CC BY
30
УДК 597.554.3-148.1:577.175.822
СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА АКТИВНОСТИ АЦЕТИЛХОЛИНЭСТЕРАЗЫ И СОДЕРЖАНИЯ БЕЛКА В РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛАХ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРЕСНОВОДНОЙ КОСТИСТОЙ РЫБЫ ABRAMIS BRAMA L. ИЗ РЫБИНСКОГО
ВОДОХРАНИЛИЩА
Г. М. Чуйко, Е. И. Головкина, В. А. Подгорная
Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузскийр-н, e-mail: [email protected]
Определена относительная масса и изучена сезонная динамика активности ацетилхолинэстеразы (АХЭ) и содержание белка различных отделов головного мозга у типичного представителя ихтиофауны средних широт костистой рыбы леща (Abramis brama L). Установлено, что отделы мозга отличаются по всем исследованным параметрам. Наименьшая относительная масса и значения обоих биохимических показателей отмечены для переднего мозга, наивысшие — для объединенных среднего и промежуточного. При этом содержание белка в остальных отделах такое же высокое как в среднем и промежуточном мозге. Активность АХЭ и содержание белка во всех отделах мозга демонстрируют сезонную цикличность. В целом наибольшие значения обоих показателей отмечены для периода с мая по июнь, хотя для каждого отдела имеются свои особенности.
Ключевые слова: ацетилхолинэстераза, белок, относительная масса, отделы мозга, сезонная динамика, лещ (Abramis brama), Рыбинское водохранилище.
ВВЕДЕНИЕ
В жизни рыб существенное значение имеют их взаимоотношения со средой обитания, которая характеризуется постоянной изменчивостью. Изменения большинства естественных факторов окружающей среды имеют сезонную цикличность, что особенно ярко проявляется в средних и северных широтах. Приспособление рыб к жизни в условиях циклических изменений среды осуществляется путем синхронизации их биологических ритмов с природными циклами. Организм на изменение среды обитания обычно отвечает той или иной физиологической или биохимической реакцией, носящей адаптивный характер (Хочачка, Сомеро, 1977; Хлебович, 1981; Hochachka, Somero, 2002). Каждый период биологического цикла характеризуются специфическими физиолого-биохимическими особенностями состояния организма. Изучение этих особенностей для всего цикла и в отдельные его периоды является одной из важных задач ихтиологии и экологической физиологии и биохимии рыб (Шульман, 1972; Шатуновский, 1980).
Ацетилхолинэстераза (АХЭ; КФ 3.1.1.7) — фермент, играющий важную роль в синаптической передаче нервного импульса в холинергической нервной системе и широко распространенный в живой природе от микроорганизмов до млекопитающих (Taylor, i99i; Kozlovskaya, Chuyko, 1993; Mo-ralev, Rozengart, 2006). Участие АХЭ и холинергической системе мозга показано во многих жизненно важных процессах у рыб: в регуляции пищевого (Pavlov et al., 1992) и репродуктивного поведения (Pavlov, 1994b), формировании стресс-ответа (Хайдарлиу и др., 1987; Чуйко и др., 2011; Pavlov et al., 1994;), процессах дыхания (Pavlov, 1994a) и терморегуляции (Crawshow, Wollmuth, 1992; Голованов и др., 2015), работе зрительного (Гдовский, Ружинская, 1990; Ekstrom, Korf, 1986; Ekstrom, 1987) и обонятельного анализаторов (Ружинская, Гдовский, 1992; Ружинская и др., 1990), регуляции сердечного ритма (Копылова и др., 1990) и др. Известно также, что активность АХЭ варьирует в зависимости от отдела мозга рыб (Лейбсон,1963; Хайдарлиу и др.,1984; 1985; Francis, Schechter, 1980; Гдовский, Ружинская, 1990).
Кроме того, последние десятилетия активность АХЭ мозга рыб широко используется для диагностики их отравления фосфорорганическими и карбаматными пестицидами и в качестве биомаркера загрязнения окружающей среды данными веществами (Kirby et al., 2000; Triebskorn et al., 2001; Wijeyaratne, Pathiratne, 2006). Биомаркеры являются одним из инструментов, позволяющих оценить влияние антропогенного загрязнения и других экзогенных природных факторов на водные организмы и экосистемы (Лукьянова, 2001; Чуйко, 2014). Однако для более эффективного применения биомаркеров необходимо знать диапазон их биологической изменчивости, включая сезонные циклы.
Учитывая значимую роль, которую играет АХЭ в функционировании холинергической системы, широкий спектр физиологических функций, находящихся под холинергическим контролем, а также использование её в качестве биомаркера становится очевидной необходимость изучения сезонной динамики фермента в разных отделах мозга рыб.
Вместе с тем, сезонные циклы активности АХЭ в мозге рыб изучены недостаточно. Имеющиеся по этому вопросу работы немногочисленны, касаются лишь целого мозга, охватывают неполный
годовой цикл и выполнены на ограниченном числе теплолюбивых видов сем. Centrarchidae (Edwards, 1971a, b), Cyprinodontidae (Baslow, Nigrelli, 1964), Poeciliidae (Menéndez-Helman et al., 2015) и Clupeidae (Nunes et al., 2015), имеющих ареал распространения в южных широтах. Для рыб средних широт такие работы выполнены для окуня Perca fluviatilis L. (Чуйко, Козловская, 1989) и плотвы Ru-tilus rutilus L. (Chuiko et al., 1997). Сезонная вариабельность активности АХЭ в различных отделах мозга не исследована вообще.
Цель работы — изучение сезонной динамики активности АХЭ и содержания водорастворимого белка в различных отделах головного мозга у типичного представителя ихтиофауны средних широт костистой рыбы леща Abramis brama L (сем.Cyprinidae).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Рыб для исследования отлавливали неводом в Волжском плесе Рыбинского водохранилища (58о 05' с.ш., 38о 16' в.д.) с марта 2008 по июль 2009 гг. В работе использовано 107 экземпляров визуально здоровых, свободных от паразитов ювенильных и половозрелых особей обоего пола в равном соотношении. В таблице приведены данные размерно-массовых характеристик и число исследованных рыб в каждом месяце.
Размерно-массовые характеристики леща (Abramis brama L) Волжского плеса Рыбинского водохранилища
Месяц n Средняя длина, см Средняя масса, г
10.03.2008 16 24.6 218.3
24.04.2008 11 38.0 860.6
05.05.2008 10 38.4 824.6
19.06.2008 10 40.5 1053.2
07.08.2008 10 36.0 886.9
25.09.2008 10 30.1 279.4
30.10.2008 10 23.3 245.3
20.05.2009 10 35.8 980.9
19.06.2009 10 38.4 1077.4
16.07.2009 10 36.9 1072.4
После отлова рыбу доставляли в лабораторию, проводили биологический анализ, извлекали мозг, делили его на отделы (рис.1), взвешивали, помещали в герметично закрывающиеся пластиковые контейнеры объемом 1.5-5 мл, замораживали при температуре -18оС до начала биохимического анализа (не более 10 дней). Передний мозг выделяли без обонятельных луковиц, поскольку у леща они вынесены в переднюю часть головы и располагаются в области ноздрей. Для среднего и промежуточного мозга использовали объединённую пробу, т.к. их разделение по морфо-анатомическим признакам визуально затруднительно.
Рис. 1. Отделы головного мозга леща: I — передний мозг; II — средний мозг; III — промежуточный мозг; IV — мозжечок; V — продолговатый мозг; VI — спинной мозг.
Перед анализом пробы мозга размораживали и гомогенизировали 3 минуты тефлоновым пестиком в стеклянном гомогенизаторе Поттера-Эльвегейма с электроприводом. К навеске ткани добавляли 0.1 М фосфатный буфер с рН 7.5 в соотношении 1:10 (вес/объем). Гомогенаты центрифугировали при 15000 тыс. об/мин (12000g) и t = 0оС в течение 10 мин. Для биохимического анализа использовали супернатант, который разводили в 5 раз, конечное разведение проб равнялось 1:8800 (масса/объем).
Активность АХЭ определяли на спектрофотометре Lambda 25 (Perkin Elmer, Швейцария) методом Эллмана (Ellman et al., 1961) в собственной модификации (Chuiko, 2000) при длине волны 412 нм, температуре 30оС и времени инкубации 20 мин. Использовали иодид ацетилтиохолина (АТХ) в качестве субстрата и дитионитробензойную кислоту (ДТНБ) в качестве окрашивающего агента (оба реактива производства Sigma Company, USA). Активность АХЭ выражали в мкмоль/мин на 1 г сырой ткани. Молярная экстинкция ДТНБ равнялась 14823. Содержание белка определяли спектрофотомет-рически методом Брэдфорд (Bradford, 1976) при длине волны 595 нм по калибровочным графикам, используя в качестве стандарта раствор альбумина (0.25-0.5 мг/мл) сыворотки крови человека (Reanal, Hungary) и выражали в мкг/мг ткани. При определении пробу разводили в 5 раз. Рассчитывали средние значения (х) и их ошибки (mx). Достоверность результатов оценивали по критерию Стью-
дента (t) при p=0.05. Статистическую обработку данных проводили с помощью пакета программ Statgraphics Plus 2.1 и Excel 2000.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Установлены достоверные устойчивые отличия относительной массы различных отделов мозга леща (рис. 2). Наибольшее значение отмечено для среднего и промежуточного мозга (42%), наименьшее — для переднего i
42
□ I HII+III EJIV НУ
Рис. 2. Относительная масса различных отделов головного мозга леща, % от массы целого мозга: I — передний мозг; 11+Ш — средний и промежуточный мозг; IV — мозжечок; V — продолговатый мозг).
Величины активности АХЭ в разных отделах мозга леща также различались. Максимальные значения (11.33 мкмоль/г/мин) зарегистрированы в среднем и промежуточном мозге, минимальные (3.85 мкмоль/г/мин) — переднем. Наибольшие различия достигали 3-х раз (рис. 3а).
10
□ I
HII+III
SIV
ЫУ
100 80 60 40 20 0
9
б
а
5
0
Рис. 3. Удельная активность АХЭ (а) и среднее содержание белка (б) в различных отделах мозга леща: по оси ординат — активность АХЭ, мкмоль/г/мин, среднее содержание белка, мг/г; по оси абсцисс — отделы головного мозга: I — передний мозг; 11+111 — средний и промежуточный мозг; IV — мозжечок; V — продолговатый мозг.
Содержание белка варьировало в зависимости от отдела мозга, но в меньшей степени, чем активность АХЭ (рис. 3б). Различия достигали 1.5 раз, при этом минимальные значения (54.4 мг/г) отмечены в переднем мозге, а максимальные (86.6 мг/г) — в объединенных среднем и промежуточном мозге, а также продолговатом мозге. В мозжечке содержание белка имело промежуточное значение.
В течение года во всех отделах мозга динамика активности АХЭ и содержания белка демонстрировала четко выраженную сезонную цикличность. Сравнение результатов в разные годы показало, что общий характер сезонной динамики обоих показателей сохранялся.
В переднем мозге активность АХЭ (рис. 4а) достоверно возрастала, начиная с марта, и достигала наивысших годовых значений в мае. В летние месяцы уровень активности оставался постоянным и достаточно высоким, к осени достоверно снижался. Сезонная динамика содержания белка имела сходный с активностью фермента характер, но его более высокий, чем весной, уровень оставался и в осенний период (рис. 5а). При этом значения обоих показателей в 2008 г. были немного ниже, чем в 2009 г.
В объединенных среднем и промежуточном мозге активность АХЭ постепенно повышалась в весенние месяцы, достигая достоверно наибольшего значения в июне в 2008 г. и в мае в 2009 г. (рис. 4б). В летние месяцы уровень активности оставался постоянным и достаточно высоким, к осени снижался. В целом активность АХЭ в 2008 г. достоверно выше, чем в 2009 г. Содержание белка весной возрастало, в мае и летом достигало достоверно наивысших значений, к осени снижалось (рис. 5б). Различий между данными 2008 г. и 2009 г. не наблюдалось.
В мозжечке уровень активности АХЭ (рис. 4в) и содержание белка (рис. 5в) достоверно возрастали в весенний период, достигая наивысших значений в мае. Летом уровень обоих показателей постоянный и достаточно высокий, к осени снижался. Межгодовых различий в активности фермента в 2008 и 2009 г. не выявлено. Уровень содержания белка 2008 г. были несколько ниже, чем 2009 г.
В продолговатом мозге динамика обоих показателей наиболее близка к наблюдаемой в переднем мозге.
□ 1
□ 2
III IV V VI VII VIII IX X
15 10 5
0 ш
III IV V VI VII VIII IX X
б
а
15 10 5 0
III IV V VI VII VIII IX X
10 8 6 4 2 0
III IV V VI VII VIII IX X
в
г
Рис. 4. Сезонные изменения активности АХЭ в различных отделах головного мозга леща: а — переднем; б — среднем и промежуточном; в — мозжечке; г — продолговатом. По оси ординат — активность АХЭ, мкмоль/г/мин; по оси абсцисс — месяцы. 1 — 2008, 2 — 2009 год.
Активность АХЭ (рис. 4г) достоверно возрастала, начиная с марта, и достигала наивысших годовых значений в мае. В летние месяцы уровень активности оставался постоянным и достаточно высоким, к осени достоверно снижался. Сезонная динамика содержания белка имела сходный с активностью фермента характер, но его более высокий, чем весной, уровень оставался и в осенний период (рис. 5г). При этом значения обоих показателей в 2008 г. были немного ниже, чем в 2009 г.
а б
120 100 80 60 40 20 0
□ 1
□ 2
120 100 80 60 40 20 0
III IV V VI VII VIII IX X
III IV V VI VII VIII IX X
150 100 50
0
III IV V VI VII VIII IX X
100 80 60 40 20 0
III IV V VI VII VIII IX X
в
г
Рис. 5. Сезонные изменения содержания белка в различных отделах головного мозга леща: а — переднем; б — среднем и промежуточном; в — мозжечке; г — продолговатом. По оси ординат — содержание белка, мг/г; по оси абсцисс — месяцы. 1 — 2008, 2 — 2009 год.
В целом межсезонные различия обоих показателей более четко выражены в переднем и продолговатом мозге, чем в среднем мозге и мозжечке. Наибольших различий активность АХЭ и содержание белка соответственно достигают: в переднем мозге — 2 и 2.2 раза; в среднем и промежуточном мозге — 1,2 и 1.85 раза; в мозжечке — 1,5 и 2.1 раза; в продолговатом мозге — 1,7 и 2.9 раза.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Выявленные в мозге леща различия в активности АХЭ и содержание белка между месяцами носят четко выраженный сезонный характер. Исходя из вариабельности по полу, размеру и массе выборок леща, исследованных в разные месяцы в течение года, можно предположить, что это влияет на величину обоих биохимических показателей. Однако ранее было показано, что в объединенных среднем и промежуточном мозге другого вида рыб из Рыбинского водохранилища, окуня P. fluviatilis L., активность АХЭ не имеет половых различий, а диапазон её варьирования в зависимости от размерно-массовых характеристик рыб значительно меньше того, что наблюдается между сезонами (Чуйко, Козловская, 1989).
Сезонные изменения активности любого биологического показателя могут быть обусловлены либо влиянием факторов окружающей среды (экзогенные), либо эндогенными ритмами (феномен «биологических часов»), а чаще всего независимым совокупным влиянием обоих факторов (Шуль-ман, 1972; Love, 1970). Одним из наиболее существенных факторов, оказывающих значительное влияние на интенсивность обменных процессов у пойкилотермных животных, является температура. Известно, что активность АХЭ мозга некоторых видов рыб прямо пропорционально зависит от температуры среды их обитания (Baslow, Nigrelli, 1964).
Ранее было показано, что в сезоны, характеризующиеся высокой температурой воды, уровень активности АХЭ мозга рыб достоверно выше, чем в периоды года с низкой температурой как в северном (Чуйко, Козловская, 1989; Chuiko et al., 1997; Nunes et al., 2015), так и в южном полушариях (Menendez-Helman et al., 2015). Влияние температуры воды на величину активности АХЭ подтверждается и экспериментально. При акклимации окуня к разным температурам активность фермента выше у рыб, находящихся при более высокой температуре (Чуйко, Козловская, 1989).
У леща во всех отделах, за исключением объединенных среднего и промежуточного мозга, активность АХЭ была максимальной в мае. В среднем в этих двух отделах она также высокая в мае, но в июне еще выше. Однако при этом активность фермента варьировала в течение года в меньшей степени, чем в других отделах. В тоже время наиболее высоких годовых значений температура воды в Рыбинском водохранилище достигает в июле. Вместе c тем, также как и у леща, несовпадение максимумов активности фермента и температуры воды в водохранилище отмечено ранее для окуня P. fluviatilis (Чуйко, Козловская, 1989) и плотвы R. rutilus (Chuiko et al., 1997). Эти данные предполагают существование эндогенных причин сезонных изменений активности АХЭ мозга рыб. Пик активности фермента всех трех видов рыб по срокам соответствует преднерестово-нерестовому периоду.
Ранее изменения активности АХЭ мозга рыб, за исключением окуня и плотвы, в нерестовый период не отмечались. Вероятно, это обусловлено тем, что исследования проводились на теплолюбивых видах Roccus americanus, Lepomis gibbosus, (Edwards, 1971a, b), L. macrochirus (Hogan, 1970), Fundulus heteroclitus (Baslow, Nigrelli, 1964) с порционным нерестом, продолжающимся в течение всего лета и совпадающим по времени с периодом максимальных сезонных температур (Шатунов-ский, 1980). Увеличение активности АХЭ мозга, вызванное физиологическим состоянием рыб и повышением температуры воды, происходит у этих видов одновременно, что, вероятно, и не позволяло выявить влияние нереста.
Как известно, нерест является экстремально стрессирующим периодом в жизни рыб и связан с активизацией всех нейрогуморальных систем организма. В преднерестово-нерестовом состоянии все биохимические, физиологические и поведенческие ресурсы организма мобилизуются на подготовку и эффективное осуществление процесса воспроизводства: усиливаются обменные процессы, резко активизируется деятельность желез внутренней секреции, значительно увеличивается расход энергетических соединений, происходит дозревание половых продуктов, активизируется питание, возрастает двигательная активность рыб (Шульман, 1972; Love, 1970; Шатуновский, 1980).
Контроль и регуляция изменений, происходящих в этот период в организме рыб, осуществляется нейрогуморальной системой. Прежде всего, усиливается активность практически всей гормональной системы (Поленов 1968). Показано, что перед нерестом у рыб возрастает в крови количество гормонов гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы (Гарлов, Поленов 1996), пролактина (Singh, Singh 1981), катехоламинов (Пустовойтова-Восилене 1972), кортикостероидов (Цепеллован, Русаков 1976), включая кортизол (Pickering, Christie, 1981). Деятельность всех отделов мозга также усиливается, что, очевидно, и обуславливает повышение активности АХЭ. Имеются данные, свиде-
тельствующие об увеличении активности фермента в различных отделах мозга животных, в том числе и рыб, при стрессе (Pavlov et al., 1994; Чуйко и др., 2011), в связи с усилением их двигательной активности (Pavan et al., 1979) и условно-рефлекторной деятельностью (Чернышевская, 1983). Совокупность этих факторов и может быть причиной возрастания активности АХЭ в мозге рыб, наблюдаемая в период нереста. О прямом влиянии репродуктивных процессов на активность АХЭ рыб свидетельствует ее повышение в мозге мозамбикской тиляпии (Oreochromis mossambicus) при экспериментально индуцированном нересте (Pavlov, 1994b).
Молекулярные механизмы повышения активности АХЭ мозга рыб до конца не ясны. Однако показано, что в мозге у крыс она возрастает на 50-60% после введения адреналина, а предварительное инъецирование пуромицина, ингибитора синтеза белка, снимает данный эффект. Эти результаты позволяют предположить, что активность АХЭ регулируется на уровне трансляции молекулы белка (Алексидзе, Балавадзе,1976). У высших многоклеточных организмов регулирование активности ферментов путем индукции и репрессии их синтеза под влиянием гормонов имеет широкое распространение. Очевидно, что такой механизм существует и у рыб. Поэтому, с высокой вероятностью можно предположить, что увеличение активности АХЭ, наблюдаемое у рыб в преднерестово-нерестовый период, вызвано прямым действием гормонов и связано с увеличением интенсивности синтеза ферментного белка de novo. Об этом свидетельствуют сезонная динамика содержания водорастворимой фракции белка в мозге леща, характер которой полностью соответствует изменениям активности фермента. Ранее высокая степень корреляции сезонных изменений обоих показателей была обнаружена у плотвы (R. rutilus) Рыбинского водохранилища (Chuiko et al., 1997).
Как показало проведенное исследование, направленность сезонной динамики активности АХЭ и содержания белка не имеют существенных различий между отделами мозга леща. Из этого можно заключить, что такой тип сезонной цикличности исследуемых биохимических параметров является общим для холинергической системы всего мозга и, скорее всего, отражает общий характер направленности изменений интенсивности метаболизма в ЦНС рыб.
ВЫВОДЫ
1. Отделы мозга леща отличаются по своей удельной массе: наивысшую долю в общей массе мозга имеют объединенные средний и промежуточный, наименьшую — передний мозг. Максимальные различия составляют 5 раз.
2. Независимо от сезона и года отделы мозга леща отличаются по удельной активности АХЭ и содержанию белка. Минимальные значения обоих показателей наблюдаются в переднем мозге. Максимальные значения активности АХЭ выявлены в среднем и промежуточном отделах, а в остальных они ниже. Содержание белка во всех остальных отделах находится примерно на одинаковом уровне.
3. Активность АХЭ и содержание белка во всех отделах мозга леща демонстрируют одинаковую сезонную динамику. В целом наибольшие значения обоих показателей отмечены для периода с мая по июнь, хотя для каждого отдела имеются свои особенности. В основе сезонных изменений активности АХЭ и содержания белка в мозге леща лежат как эндогенные причины, так и температурный фактор окружающей среды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Алексидзе Н.Г., Балавадзе М.В. Об участии системы адреналин-аденилатциклаза-3'5'-АМФ в индуктивном синтезе холинэстеразы в головном мозге // Сообщ. АН ГССР. 1976. Т. 81. № 1. С. 189-191. Aleksidze N.G., Balavadze M.V. Ob uchastii sistemy adrenalin-adenilattsiklaza-3'5'-AMF v induktivnom sinteze kholinesterazy v golovnom mozge // Soobscheniya AN GSSR. 1976. T. 81. № 1. S. 189-191. [Aleksidze N.G., Balavadze M.V. On the participation of adrenaline-adenylyl cyclase-3'5'-AMP in the inductive synthesis of Cholinesterase in the brain. Reports of AN GSSR. 1976. Vol. 81. No. 1. P. 189-191.] In Russian. Гарлов П.Е., Поленов А.Л. Функциональная цитоморфология преоптикогипофизарной нейросекреторной системы рыб // Цитология. 1996. Т. 38. С. 275-299. Garlov P.A., Polenov A.L. Funktsional'naya tsitomorfologiya preoptikogipofizarnoi neirosekretornoi sistemy ryb // Tsitologiya. 1996. T. 38. S. 275-299. [Garlov P.A., Polenov A.L. Functional cytomorphology preoptiko-pituitary neurosecretory system of fish // Cytology. 1996. Vol. 38. P.275-299.] In Russian.
Гдовский П.А., Ружинская Н.Н. Оценка функционального развития обонятельной и зрительной систем рыб по активности ацетилхолинэстеразы // Вопр. ихтиол. 1990. Т. 30. № 2. С. 305-314. Gdovskii P.A., Ruzhinskaya N.N. Otsenka funktsional'nogo razvitiya obonyztel'noi i zritel'noi system ryb po aktivnosti atsetilckholinesterasy // Voprosy ikhtiologii. 1990. T. 30. № 2. S. 305-314. [Gdovskii P.A., Ruzhinskaya N.N. Evaluation of the functional development of the olfactory and optic systems fish using acetylcholinesterase activity // J. Ichthyology. 1990. Vol. 30. No. 2. P. 305-314.] In Russian. Голованов В.К. Чуйко Г.М., Подгорная В.А. Головкина Е.И., Некрутов Н.С. Динамика активности ацетилхо-
линэстеразы и водорастворимых белков в головном мозге рыб при разных скоростях нагрева в летний сезон года // Тр. Карел. НЦ РАН. Сер. Эксперим. биология. 2015. № 12. С. 116-123. [Golovanov V.K., Chuiko G.M., Podgornaya V.A., Golovkina E.I., Nekrutov N.S. Dynamics of acetylcholinesterase activity and water-soluble proteins in the brain fish at different speeds of heating in the summer season of the year // Proceedings Karel. SC RAS. Ser. Experimental. Biology. 2015. No. 12. P. 116-123. DOI: 10.17076/eb255]. In Russian.
Копылова Г.Н., Самонина Г.Е., Мандрико Е.В., Крупнова Е.П. О некоторых механизмах двунаправленной регуляции сердечного ритма у костистых рыб // Физиол. ж. СССР им. И.М. Сеченова. 1990. Т. 76. № 10. С. 14701473. Kopylova G.N., Samonina G.E., Mandriko E.V. O nekotorykh mekhanizmakh dvunapravlennoi regulyatsii serdechnogo ritma u kostistykh ryb // Fiziologicheskii zhurnal SSSR im. I.M. Mechnikova. 1990. T. 76. № 10. S. 1470-1473. [Kopylova G.N., Samonina G.E., Mandriko E.V. Some mechanisms of bi-directional regulation of heart rate in teleosts // Sechenov Physiological Journal of the USSR. 1990. Vol. 76. No. 10. P. 1470-1473.] In Russian.
Лейбсон Н.Л. Ацетилхолинэстераза мозга в филогенезе позвоночных // ДАН СССР. 1963. Т. 153. № 6. С. 14351438. Leibson N.L. Atsetsilkholinesterasa mozga v filogeneze pozvonochnykh // Doklady Akademii Nauk SSSR. 1963. T. 153. № 6. S. 1435-1438. [Leibson N.L. Brain acetylcholinesterase in the phylogeny of vertebrates // Reports of Academy of Scienses of USSR. 1963. Vol.153. No. 6. P. 1435-1438.] In Russian.
Лукьянова О.Н. Молекулярные биомаркеры. Владивосток: изд-во ДВГАЭУ, 2001. 196 с. Lukyanova O.N. Mole-kulyarnye biomarkery. Vladivostok: izdatel'stvo DVGAEU, 2001. 196 s. [Lukyanova O.N. Molecular biomarkers / Vladivostok: Far East State Academy of Economy and Management. 2001. 196 p.] In Russian.
Поленов А.Л. Гипоталамическая нейросекреция / Л.: Наука, 1968. 250 с. Polenov A.L. Gipotalamicheskaya nei-rosecretsiya / Leningrad: Nauka, 1968. 250 s. [Polenov A.L. Hypothalamic neurosecretion / Leningrad: Science, 1968. 250 p.] In Russian.
Пустовойтова-Восилене М.Е. Сезонные колебания содержания катехоламинов и ДОФА в тканях карпа // Ж. эвол. биохим. физиол. 1972. Т. 8. С. 94-95. Pustovoitova-Vosilene M.E. Sezonnye kolebaniya soderzhaniya kate-kholaminov i DOFA v tkanaykh karpa // Zhurnal evlutsionnoi biokhimii i fiziologii. 1972. T. 8. S. 94-95. [Pustovoi-tova-Vosilene M.E. Seasonal fluctuations of catecholamines and DOPA in the tissues of the carp // J. Evol. Biochem. Physiol. 1972. Vol. 8. P. 94-95.] In Russian.
Ружинская Н.Н., Гдовский П.А. Особенности локализации и возможная роль ацетилхолинэстеразы в обонятельной луковице рыб // Сенсор. системы. 1992. Т. 6. № 3. С. 26-29. Ruzhinskaya N.N., Gdovskii P.A. Osoben-nosti lokalizatsii i vozmozhnaya rol' atsetilkholinesterazy v obonyatel'noi lukovitse ryb // Sensornye sistemy. 1992. T. 6. № 3. S. 26-29. [Ruzhinskaya N.N., Gdovskii P.A. Features of the location and the possible role of acetylcholinesterase in the olfactory bulb of fish // Sensory Systems. 1992. Vol.6. No. 3. P.26-29.] In Russian.
Ружинская Н.Н., Гдовский П.А., Мензикова О.В. Влияние аносмии и деэфферентации на активность ацетилхолинэстеразы обонятельной луковицы карася // В кн. Флеров Б.А. (ред). Физиология, биохимия и токсикология пресноводных животных. Тр. ИБВВ РАН, 57(60), Л.: Наука, 1990. С. 79-84. Ruzhinskaya N.N., Gdovskii P.A., Menzikova O.V. Vliyanie anosmia i deefferentatsii na aktivnost' atsetilkholinesterazy obonyatel'noi lukovitse karasya // V kn. Flerov B.A. (red.) Fiziologiya, biokhimiya i toksikologiya presnovodnykh zhivotnykh. Trudy IBVV RAN, 57 (60), L.: Nauka, 1990. S. 79-84. [Ruzhinskaya N.N., Gdovskii P.A., Menzikova O.V. The impact of anosmia and deef-ferentation on acetylcholinesterase activity in olfactory bulb of goldfish // In: Flerov B.A. (ed.) Physiology, biochemistry and toxicology of freshwater animals. Proced. IBIW RAS, 57 (60). L.: Science, 1990. P. 79-84.] In Russian.
Хайдарлиу С.Х., Крепис О.И., Тонкоглас В.П., Духовная Н.П. Распределение и суточные ритмы активности хо-линэстераз в различных отделах ЦНС и внутренних органах толстолобика / Рук. деп. в ВИНИТИ. 1984. N5798-84 Деп. 13 с. Khaidaraliu S.V., Krepis O.I., Tonkoglas V.P., Dukhovnaya N.P. Raspredelenie i sutochnye ritmy ak-tivnosti kholinesteraz v razlichnykh otdelakh TsNS i vnutrennikh organakh tolstolobika / Ruk. dep. v VINITI. 1984. N5798-84 Dep. 13 s. [Khaidaraliu S.V., Krepis O.I., Tonkoglas V.P., Dukhovnaya N.P. Distribution and circadian rhythms of cholinesterase activity in different parts of the CNS and internal organs of silver carp / Manuscr. dep. in the Institute for Scientific and Technical Information (VINITI RAS) 1984. N5798-84 Dep. 13 p.] In Russian.
Хайдарлиу С.Х., Крепис О.И., Тонкоглас В.П., Духовная Н.П. Циркадные вариации функционального состояния основных отделов ЦНС белого толстолобика // VI Всес. конф. по экологич. физиол. и биохим. рыб. Тез. докл. Вильнюс, 1985. С. 256-257. Khaidaraliu S.V., Krepis O.I., Tonkoglas V.P., Dukhovnaya N.P. Tsirkadnye variatsii funktsional'nogo sostoyaniya osnovnykh otdelov TsNS belogo tolstolobika // VI Vsesoyuz. konf. po ekolog. fiziol. i biokh. Tezisy dokl. Vil'nyus, 1985. S. 256-257. [Khaidaraliu S.V., Krepis O.I., Tonkoglas V.P., Dukhovnaya N.P. Circadian variation of the functional state of the main divisions of CNS in silver carp // VI AllUnion Conf. Ecol. Physiol. Biochem. Proceed. Book. Vilnius, 1985. P. 256-257.] In Russian.
Хайдарлиу С.Х., Крепис О.И., Тонкоглас В.П., Духовная Н.П. Влияние стрессовых факторов на активность хо-линэстераз в отделах ЦНС и внутренних органах толстолобиков // Первый Симп. экол. биохим. рыб. Тез. докл. Ярославль, 1987. С. 197-198. Khaidaraliu S.V., Krepis O.I., Tonkoglas V.P., Dukhovnaya N.P. Vliyanie stressovykh faktorov na aktivnost' tolstolobikov // Pervyi simpozium po ecologicheskoy biokhimii ryb. Tezisy dokla-dov. Yaroslavl, 1987. S. 197-198. [The impact of stress factors on the cholinesterase activity in the parts of the CNS and internal organs of silver carp // First Symp. on Ecolog. Biochem. Yaroslavl, 1987. P. 197-198.] In Russian.
Хлебович В.В. Акклимация животных организмов. Л.: Наука, 1981. 136 с. Khlebovich V.V. Akklimatsiya vodnykh organizmov. L.: Nauka, 1981. 136 s. [Khlebovich V.V. Acclimation of aquatic organisms. L.: Science, 1981. 136 p.] In Russian.
Хочачка П., Сомеро Дж. Стратегия биохимической адаптации. М.: Мир, 1977. 398с. [Hochachka P.W., Somero G.N. Strategies of biochemical adaptation. Philladelphia-London-Toronto: W.B. Sounders Company, 1973, 358 p In English.] In Russian.
Цепеллован П.Г., Русаков Ю.И. Содержание кортикостероидов в крови у русского осетра Acipencer guldenstadtii на различных этапах жизненного цикла // Ж. эвол. биохим. физиол. 1976. Т. 12. С. 77-79. Tsepellovan P.G., Rusakov Yu.I. Soderzhanie kortikosteroidov v krovi russkogo osetra Acipencer guldenstadtii na razlichnykh etapakh zhiznennogo tsikla // Zh. Evolyutsionnoi biokhimii i fiziologii. 1976. T. 12. S. 77-79. [Tsepellovan P.G., Rusakov Yu.I. The content of corticosteroids in the blood of Russian sturgeon Acipenser gueldenstaedtii at various stages of the life cycle // J. Evol. Biochem. Physiol. 1976. Vol. 12. P. 77-79.] In Russian.
Чернышевская И.А. Гистохимия холинэстераз коры головного мозга. М.: Наука, 1983. 104 с. Chernyshevskaya I.A. Gistokhimiya kholinesteraz kory golovnogo mozga. M.: Nauka, 1983. 104 s. [Chernyshevskaya I.A. Histochemistry of cholinesterases of brain cortex. M.: Science, 1983. 104 p.] In Russian.
Чуйко Г.М. Гл. XV. Биомаркеры в гидроэкотоксикологии: принципы, методы и методология, практика использования / Д.Б. Гелашвили, Г.В. Шурганова (ред.). Экологический мониторинг. Часть VIII. Современные проблемы мониторинга пресноводных экосистем: Учебное пособие. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета, 2014. С. 351-372. Chuiko G.M. Gl. XV. Biomarkery v gidroekotoxikologii: printsipy, metody i metodologiya, praktika ispolzovaniya / D.B. Gelashvilli, G.V. Shurganova (red.) Ekologicheskii monitoring. Chast' VIII. Sovremennye problemy monitoring presnovodnykh ekosistem. Nizhnii Novgorod: Izdatel'stvo Nizhegorodskogo gosuniversiteta, 2014. S. 351-372. [Chuiko G.M. Ch. XV. Biomarkers in hydro ecotoxicology: principles, methods and methodology, practice of use / D.B. Gelashvilli, G.V. Shurganova (eds.). Ecological monitoring. Part VIII. Modern problems of the monitoring of freshwater ecosystems: Tutorial. Nizhny Novgorod: Publishing House of the Nizhny Novgorod State University, 2014. P. 351-372.] In Russian.
Чуйко Г.М., Козловская В.И. Сезонные изменения активности ацетилхолинэстеразы мозга окуня (Perca fluviati-lis L.) / Г.Е. Сабуров (ред.) Физиология и токсикология гидробионтов. Ярославль: ЯрГУ, 1989. С. 27-38. Chuiko G.M., Kozlovskaya V.I. Sezonnye izmeneniya aktivnosti atsetilkholinesterazy mozga okunya (Perca fluviat-ilis L.) / G.E. Saburov (red.). Fiziologiya i toksikologiya gidrobiontov. Yaroslavl: YarGU, 1989. S. 27-38. [Chuiko G.M., Kozlovskaya V.I. Seasonal fluctuations of acetylcholinesterase activity in brain of perch (Perca fluviatilis L.) / G.E. Saburov (ed.). Physiology and toxicology of hydrobionts. Yaroslavl: YarSU, 1989. P. 27-38.] In Russian.
Чуйко Г.М., Подгорная В.А., Микряков Д.В., Микряков В.Р. Влияние кортикостероида дексаметазона и хендлинга на активность ацетилхолинэстеразы и содержание водорастворимого белка в мозге и печени стерляди Acipenser ruthenus Linneaus // Рыболовство и рыбное хозяйство. 2011. № 7. С. 39-43. Chuiko G.M., Podgornaya V.A., Mikryakov D.V., Mikryakov V.R. Vliyanie kortikosteroida deksametazona i khendlinga na ak-tivnost' atsetylkholinesterazy i soderzhanie vodorastvorimogo belka v mozge i pecheni sterlyadi Acipenser ruthenus Linneaus // Rybolovstvo i rybnoe khozyaistvo. 2011. № 7. S. 39-43. [Chuiko G.M., Podgornaya V.A., Mikryakov D.V., Mikryakov V.R. Influence of corticosteroid dexamethasone and handling on acetylcholinesterase activity and water-soluble protein content in the brain and liver of sterlet Acipenser ruthenus Linneaus // Fishing and Fisheries. 2011. No. 7. P. 39-43.] In Russian.
Шатуновский М.И. Экологические закономерности обмена веществ морских рыб. М.: Наука, 1980. 288 с. Shatunovskii M.I. Ekologicheskie zakonomernosti obmena veschestv morskikh ryb. M.: Nauka, 1980. 288 s. [Shatunovskii M.I. Environmental regularities of marine fish metabolism. M.: Science, 1980. 288 p.] In Russian.
Шульман Г.Е. Физиолого-биохимические особенности годовых циклов рыб. М.: Пищевая промышленность, 1972. 367 с. Shul'man G.E. Fiziologo-biokhimicheskie osobennosti godovykh tsiklov ryb. M.: Pischevaya promyshlennost', 1972. 367 s. [Shul'man G.E. Physiological and biochemical characteristics of the annual cycle of fish. M.: Food Industry, 1972. 367 p.] In Russian.
Baslow M.H., Nigrelli R.F. The effect of thermal acclimation on brain cholinesterase activity of the killifish, Fundulus heteroclitus // Zoologica. 1964. Vol. 49. No. 1. P. 41-51.
Bradford M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principal of protein-dye binding // Anal. Biochem. 1976. Vol. 72. P. 248-254.
Chuiko G.M., Zhelnin Y., Pod'gornaya V.A. Seasonal fluctuations in brain acetylcholinesterase activity and soluble protein content in roach (Rutilus rutilus L.): a freshwater fish from Northwest Russia// Comp. Biochem. Physiol. 1997. Vol. 117C. No. 3. P. 251-257.
Chuiko G.M. Comparative study of acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase in brain and serum of several freshwater fish: specific activities and in vitro inhibition by DDVP, an organophosphorus pesticide // Comp. Biochem. Physiol. 2000. Part C. Vol. 127. P. 233-242.
Crawshow L.I., Wollmuth L.P. Effective toci and roles of acetylcholine in temperature regulation of goldfish // Amer. J. Physiol. (Reg. Integr. Comp. Physiol.). 1992. Vol. 263. No. 32. P. 596-601.
Edwards Q.D. Normal brain cholinesterase activity in the white perch / Edgewood Arsenal technical report. EATR 4524. Maryland, 1971a. 27 p.
Edwards Q.D. Normal brain cholinesterase activity in the pumkinseed sunfish / Edgewood Arsenal technical report. EATR 4538. Maryland, 1971b. 21 p.
Ellman G.L., Courtney K.D., Andres V., Featherstone, I., Featherstone R.M. A new and rapid colorimetric determination of acetylcholinesterase activity // Biochem. Pharmacol. 1961. Vol. 70. P. 88-95.
Ekstrom P. Distribution of cholineacetyltranspherase-immunoreactive neurons in the brain of a cyprinidae teleost (Phoximus phoximus L.) // J. Comp. Neurol. 1987. Vol. 256. P. 494-515.
Ekstrom P, Korf H-W. Putative cholinergic elements in the photosensory pineal organ and retina of a teleost, Phoximus phoximus L. (Cyprinidae) // Cell Tissue Res. 1986. Vol. 246. P. 321-329.
Francis A., Schechter N. Regional and subcellular distribution of cholinergic enzymes and receptor activity in goldfish brain // Neuroscince. 1980. Vol. 5. P. 293-301.
Hochachka P.W., Somero G.N. Biochemical adaptation: mechanism and process in physiological evolution. NY: Oxford University Press, 2002. 466 p.
Hogan, J.W. Water temperature as a source of variation in specific activity of brain acetylcholinesterase of bluegills // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 1970. Vol. 5. P. 347-353.
Kirby M.F., Morris S., Hurst M., Kirby S.J., Neall P., Tylor T., Fagg A. The use of cholinesterase activity in flounder (Platichthys flesus) muscle tissue as a biomarker of neurotoxic contamination in UK estuaries // Marine Pollut. Bull. 2000. Vol. 40. No. 9. P. 780-791.
Kozlovskaya V.I., Mayer F.L., Menzikova O.V., Chuyko G.M. Cholinesterases of aquatic animals // Rev. Environ. Contam. Toxicol. 1993. Vol. 132. P. 117-142.
Love R. M. The chemical biology of fishes: with a key to the chemical literature. London: Academ. Press, 1970. 547 p.
Menendez-Helman R.J., Ferreyroa G.V., Afonso M.S., Salibian A. Circannual rhythms of acetylcholinesterase (AChE) activity in the freshwater fish Cnesterodon decemmaculatus // Ecotox. Environ. Safety. 2015. Vol. 111. P. 236-241.
Moralev S.N., Rozengart E.V. Comparative enzymology of cholinesterases / La Jolla (US, CA): International University Line, 2006. 484 p.
Nunes B.S., Travasso R., Gongalves F., Castro B.B. Biochemical and physiological modifications in tissues of Sardina pilchardus: spatial and temporal patterns as a baseline for biomonitoring studies // Front. Environ. Sci. Environ. Toxicol. February 2015. Vol. 3. Art. 7. 14 p. DOI: 10.3389/fenvs.2015.00007.
Pavlov D.F. A simple pharmacological analysis of the cholinergic control of respiration in perch Perca fluviatilis L. exposed to DDVP, an organophosphorus insecticide // Comp. Biochem. Physiol. 1994a. Vol. 108C. No. 1. P. 107-111.
Pavlov D.F. Brain acetylcholinesterase activity in relation to induced reproductive activity in Mozambique tilapia Ore-ochromis mossambicus Peters // Comp. Biochem. Physiol. 1994b. Vol. 109A. No. 2. P. 231-233.
Pavlov D.F., Chuiko G.M., Gerassimov Y.V., Tonkopiy V.D. Feeding behavior and brain acetylcholinesterase activity in bream Abramis brama L. as affected by DDVP, an organophosphorus insecticide // Comp. Biochem. Physiol. 1992. Vol. 103C. No. 3. P. 563-568.
Pavlov D.F., Chuiko G.M., Shabrova A.G. Adrenaline induced changes of acetylcholinesterase activity in the brain of perch (Perca fluviatilis L.). Comp. Biochem. Physiol. 1994. Vol. 108C. No. 1. P. 113-115.
Pickering A.D., Christie P. Changes in the concentrations of plasma cortisol and thyroxine during sexual maturation of the hatchery-reared brown trout, Salmo trutta L. // Gen. Comp. Endocrinol. 1981. Vol. 44. P. 487-496.
Singh S.P., Singh T.P. Prolactin level in relation to gonadotropin concentration during different phases of annual reproductive cycle in freshwater catfish, Clarias batrachus (Linn.) // Ann. Endocrinol. 1981. Vol. 43. P. 159-168.
Taylor P. The cholinesterases // J. Biol. Chem. 1991. Vol. 266. No. 7. P. 4025-4028.
Triebskorn R., Bohmer J., Braunbeck T., Honnen W., Kohler H.-R., Lehmann R., Oberemm A., Schwaiger J., Segner H., Schuurmann G., Traunspurger W. The project VALIMAR (VALIdation of bioMARkers for the assessment of small stream pollution): objectives, experimental design, summary of results, and recommendations for the application of biomarkers in risk assessment // J. Aquat. Ecosys. Stress Recov. 2001. Vol. 8. P. 161-178.
Wijeyaratne W. M. D. N., Pathiratne A. Acetylcholinesterase inhibition and gill lesions in Rasbora caverii, an indigenous fish inhabiting rice field associated waterbodies in Sri Lanka // Ecotoxicology. 2006. Vol. 15. P. 609-619.
SEASONAL DYNAMICS OF ACETYLCHOLINESTERASE ACTIVITY AND PROTEIN CONTENT IN VARIOUS PARTS OF BRAIN IN FRESHWATER BONY FISH ABRAMIS BRAMA L. FROM THE RYBINSK RESERVOIR
G. M. Chuiko, E. I. Golovkina, V. A. Podgornaya
I.D. Papanin Institute of the Biology of Inland Waters, Russian Academy of Sciences, 152742 Borok, Nekouz, Yaroslavl, Russia, e-mail: [email protected]
The relative weight and seasonal dynamics of the activity of acetylcholinesterase (AChE) and the protein content of various parts of the brain in a typical representative of the middle latitudes ichthyofauna, bony fish bream (Abramis brama L), were studied. It was found that the parts of the brain are different for all the investigated parameters. The lowest relative weight and values of both biochemical parameters have been noted in the forebrain, the highest — in the joint samples of midbrain and interbrain. At that, the protein content of the remaining parts of brain is the same, as in a midbrain and diencephalon. AChE activity and protein content in all parts of the brain demonstrate seasonal cyclical dynamics. In general, the highest values of both indicators marked the period from May to June, although each department has its own peculiarities.
Key words: acetylcholinesterase activity, protein, parts of the brain, seasonal dynamics, bream (Abramis brama L), Rybinsk reservoir.
