CC BY
0BIOLOGICAL SCIENCES
Кирбаева Н.В.
Младший научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи», Москва, Россия
Сото С.Х.
Кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи», Москва, Россия Шаранова Н.Э.
Кандидат биологических наук, ведущий инженер Научно-исследовательского института физико-
химической биологии имени А.Н. Белозерского, Москва, Россия
Васильев А.В.
Доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи», Москва, Россия
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНОСТИ ЛИЗОСОМАЛЬНЫХ ЭНДОПЕПТИДАЗ В ПЕЧЕНИ И МОЗГЕ КРЫС В УСЛОВИЯХ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО
СТРЕССА
ACTIVITY OF LYSOSOMAL ENDOPEPTIDASE IN LIVER AND BRAIN OF RATS DURING
METABOLIC STRESS
Kirbaeva N. V.
Research Assistant of Federal Research Centre of Nutrition and Biotechnology, Moscow, Russia
Soto S.J.
PhD of Medicine, Senior researcher of Federal Research Centre of Nutrition and Biotechnology, Moscow,
Russia Sharanova N.E.
PhD of Biochemistry, Researcher of A.N. Belozersky Research Institute of Physico-Chemical Biology MSU,
Moscow, Russia Vasil'ev A.V.
Doctor of Biological Science, Full professor, Leading Researcher of Federal Research Centre of Nutrition
and Biotechnology, Moscow, Russia
АННОТАЦИЯ
Проведен сравнительный анализ активности катепсинов B и D в печени и головном мозге поведенчески активных и пассивных крыс в условиях острого метаболического стресса. Полученные результаты демонстрируют адаптационное усиление лизосомального протеолиза в условиях острого стресса. ABSTRACT
A comparative analysis of the cathepsins B and D activity in the liver and brain tissues in active and passive rats during acute metabolic stress were performed. Obtained data suggest the adaptation increase of lysosomal proteolysis under during acute stress, which has an important regulatory value.
Ключевые слова: метаболический стресс, катепсин B, катепсин D, лизосомальный протеолиз, крысы, поведение.
Keywords: metabolic stress, cathepsin B, cathepsin D, lysosomal proteolysis, rats, behavior.
Метаболический стресс обусловливает усиление катаболических процессов в организме. Преобладание аутофагии - временный механизм выживания и получения альтернативных источников энергии в условиях голодания, а также способ удаления белков с нарушенной структурой, образовавшихся в стрессовой ситуации [2;4;5]. В этих условиях за мобилизацию белковых и других ресурсов организма отвечает лизосомальный протеолитический аппарат, содержащий, в том числе, цистеиновые и аспартатные протеазы, к которым относятся ка-тепсины В и D соответственно.
Показано, что многие негативные последствия стресса формируются уже после окончания действия на организм стрессорных факторов. И комплекс компенсаторных реакций при однотипных стрессорных нагрузках проявляется у особей с различными индивидуально-типологическими параметрами по-разному [1].
В связи с этим целью нашей работы стала оценка изменения активности катепсинов В и D у крыс с разной поведенческой активностью в условиях метаболического стресса и после окончания его действия.
Экспериментальное исследование проведено «открытое поле» [1]. Всего было выделено 6 групп на 60 крысах самцах линии Вистар. Для предвари- животных, по 10 особей в каждой (Таблица 1). тельного разделения животных на группы поведенчески активных и пассивных использовали тест
Таблица 1.
Группы экспериментальных животных.
Группа Тип поведенческой активности Рацион
Контроль А Общевиварный
П Общевиварный
Голод А Вода ad libitum
П Вода ad libitum
Восстановление А Общевиварный
П Общевиварный
Активность катепсинов B и D в тканях мозга и печени определяли по описанной ранее методике [6].
В лизосомах печени было выявлено изначальное различие активностей катепсинов B и D у пассивных и активных крыс. При этом отмечено разнонаправленное изменение активностей данных
протеаз на разных этапах эксперимента: снижение активности катепсина B у обеих поведенческих групп животных в период голода и повышение активности катепсина D. В восстановительный период активность катепсинов возвращалась к до-стрессовым показателям (Рисунки 1,2).
Рисунок 1. Активность катепсина B в печени при метаболическом стрессе (мкмоль/мг белка, ЫЗт,
п=10).
Примечание
Здесь и в рисунках 2-4:
+ р < 0,05 по сравнению с группой контрольных животных ** р < 0,05 по сравнению с группой пассивных животных
Рисунок 2. Активность катепсина D в печени при метаболическом стрессе (мкмоль/мг белка, ЫЗт,
п=10).
Снижение активности катепсина В при голодании вероятно связано со снижением доли цистеина в общем пуле аминокислот в условиях дефицита белка.
Исследование активностей данных протеаз в ткани мозга не выявило значимых различий в активности катепсина D на всех этапах эксперимента как у пассивных, так и у активных животных (Рису-
нок 3).
mkmol/mg protein
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Катепсин D. Мозг
□ Active В Passive
Control
Starvation
Recovery
Рисунок 3. Активность катепсина D в ткани мозга при метаболическом стрессе (мкмоль/мг белка,
M±m, n=l0).
Однако наблюдалось достоверное по сравне- Данные изменения в большей степени были выра-нию с контролем повышение активности катепсина жены у пассивных особей (Рисунок 4). В, сохранявшееся и в восстановительный период.
mkmoI/mg protein
25
20
Катепсин В. Мозг
15
10
Control
Recovery
□ Active H Passive
Рисунок 4.
Активность катепсина Б в ткани мозга при метаболическом стрессе (мкмоль/мг белка, ЫЗт, п=10).
5
0
Следует отметить, что, как и в печени, так и в ткани мозга активность катепсина В у активных животных на протяжении всего эксперимента была статистически значимо ниже уровня активности фермента у пассивных крыс (Рисунок 4). Последнее комплементарно с имеющимися в литературе сведениями о полиморфизме катепсина В в ткани мозга у мышей с высоким и низким уровнем тревожности и у мышей с депрессивно-подобным поведением [3].
Полученные данные по изменению активностей катепсинов B и D в головном мозге крыс с различной поведенческой активностью указывают на адаптационное усиление лизосомального протео-лиза в условиях действия стрессорных факторов.
Список литературы
1. Коплик Е.В. Метод определения критерия устойчивости крыс к эмоциональному стрессу / Е.В. Коплик // Вестн. Новых медицинских технологий - 2002. - Т. 9 - № 1- 16-18с.
2. Ciechanover A. Proteolysis: from the lysosome to ubiquitin and the proteasome. / A. Ciechanover // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. - 2005. - Т. 6 - № 1- 79-87с.
3. Czibere L. Profiling trait anxiety: transcriptome analysis reveals cathepsin B (Ctsb) as a novel candidate gene for emotionality in mice. / L. Czibere, L. A. Baur, A. Wittmann, K. Gemmeke, A. Steiner, P. Weber, B. Putz, N. Ahmad, M. Bunck, C. Graf, R. Widner, C. Kuhne, M. Panhuysen, B. Hambsch, G. Rieder, T. Reinheckel, C. Peters, F. Holsboer, R. Landgraf, J. M. Deussing // plos One -2011. - T. 6 - № 8- e23604c.
4. Glick D. Autophagy: cellular and molecular mechanisms. / D. Glick, S. Barth, K. F. Macleod // J. Pathol. - 2010. - T. 221 - № 1- 3-12c.
5. Kuma A. The role of autophagy during the early neonatal starvation period. / A. Kuma, M. Hatano, M. Matsui, A. Yamamoto, H. Nakaya, T. Yoshimori, Y. Ohsumi, T. Tokuhisa, N. Mizushima // Nature -2004. - T. 432 - № 7020- 1032-1036c.
6. Sharanova NE, Kirbaeva NV, Toropygin IY, Khryapova EV, Koplik EV, Soto CKh, Pertsov SS, Vasiliev AV. Effect of Acute Emotional Stress on Proteomic Profile of Selected Brain Areas and Lysosomal Proteolysis in Rats with Different Behavioral Activity. Bull Exp Biol Med. 2016 Jul;161(3): 355-8.
