CC BY
8УДК 577.151.63 https://doi.org/10.29296/25877313-2020-08-07
© Коллектив авторов, 2020
УРОВЕНЬ СТЕАРИЛ-КОЭНЗИМ-А-ДЕСАТУРАЗЫ
В ХРУСТАЛИКАХ ГЛАЗ КРЫС
ПРИ ПРОГРЕССИРОВАНИИ КАТАРАКТЫ
A. Д.Чупров
д.м.н., профессор,
директор Оренбургского филиала «НМИЦ МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава РФ (г. Оренбург)
B.М. Треушников
генеральный директор научно-производственного предприятия ООО «Предприятие «Репер-НН» (г. Нижний Новгород)
C.В. Нотова
д.м.н., профессор, первый заместитель директора,
Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук (г. Оренбург) С.М. Ким
зав. IV офтальмологическим отделением,
Оренбургский филиал «НМИЦ МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава РФ (г. Оренбург) О.В. Маршинская мл. науч. сотрудник,
Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук (г. Оренбург) Т.В. Казакова мл. науч. сотрудник,
Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук (г. Оренбург) E-mail: vaisvais13@mail.ru
Актуальность. Во всем мире интенсивно ведутся исследования по выявлению причин возникновения и механизмов развития катаракты. Особое внимание уделяется изучению ферментов стеарил-коэнзим-А-десатураз в связи с тем, что в литературе встречаются данные, свидетельствующие о сопричастности изменения уровня десатураз при офтальмологических патологиях. Цель работы. Установить наличие стеарил-коэнзим-А-десатуразы в хрусталиках глаз и изучить изменение уровня данного фермента при прогрессировании катаракты в экспериментальной модели.
Материал и методы. Исследование проведено на крысах Wistar (n=60), из числа которых были сформированы две группы: контрольная (n=30) и опытная (n=30). Животным опытной группы моделировали возрастную катаракту с помощью ультрафиолетового облучения в течение 6 месяцев. Каждые 2 месяца проводили забор хрусталиков с целью определения содержания стеарил-коэнзим-А-десатуразы. В исследовании использовали метод иммуноферментного анализа.
Результаты. Уровень стеарил-коэнзим-А-десатуразы в катарактальных хрусталиках был ниже на 53% (р=0,027), 55,8% (р=0,008) и 53,3% (р=0,018) на 2-, 4- и 6-й месяцы развития заболевания соответственно относительно хрусталиков здоровых животных.
Выводы. В проведенном исследовании подтверждено наличие стеарил-коэнзим-А-десатуразы в тканях хрусталика глаз. Про-грессирование катаракты сопряженно со снижением уровня данного фермента. Результаты исследования демонстрируют адаптационные изменения, происходящие в хрусталиках глаз на фоне развития катаракты. В данном эксперименте с использованием здоровых животных снижение уровня десатуразы не является патогенетическим фактором. Ключевые слова: стеарил-КоА-десатуразы, катаракта, липидный обмен, хрусталик глаза.
Для цитирования: Чупров А.Д., Треушников В.М., Нотова С.В., Ким С.М., Маршинская О.В., Казакова Т.В. Уровень стеа-рил-коэнзим-А-десатуразы в хрусталиках глаз крыс при прогрессировании катаракты. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2020;23(8):48-51. https://doi.org/10.29296/25877313-2020-08-07
Во всем мире интенсивно ведутся исследования по выявлению причин возникновения и механизмов развития катаракты, так как знание о первичных пусковых механизмах появления помутнений в хрусталике глаза и изменении его механических свойств позволит разработать эффективные меры профилактики и лечения возрастных патологических процессов в хрусталике.
В настоящее время исследователи уделяют большое внимание изучению стеарил-коэнзим-А-десатураз ^СБ, А9-десатураза), ферментов, принимающих участие в метаболизме жирных кислот, которые необходимы для поддержания структурной целостности и текучести мембран клеток [1].
Цель исследования — установить наличие стеарил-коэнзим-А-десатуразы в хруста-
ликах глаз и изучить изменение уровня данного фермента при прогрессировании катаракты в экспериментальной модели.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследования проведены в Испытательном центре ЦКП БСТ РАН (аттестат аккредитации КА.ЯШ1ПФ59 от 02.12.15), экспериментально -биологической клинике (виварий) ФНЦ БСТ РАН и НМИЦ МНТК «Микрохирургия глаза». Эксперимент выполнен на крысах Wistar в соответствии с протоколами Женевской конвенции и принципами надлежащей лабораторной практики (Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ 33044-2014 «Принципы надлежащей лабораторной практики»). Дизайн эксперимента одобрен локальным этическим комитетом ФНЦ БСТ РАН (№ 4 от 05.02.2019).
Для проведения эксперимента отобрали 60 крыс-самцов массой тела 220-250 г в возрасте 10 месяцев. Из отобранных животных методом пар-аналогов сформировали две группы: контрольную («=30) и опытную («=30). Животным опытной группы моделировали возрастную катаракту с помощью ультрафиолетового облучения в течение 6 месяцев [2]. Животных содержали на стандартном рационе (согласно ГОСТ Р 50258-92), со свободным доступом к воде и пище, при температуре 22±1 °С и 12-часовом освещении.
Забор хрусталиков глаз проводили через 2, 4 и 6 месяцев эксперимента. Определение содержания Д9-десатуразы выполняли с помощью имму-ноферментного анализа (ИФА) с использованием набора Rat SCD (Stearoyl Coenzyme A Desaturase) Elisa Kit.
Полученные данные обрабатывали при помощи методов вариационной статистики с использованием статистического пакета «StatSoft STATISTICA 10».
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Индуцируемая ультрафиолетовым облучением катаракта характеризовалась относительно длительным скрытым периодом формирования. Через 2 месяца эксперимента появились признаки начальной субкапсулярной катаракты. К 4-му месяцу эксперимента признаки субкапсулярной катаракты стали более выраженными. На 6-й месяц исследования наблюдалось помутнение хрусталика грязно-серого цвета у экватора и в центре во
всех слоях, что соответствовало признакам зрелой катаракты.
На протяжении всего эксперимента содержание стеарил-коэнзим-А-десатуразы в хрусталиках глаз крыс опытной группы было статистически значимо ниже, чем в контроле (рисунок). На 2-м месяце эксперимента значение медианы в опытной группе было ниже на 53% относительно контроля; Q75 опытной группы ниже Q25 контрольной группы на 38%, (р=0,027). На 4-й месяц эксперимента значение медианы было ниже на 55,8%; Q75 ниже Q25 контрольной группы на 30% (р=0,008). На 6-м месяце эксперимента значение медианы было ниже на 53,3% относительно контроля; Q75 ниже Q25 на 15,4% (р=0,018).
При сравнении динамики Д9-десатуразы в опытной группе на протяжении эксперимента выявлено, что на 4-м месяце эксперимента диапазон концентраций фермента был самым широким. При этом значение Q25 (4-й месяц) было ниже аналогичного показателя на 2-м и 6-м месяцах наблюдений более чем в 2 раза.
Т
Т
е
SCD(KI) SCD(KII) SCD(KIII)
SCD(I) SCD(II) SCD(III)
Медиана □ 25%-75% Мин .-Макс.
Динамика уровня стеарил-коэнзим-А-десатуразы в хрусталиках глаз крыс, нг/мл (БСЭ(К1), БСО(Кп), БСО(КШ) - стеарил-коэнзим-А-десатураза в контрольной группе на 2-, 4- и 6-м месяцах эксперимента соответственно; БСЭ(1), БС0(П), БС0(Ш) -стеарил-коэнзим-А-десатураза в опытной группе на 2-, 4- и 6-м месяцах эксперимента соответственно)
Ультрафиолетовое облучение способствует активации процессов фотоокисления и накоплению продуктов фотолиза, которые служат патогенетическим фактором развития возрастной катаракты. Также УФ-облучение приводит к образованию активных форм кислорода (АФК), таких как перекись водорода (Н2О2) и супероксидные ионы.
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Повышенный оксидативный стресс вызывает различные аберрантные клеточные реакции, включая перекисное окисление мембраносвязанных жирных кислот [3, 4]. В первую очередь перекисному окислению подвергаются липиды, содержащие ненасыщенные жирные кислоты. В результате идет потеря ненасыщенных фосфатидилхолинов и фосфа-тидилэтаноламинов. Следовательно, происходит изменение соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, нарушается структурная целостность и текучесть мембран клеток хрусталика. С целью придания устойчивости к окислению мембран происходит увеличение сфинголипидов, которые содержат в своем составе радикалы только насыщенных жирных кислот [5]. Высокое количество сфинголипидов способствует поддержанию прозрачности хрусталика. Так, в ранее проведенном нами исследовании было отмечено, что с развитием катаракты увеличивается содержание пальмитиновой (С 16:0) и уменьшается содержание ли-нолевой кислот (С 18:2). Пальмитиновая кислота является насыщенной, и увеличение ее содержания может приводить к повышению «жесткости» мембран. Снижение содержания ненасыщенной лино-леновой кислоты также увеличивает их «жесткость» [6, 7]. В связи с этим, возможно, в проведенном эксперименте и происходило снижение уровня стеарил-коэнзим-А-десатураз, катализирующих реакции образования ненасыщенных жирных кислот. Согласно данным французских ученых, с возрастом в тканях мозга наблюдается снижение активности десатураз, что влияет на текучесть мембран. В процессе старения окисление ненасыщенных жирных кислот уменьшается, так как они менее эффективно защищены от перекисного окисления свободными радикалами [8].
Выявленное некоторое увеличение уровня стеарил-коэнзим-А-десатуразы на 6-м месяце эксперимента по сравнению с 4-м, вероятно, свидетельствует об адаптационных процессах в ответ на стрессовый фактор и о высокой метаболической гибкости данного фермента. Возможно, это связано с тем, что в процессе перекисного окисления текучесть мембран клеток снижается, но остается в определенном интервале благодаря действию де-сатураз. Вместе с тем можно предположить, что уровень десатураз в клетках хрусталика подвержен циклическим изменениям, позволяющим сохранить постоянный ионный состав в клетках, мембранный потенциал и тем самым препятствовать развитию катаракты [9].
ВЫВОДЫ
1. В проведенном исследовании подтверждено наличие стеарил-коэнзим-А-десатуразы в тканях хрусталика глаз.
2. Прогрессирование катаракты сопряженно со снижением уровня стеарил-коэнзим-А-деса-туразы в тканях хрусталика глаз. Уровень данного фермента в катарактальных хрусталиках был ниже на 53% (р=0,027), 55,8% (р=0,008) и 53,3% (р=0,018) на 2-, 4- и 6-й месяцы развития заболевания соответственно относительно хрусталиков здоровых животных.
3. Изменение уровня десатуразы наблюдается с первых признаков развития катаракты.
4. Результаты исследования демонстрируют адаптационные изменения, происходящие в хрусталиках глаз на фоне развития катаракты. В представленном эксперименте с использованием здоровых животных снижение уровня деса-туразы в хрусталике не является патогенетическим фактором.
ЛИТЕРАТУРА
1. Wang H., Klein M.G., Zou H., Lane W., Snell G., Levin I., Li K., Sang B.C. Crystal structure of human stearoyl-coenzyme A desaturase in complex with substrate. Nat. Struct. Mol. Biol. 2015; 22: 581-585.
2. Патент RU 2 336 574 C1. 2007.05.16. Способ моделирования возрастной катаракты. С.Э. Аветисов
3. Кудрявцева Ю.В., Чупров А.Д., Треушников В.М., Чупров Д.К., Иванова И.П., Цапок П.И. Влияние липидов хрусталика на его физические характеристики. Современные технологии в медицине. 2009; 1: 16-20.
4. Shibata S., Shibata N., Shibata T., Sasaki H., Singh D.P., Ku-bo E. The role of Prdx6 in the protection of cells of the crystalline lens from oxidative stress induced by UV exposure. Jpn. J. Ophthalmol. 2016; 60(5): 408-418.
5. Borchman D., YappertM.C. Lipids and the ocular lens. J. Lipid. Res. 2010; 51(9): 2473-2488.
6. Кудрявцева Ю.В., Чупров А.Д., Иванова И.П. Взаимосвязь липидов и белков хрусталика. Вестник Оренбургского государственного университета. 2010; 12(118): 120-123.
7. Кудрявцева Ю.В., Цапок П.И., Чупров А.Д., Кудрявцев В.А. Анализ некоторых биохимических факторов, влияющих на механические свойства хрусталика. Вятский медицинский вестник. 2003; 4: 65-67.
8. Bourre J.M. Roles of unsaturated fatty acids (especially ome-ga-3 fatty acids) in the brain at various ages and during ageing. J. Nutr. Health Aging. 2004; 8(3): 163-174.
9. Мирошниченко И.В., Треушников В.М., Чупров А.Д. О процессах в хрусталиках и механизмах их функционирования, препятствующих развитию катаракт. Журнал «Медицина». 2019; 3: 1-36.
Поступила после доработки 15 мая 2020 г.
THE LEVEL OF STEAROYL-COA-DESATURASE
IN THE LENSES OF RAT EYES IN CATARACT PROGRESSION
© Authors, 2020
A.D. Chuprov
Dr.Sc. (Medical), Professor,
Director of S.N. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution of the Russian Ministry of Health, Orenburg branch (Orenburg) V.M. Treushnikov
General Director of Research and Development Enterprise LLC «Reper-NN» (Nizhny Novgorod) S.V. Notova
Dr.Sc. (Medical), Professor, First Deputy Director,
Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences (Orenburg); S.M. Kim
Head of the Ophthalmology Department,
S.N. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution of the Russian Ministry of Health, Orenburg branch (Orenburg) O.V. Marshinskaia Junior Research Scientist,
Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences (Orenburg)
TV. Kazakova
Junior Research Scientist,
Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences (Orenburg) E-mail: vaisvais13@mail.ru
Relevance. Studies are underway intensively around the world to identify the causes and mechanisms of cataract development. The special attention is paid to the study of stearoyl-CoA-desaturase enzymes. There are data indicating the involvement of the level changes of desaturases in ophthalmic pathologies in the literature.
Work objective. To establish the presence of stearoyl-CoA-desaturase in the lenses of the eyes and study the change of level of this enzyme in cataract progression on the experimental model.
Material and methods. The study was conducted on Wistar rats (n=60). Two groups were formed: control (n=30) and experimental (n=30). The animals of the experimental group were simulated age-related cataract using ultraviolet radiation for 6 months. The lenses were taken to determine the content of stearoyl-CoA-desaturase every two months. The study used an enzyme immunoassay. Results. The level of stearoyl-CoA-desaturase in cataract lenses was lower by 53% (p=0.027), 55.8% (p=0.008) and 53.3% (p=0.018) at 2, 4, and 6 months of disease development respectively relatively healthy animals.
Conclusions. The study confirmed the presence of stearoyl-CoA-desaturase in the tissues of the lens of the eye. Cataract progression is associated with the level decrease of this enzyme. The results of the study demonstrate the adaptive changes occurring in the lenses of the eyes against the background of cataract development. In this experiment using healthy animals, the level decrease of desaturase in the lens is not a pathogenic factor.
Key words: stearoyl-CoA-desaturase, cataract, lipid metabolism, lens of the eye.
For citation: Chuprov A.D., Treushnikov V.M., Notova S.V., Kim S.M., Marshinskaia O.V., Kazakova TV. The level of stearoyl-CoA-desaturase in the lenses of rat eyes in cataract progression. Problems of biological, medical and pharmaceutical chemistry. 2020;23(8):48-51. https://doi.org/10.29296/25877313-2020-08-07
REFERENCES
1. Wang H., Klein M.G., Zou H., Lane W., Snell G., Levin I., Li K., Sang B.C. Crystal structure of human stearoyl-coenzyme A desaturase in complex with substrate. Nat. Struct. Mol. Biol. 2015; 22: 581-585.
2. Patent RU 2 336 574 C1. 2007.05.16. Sposob modelirovanija vozrastnoj katarakty. Avetisov S.Je.
3. Kudrjavceva Ju.V., Chuprov A.D., Treushnikov V.M., Chuprov D.K., Ivanova I.P., Capok P.I. Vlijanie lipidov hrustalika na ego fizicheskie harakteristiki. Sovremennye tehnologii v medicine. 2009; 1: 16-20.
4. Shibata S., Shibata N., Shibata T., Sasaki H., Singh D.P., Kubo E. The role of Prdx6 in the protection of cells of the crystalline lens from oxidative stress induced by UV exposure. Jpn. J. Ophthalmol. 2016; 60(5): 408-418.
5. Borchman D., Yappert M.C. Lipids and the ocular lens. J. Lipid. Res. 2010; 51(9): 2473-2488.
6. Kudrjavceva Ju.V., Chuprov A.D., Ivanova I.P. Vzaimosvjaz' lipidov i belkov hrustalika. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta. 2010; 12(118): 120-123.
7. Kudrjavceva Ju.V., Capok P.I., Chuprov A.D., Kudrjavcev V.A. Analiz nekotoryh biohimicheskih faktorov, vlijaju-shhih na mehanicheskie svojstva hrustalika. Vjatskij medicinskij vestnik. 2003; 4: 65-67.
8. Bourre J.M. Roles of unsaturated fatty acids (especially omega-3 fatty acids) in the brain at various ages and during ageing. J. Nutr. Health Aging. 2004; 8(3): 163-174.
9. Miroshnichenko I.V., Treushnikov V.M., Chuprov A.D. O processah v hrustalikah i mehanizmah ih funk-cionirovanija, prepjatstvujushhih razvitiju katarakt. Zhurnal «Medicina». 2019; 3: 1-36.
