстремальных факторов среды, приводящих к возникновению ряда функциональных нарушений, в частности, на метаболическом уровне. Актуальным является вопрос изучения возможных путей коррекции негативных последствий экстремальных нагрузок с помощью биологически активных веществ природного происхождения с функциями антиоксидантной защиты. К таким веществам относится коэнзим Q10, способный синтезироваться самим организмом и обладающий высокой антиоксидантной активностью [2, 8].

Исходя из этого, целью работы стало изучение особенностей протеомного профиля сыворотки крови крыс с различной поведенческой активностью в условиях метаболического стресса и при включении в рацион модулятора энергетического гомеостаза коэнзима Q10.

Опыты выполнены на 112 крысах самцах Вистар. Предварительно животные были разделены на группы активных и пассивных особей, по 56 в каждой. Разделение проводилось по результатам классического варианта теста «открытое поле» [3]. Моделью острого метаболического стресса являлось 5 дневное голодание животных (вода ad libitum). Всего было выделено 14 экспериментальных групп, состоящих из 8 животных каждая: интактные особи (контроль, пассивные и активные); голодание на протяжении 5 суток (метаболический стресс, пассивные и активные); 5-суточный восстановительный период после голодания (восстановление, пассивные и активные). Крысы групп контроля и восстановления получали стандартный общевиварный рацион. Кроме этого, были выделены группы активных и пассивных животных, получавших в ходе исследования коэнзим Q10 в дозе 10 мг/кг мт. Животных умерщвляли путем декапитации, отбирали пробы крови.

Далее был проведен протеомный анализ, как было описано ранее [4]. В результате сравнительной характеристики электрофореграмм сыворотки крови крыс было выделено 9 дифференциально экспрессирующихся белков, из которых 4 удалось идентифицировать с применением методов масс-спектрометрии (Табл.1).

Таблица 1 Белки, идентифицированные методом масс-спектрометрии в сыворотке крови активных и пассивных крыс при метаболическом стрессе (­-повышение экспрессии, ¯-снижение экспрессии).

Было установлено идентичное изменение экспрессии ряда белков, как у пассивных, так и у активных животных в результате оказанного стрессорного воздействия. Так, острый метаболический стресс вызвал повышение экспрессии коронина при одновременном снижении экспрессии аполипопроетина Е и цистатина-D. В восстановительный период сохранялось адаптационное изменение экспрессии первых двух белков, однако экспрессия цистатина-D на этом этапе эксперимента повысилась. Цистатин-D относится к цистатиновому суперсемейству эндогенных ингибиторов эндосомальных/лизосомальных цистеиновых протеаз [6]. Цистатин-D обладает более узким ингибиторным профилем по сравнению с другими представителями этого суперсемейства, так он ингибирует катепсины S, H, и L, но не ингибирует катепсин B [7;10]. Т.о. снижение экспрессии цистатина- D косвенно указывает на адаптационное усиление лизосомального протеолиза в условиях острого метаболического стресса у крыс обоих типов поведения, что согласуется с имеющимися литературными данными об активации лизосомального протеолиза при клеточном голодании [5].

Исследования, посвященные изучению биологической роли коронина, установили его участие в фагоцитозе [9], активации Т-клеток [13], интеграции внеклеточных сигналов к актиновому цитоскелету в лейкоцитах [11] и т.д. Полученные в результате проведенного исследования данные демонстрируют необходимость участия этого многофункционального белка в адаптационном отклике организма на оказанное стрессорное воздействие для всех крыс. Причем сохранение повышенной экспрессии данного белка в восстановительный период свидетельствует о продолжительном адаптационном периоде у крыс обоих поведенческих типов.

Аполипопротеин Е (АпоЕ) является структурным компонентом сывороточных липопротеидов и относится к регуляторным апопротеинам. Этот белок участвует в переносе жирных кислот в клетки тканей и транспорте холестерина в печень [1]. Таким образом вызванное стрессом снижение экспрессии данного белка в сыворотке животных служит иллюстрацией интенсификации процессов липидного метаболизма, синтеза ЛПОНП и снижение скорости гидролиза триглицеридов в составе ЛПОНП [12].

Введение в состав рациона пассивных особей дополнительного KoQ10 в дозировке 10 мг/кг м.т. скомпенсировало негативное влияние стресса на организм животных. При этом у активных особей наблюдалось снижение экспрессии цистатина-D и α1-макроглобулина в период фазы острого стресса. α1-Макроглобулин является сильнейшим ингибитором протеиназ, способным инактивировать все известные классы эндопептидаз: сериновые, цистеиновы, аспартатные и металлопротеазы [14]. Т.о. дополнительное введение KoQ10 на стадии острого стресса у активных животных привело к усилению в высокой степени лизосомального протеолиза, что вероятно указывает на различия в адаптационных механизмах у крыс с различной поведенческой активностью.

В результате проделанной работы было показано влияние острого метаболического стресса на изменение экспрессии ряда белков сыворотки крови крыс, а также охарактеризована роль алиментарного воздействия при введении в рацион коэнзима Q10 на адаптационный статус крыс в условиях метаболического стресса.

Список литературы

1.     Бойко Е.Р., Канева А.М. Апопротеин Е и его значение в клинической физиологии // Успехи физиологических наук. – 2009. – Т. 40, № 1. – С. 3-15.

2.     Ключников С.О., Гнетнева Е.С. Убихинон (Коэнзим Q10): теория и клиническая практика // Педиатрия. – 2008. – Т. 87, № 3. – С. 103-110.

3.     Коплик Е.В. Метод определения критерия устойчивости крыс к эмоциональному стрессу // Вестник новых мед. технол. – 2002. – № 9. – С. 16–18.

4.     Шаранова Н.Э., Перцов С.С., Кирбаева Н.В. и др. // Бюл. эксп. биол. и мед. – 2013. – Т.156, № 11. – С. 532- 535.

5.     Яровая Г.А. Биорегулирующие функции и патогенетическая роль протеолиза III. Физиологическая роль и биохимические механизмы протеолитической деградации белков // Лаб. Медицина. – 2002. – №5. – С. 39-45.

6.     Alvarez-Fernandez M, Liang YH, Abrahamson M, Su XD. Crystal structure of human cystatin D, a cysteine peptidase inhibitor with restricted inhibition profile // J. Biol. Chem. – 2005. – V. 6, № 280(18). – P. 18221-8.

7.     Balbin M., Hall A., Grubb A. et al. Structural and functional characterization of two allelic variants of human cystatin D sharing a characteristic inhibition spectrum against mammalian cysteine proteinases // J. Biol. Chem. – 1994. – V. 269. – P. 23156–23162.

8.     Bhagavan H.N., Chopra R.K. Coenzyme Q10: absorption, tissue uptake, metabolism and pharmacokinetics // Free Radic. Res. – 2006. – Vol. 40. – P. 445-453.

9.     Ferrari G., Langen H., Naito M., Pieters J. A coat protein on phagosomes involved in the intracellular survival of mycobacteria // Cell. – 1999. – V.14, №97 (4). – P. 435-47.

10. Freije J.P, Abrahamson M., Olafsson I. et al. Structure and expression of the gene encoding cystatin D, a novel human cysteine proteinase inhibitor // J. Biol. Chem. – 1991. – V. 266. – P. 20538–20543.

11. Gatfield J., Albrecht I., Zanolari B. et al. Association of the leukocyte plasma membrane with the actin cytoskeleton through coiled coil-mediated trimericcoronin 1molecules // Mol. Biol. Cell. – 2005. – V. 16, №6. – P. 2786-98.

12. Gerritsen G., Rensen P.C., Kypreos K.E. et al. ApoC-III deficiency prevents hyperlipidemia induced by apoE overexpression // J. Lipid Res. – 2005. – V .46. – P.1466-1473.

13. Nal B., Carroll P., Mohr E. et al. Coronin-1 expression in T lymphocytes: insights into protein function during T cell development and activation // Int. Immunol. – 2004. – V.16, №2. – P. 231-40.

14. Sottrup-Jensen L. α-Macroglobulins: structure, shape, and mechanism of proteinase complex formation // J.Biol.Chem. – 1989. – V.264. – P. 11539-11542.