CC BY
23
УДК 612.014.41.462.1:612.233:577.125.54:611.738.54
ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ И ИНГИБИТОРА КИСЛОЙ СФИНГОМИЕЛИНАЗЫ КЛОМИПРАМИНА НА УРОВЕНЬ ФОСФО-РИЛИРОВАННОГО mTOR В КАМБАЛОВИДНОЙ МЫШЦЕ МЫШИ ПРИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ РАЗГРУЗКЕ
Шалагина М.Н., Брындина И.Г.
ФГБОУ ВО «Ижевская государственная медицинская академия» МЗ РФ, г. Ижевск, Россия Аннотация. При уменьшении нагрузки на скелетные мышцы развивается их атрофия и дисфункция, связанная с изменением механизмов внутриклеточного сигналлинга. В работе изучено влияние разгрузки скелетных мышц (т. soleus) на уровень фосфорилированного протеина mTOR (фосфо-mTOR) при моделированной гипогравита-ции (антиортостатическое вывешивание - АОВ), а также сочетании АОВ с дозированной физической нагрузкой в горизонтальной плоскости или введением ингибитора сфинголипидного сигналлинга кломипрамином. Показано, что АОВ уменьшает уровень mTOR в т. soleus, а физическая нагрузка и кломипрамин устраняют этот эффект.
Ключевые слова: гипогравитация, скелетные мышцы, сфинголипидный сигналлинг, физическая нагрузка, кло-мипрамин.
Важным направлением гравитационной физиологии является изучение молекулярных механизмов, способствующих атрофии мышц в условиях невесомости. При гипогравитационной разгрузке в скелетных мышцах нарушается синтез белка, усиливается его распад, изменяется функция сигнальных систем, участвующих в регуляции этих процессов. В последнее время особое внимание уделяется роли сфинголипидов в механизмах внутриклеточного сигналлинга [2]. Из большого количества биоактивных липидов особого внимания заслуживает церамид. Между тем, механизмы участия церамида в эффектах функциональной разгрузки мышц практически не изучены. Раннее нами было показано, что при АОВ в разгруженных мышцах происходит накопление церамида [1]. Также нами было установлено, что при АОВ образование церамида в m.soleus связано с гидролизом сфингомиелина [4]. Мишенью церамида являются различные внутриклеточные механизмы: система регуляции синтеза белка mTOR (mammalian target of ra-pamycin), система транспорта аминокислот
SNAT2, которые, в свою очередь, связаны с сигнальный путем IRS/Akt(PKB) [3]. Известно, что церамид блокирует эффекты mTOR, инактиви-руя сигнальные молекулы IRS/Akt(PKB) или уменьшая транспорт аминокислот [3]. Тем самым накопление церамида в клетках может влиять на синтез белка, способствовать развитию инсулинорезистентности и атрофии клеток.
Цель работы - изучить влияние гипогравитационной разгрузки на уровень фосфо-mTOR в скелетных мышцах (т.8о1еш) на фоне физической нагрузки и медикаментозной коррекции (кломипрамин).
Материалы и методы. Работа выполнена на белых мышах-самцах массой 22-27 г (п=31). С целью моделирования гипогравитационной разгрузки скелетных мышц использовали метод ан-тиортостатического вывешивания животных по Ильину - Новикову, в модификации Могеу-НоЬоп [6]. Длительность воздействия составляла 4 дня. Проведены 4 серии экспериментов: на ин-тактных мышах (контроль, п=11), при АОВ (п=11), при АОВ в сочетании с физической
The Journal of scientific articles "Health and Education Millennium", 2017. Vol. 19. No 2
нагрузкой (n=4) или введение ингибитора кислой сфингомиелиназы кломипрамина (n=5). Физическую нагрузку при АОВ моделировали путем предоставления возможности животным периодически свободно передвигаться в горизонтальной плоскости. Кломипрамин вводили в дозе 0,02мл внутримышечно до начала эксперимента в течении 5 дней и через день во время АОВ. После окончания воздействий мышей выводили из эксперимента путем декапитации и в гомогена-тах, полученных из мышц разгруженных задних конечностей (m.soleus) методом твердофазного иммуноферментного анализа (ELISA, Cusabio) определяли количество белка фосфо - mTOR. Кроме того, с помощью световой микроскопии проводили морфологическое исследование мышц на гистологических срезах (окраска гематоксилин-эозин). Результаты подвергали статистической обработке с использованием стандартного пакета программ Microsoft Excel. Достоверность определяли по Манну-Уитни, различия считали достоверными при (р < 0,05).
Результаты. При 4-дневной гипогравитаци-онной разгрузке в m.soleus наблюдалось уменьшение фосфо-mTOR в 2 раза по сравнению с контролем. На фоне корригирующих воздействий (физическая нагрузка) содержание данного протеина восстанавливалось до уровня контроля. При введении блокатора кислой сфингомиели-назы кломипрамина уровень фосфорилирован-ного mTOR увеличился в 2,5 раза (p<0,05) по сравнению с АОВ. Методом рутинной гистологии существенных изменений в структуре мышц не выявлено.
Обсуждение результатов. Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что как физическая нагрузка, так и кломипрамин эффективно восстанавливают уровень фосфо-mTOR (активированная форма данного протеина) в скелетной мышце, сниженный при гипогравитационной разгрузке. Это согласуется с ранее полученными нами фактами [4], свидетельствующими об усилении экспрессии кислой сфингомиелиназы в мышцах при АОВ, что приводит к уменьшению
сфингомиелина и существенному приросту уровня церамида, мишенью которого может выступать mTOR. Позитивное влияние дозированной физической нагрузки на систему mTOR согласуется с результатами работ Blachnio-Zabielska [5] об уменьшении церамида в мышцах при дозированной физической нагрузке. Таким образом, применение кломипрамина как ингибитора кислой сфингомиелиназы и дозированная физическая нагрузка устраняют дефицит фосфо-mTOR в m. soleus при АОВ. Полученные результаты представляют интерес как для гравитационной физиологии, так и для практической медицины, т.к. дополняют современные представления о механизмах атрофии скелетных мышц в невесомости и у больных с ограниченной физической активностью.
Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ, гранты 14-04-01680 и 16-34-01366
ЛИТЕРАТУРА
1. Брындина И. Г., Багаутдинов М. Р., Васильева Н. Н., Кривоногова Ю. А., Шалагина М. Н. Церамиды скелетных мышц, печени и легких грызунов при хроническом эмоциональном стрессе и моделированной невесомости //Вестникурал. мед.акад. науки.-2012.-Т.2, №39.-С.108-109.
2. Hannun Y.A. Functions of ceramide in coordinating cellular responses to stress //Science, 274, 1996- P. 1855— 1859.
3. Hyde R., Hajduch E., Powell D.J. et al. Ceramide down-regulates System A amino acid transport and protein synthesis in rat skeletal muscle cells // FASEB J.-2005.- V.19, N3.-P.461-463.
4. Брындина И.Г., Шалагина М.Н., Овечкин С.В., Овчинина Н.Г. Сфинголипиды скелетных мышц у мышей C57B1/6 в условиях непродолжительной моделированной гипогравитации // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова.-2014. -Т.100.-№ 11.-С.1280-1286.
5. Blachnio-Zabielska A., Baranowski M., Zabielski P., Gorski J. Effect of exerciseduration on the key pathways of ceramide metabolism in rat skeletal muscles // J. Cell Biochem.-2008.-V. 105, N3.-P.776-784.
6. Morey-Holton E.R., Globus RK. Hindlimb unloading rodent model: technical aspects // J. Appl. Physiol. 2002;92(4):367-377.
The Journal of scientific articles "Health and Education Millennium", 2017. Vol. 19. No 2
ТНЕ IMPACT OF PHYSICAL ACTIVITY AND ACID SPHINGOMYELINASE INHIBITOR CLOMIPRAMINE ON LEVEL OF PHOSPHORYLATED MTOR MOUSE SOLEUS MUSCLE DURING FUNCTIONAL UNLOADING
Shalagina M.N., Bryndina I. G.
Izhevsk State Medical Academy department of pathophysiology, Izhevsk, Russia
Annotation: Skeletal muscle atrophy and dysfunction developing during unloading is related with changes in cell signaling mechanisms. We studied the effect of the skeletal muscle (m.soleus) unloading on the level of phosphorylated protein mTOR (phospho-mTOR) under simulated microgravity (antiorthostatic suspension - AOS), and AOS combined with dosed horizontal physical activity or administration of the inhibitor of sphingolipid signaling clomipramine. It has been demonstrated that AOS reduces the level of mTOR in m. soleus, whereas physical activity and clomipramine eliminate this effect.
Key words: microgravity, skeletal muscles, ceramide, physical activity, clomipramine
REFERENCES
1. Bryndina I.G.1, Bagautdinov M.R., Vasil'eva N.N.1, Krivonogova Iu.A., Shalagina M.ACERAMIDES IN SKELETAL MUSCLE, LIVER AND LUNG OF RODENTS IN LONG-TERM EMOTIONAL STRESS AND SIMULATED MICROGRAVITY.// Journal of Ural Medical Academic Science.-2012.-V.2, №>39.-P.108-109.(in Russian)
2. Hannun Y.A. Functions of ceramide in coordinating cellular responses to stress //Science, 274, 1996- P. 1855— 1859.
3. Hyde R., Hajduch E., Powell D.J. et al. Ceramide down-regulates System A amino acid transport and protein synthesis in rat skeletal muscle cells // FASEB J.-2005.- V.19, N3.-P.461-463.
4. Bryndina I. G., Shalagina M. N., Ovechkin S. V., Ovchinina N. G. Sphingolipids in skeletal muscles of C57Bl/6 mice after short-term simulated // RUSSIAN JOURNAL OF PHYSIOLOGY (formely I.M. Sechenov Physiological Journal)-2014. -V.100.-№ 11.-pp.1280-1286. (in Russian)
5. Blachnio-Zabielska A., Baranowski M., Zabielski P., Gorski J. Effect of exerciseduration on the key pathways of ceramide metabolism in rat skeletal muscles // J. Cell Biochem.-2008.-V. 105, N3.-P.776-784.
6. Morey-Holton ER., Globus RK. Hindlimb unloading rodent model: technical aspects.// J. Appl. Physiol. 2002;92(4):367-377.
