CC BY
14© Коллектив авторов, 2021 https://doi.org/10.29296/24999490-2021-06-04
ВЛИЯНИЕ L-АМИНОКИСЛОТ НА ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ НЕЙРОЭНДОКРИННЫХ КЛЕТОК ЛИНИИ PC12
Н.С. Линькова1-3, Н.И. Чалисова1' 4, Г.А. Рыжак1, Е.О. Гутоп1, О.М. Ивко1
'Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии, Российская Федерация, '97''0, Санкт-Петербург, пр. Динамо, д. 3; 2Академия постдипломного образования ФГБУ ФНКЦ ФМБА России, Российская Федерация, '2537', Москва, Волоколамское шоссе, 9'; 3Белгородский национальный исследовательский государственный университет, Российская Федерация, 308015, Белгород, ул. Победы, 85; 4ФГБУН«Институт физиологии им. И.П. Павлова» РАН, Российская Федерация, '99034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, д. 6
E-mail: miayy@yandex.ru
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Линькова Наталья Сергеевна — доктор биологических наук, доцент, заведующая лабораторией молекулярных механизмов старения отдела биогеронтологии Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии, профессор кафедры терапии, гериатрии и антивозрастной медицины Академии постдипломного образования ФГБУ ФНКЦ ФМБА России, ведущий научный сотрудник лаборатории Проблем старения Белгородского национального исследовательского государственного университета. Тел.: +7(8'2) 230-00-49, +7(92') 3''-42-'0. E-mail: miayy@yandex.ru ORCID: 0000-000'-5'56-542'
Чалисова Наталья Иосифовна — доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института физиологии им. И.П. Павлова РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории онкогеронтологии отдела биогеронтологии Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии. Тел.: +7(8'2) 328-07-0', +7(92') 764-73-50. E-mail: ni_chalisova@ mail.ru ORCID: 0000-0002-237'-0043
Рыжак Галина Анатольевна — заслуженный деятель науки РФ, доктор медицинских наук, профессор, заместитель директора Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии по научной работе и новым технологиям. Тел.: +7 (8'2) 230-00-49, +7(92') 934-88-47. E-mail: galina@gerontology.ru ORCID: 0000-0003-2536-'438
Гутоп Екатерина Олеговна — кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярных механизмов старения отдела биогеронтологии Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии. Тел.: +7 (8'2) 230-00-49. E-mail: mgutop@mail.ru ORCID: 0000-0002-'038-7785
Ивко Олег Михайлович — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярных механизмов старения отдела биогеронтологии Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии. Тел.: +7 (8'2) 230-00-49. E-mail: oleg.ivko@gmail.com ORCID: 0000-0003-0549-0937
Введение. Известно, что L-аминокислоты могут участвовать в регуляции основных физиологических процессов. Различные сочетания L-аминокислот с учетом их биологической активности используют для синтеза лекарственных препаратов на основе пептидов, применяемых для таргетной терапии социально значимых заболеваний.
Цель исследования. Оценить влияние 20 L-аминокислот на жизнеспособность нейроэндокринных клеток линии РС'2.
Методы. В работе с помощью МТТ-теста оценивали жизнеспособность клеток линии РС'2.
Результаты. Метионин, аргинин, аспарагин, глутамин и гистидин повышали жизнеспособность клеток линии РС'2 соответственно на 54, 56, 5', 63 и 27%.
Заключение. Молекулярный механизм действия гистидина и аргинина может быть связан с эпигенетической регуляцией экспрессии генов — регуляторов клеточного метаболизма. Ранее установлено, что эти аминокислоты стимулируют рост клеток нервной и панкреатической тканей у животных разного возраста. На основе метионина, аргинина, аспарагина, глутамина и гистидина могут быть сконструированы короткие пептиды, предназначенные для профилактики и лечения ассоциированной с возрастом нейроэндокринной патологии.
Ключевые слова: L-аминокислоты, нейроэндокринные клетки, эпигенетическая регуляция, пептиды
THE INFLUENCE OF L-AMINO ACIDS ON THE VIABILITY OF NEUROENDOCRINE PC12 CELLS LINE N.S. Linkova1-3, N.I. Chalisova1'4, G.A. Ryzhak1, E.O. Gutop1, O.M. Ivko1
'Saint Petersburg Institute of Bioregulation and Gerontology, Dynamo pr., 3, Saint Petersburg, '97''0, Russian Federation;
2Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, Makarova emb., 6, Saint Petersburg, '99034, Russian Federation;
Academy of postgraduate education under FSBU FSCC of FMBA of Russia, Volokolamskое av., 9', Moscow, '2537', Russian Federation;
4Belgorod State University, Pobedy str., 85, Belgorod, 3080'5, Russian Federation E-mail: miayy@yandex.ru
Молекулярная медицина 2021, т. 19, №6
27
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Linkova Natalia Sergeevna — doctor of biological sciences, associate professor, the head of the laboratory of Molecular mechanisms of aging of Biogerontology department of Saint Petersburg Institute of Bioregulation and Gerontology, professor of the department of Therapy, geriatrics and anti-age medicine of Academy of postgraduate education under FSBU FSCC of FMBA of Russia, senior researcher of the laboratory "Problems of aging" of Belgorod State University. Tel.: +7 (812) 230-00-49, +7(921) 311-42-10. E-mail: miayy@yandex.ru ORCID: 0000-0001-5156-5421
Chalisova Natalia Iosifovna — Doctor of biological sciences, professor, senior researcher of Pavlov Institute of Physiology RAS, senior researcher of the laboratory of Oncogerontology of Biogerontology department of Saint Petersburg Institute of Bioregulation and Gerontology. Tel.: +7(812) 328-07-01, +7(921) 764-73-50. E-mail: ni_chalisova@mail.ru ORCID: 0000-0002-2371-0043
Ryzhak Galina Anatol'evna — Doctor of medical sciences, professor, associate Director of Saint Petersburg Institute of Bioregulation and Gerontology in scientific investigation. Tel.: +7(812) 230-00-49, +7(921) 934-88-47. E-mail: galina@gerontology.ru ORCID: 00000003-2536-1438
Gutop Ekaterina Olegovna — MD, PhD, senior researcher of the laboratory of Molecular mechanisms of aging of Biogerontology department of Saint Petersburg Institute of Bioregulation and Gerontology. Tel.: +7(812) 230-00-49. E-mail: mgutop@mail.ru ORCID: 0000-0002-1038-7785
Ivko Oleg Michailovich — MD, PhD, senior researcher of the laboratory of Molecular mechanisms of aging of Biogerontology department of Saint Petersburg Institute of Bioregulation and Gerontology. Tel.: +7 (812) 230-00-49. E-mail: oleg.ivko@gmail.com ORCID: 00000003-0549-0937
Introduction. It was shown, that L-amino acids can take part in regulation of the main physiological processes. Various combination of L-amino acids takin into account of its biological activity can apply for peptide drugs synthesis for target therapy of social significant diseases.
The aim. Estimation of the influence of 20L-amino acids on the viability of PC12 cell line.
Methods. The investigation was based on MTT test applying for viability estimation of PC12 cell line.
Results. Methionine, arginine, asparagine, glutamic acid and histidine increased the viability of PC12 cell line on 54, 56, 51, 63 and 27% accordingly.
Conclusion. The molecular mechanism of histidine and arginine activity can be connected with epigenetic genes regulation of cell metabolism. Previously it was shown that 5 amino acids stimulated nerve and pancreatic tissues grown in various aged animals. It can be constructed short peptides on the base of methionine, arginine, asparagine, glutamic acid and histidine. These peptides can be perspectives substances for prevention and therapy age-related neuroendocrine pathology.
Key words: L-amino acids, neuroendocrine cells, epigenetic regulation, peptides
ВВЕДЕНИЕ
В живых организмах происходит постоянный процесс обмена веществ и воспроизведения генетической информации с помощью различных регулирующих факторов. В связи с этим исследование регуляторных механизмов многоклеточных систем является одной из актуальных проблем биологии и медицины. В онтогенезе организма человека регуляторные механизмы координируют соотношение клеток различных популяций, их дифференцировку, пролиферацию и апоптоз. Таким образом, одним из наиболее приоритетных направлений молекулярной медицины является изучение механизмов регуляции метаболизма и жизнеспособности многоклеточных систем. Результаты, полученные при исследовании биорегуляторных пептидов, позволяют понять механизмы обмена и воспроизведения генетической информации [1, 2]. На основе этих фундаментальных данных разрабатываются новые подходы предиктивной медицины, направленные на профилактику и коррекцию социально значимой и ассоциированной с возрастом патологии [3, 4]. В состав лекарственных препаратов на основе полипептидов и коротких пептидов входят кодируемые L-аминокислоты в различных сочетаниях. Аминокислоты являются одним из четырех ключевых классов органических соединений в живых организмах. В первую очередь они служат субстратами для биосинтеза структурных и функциональных белков, а также целого ряда биологически активных соединений (гормонов, медиаторов, паракринных сигнальных молекул,
трофических факторов), участвующих в регуляции го-меостаза организма. Поэтому сравнительное изучение биологической активности 20 L-аминокислот является актуальной задачей для разработки новых лекарственных средств на основе коротких пептидов.
В литературе имеются данные о том, что аминокислоты могут участвовать в регуляции основных физиологических процессов [5—8]. В органотипической культуре ткани показано, что 20 L-аминокислот могут стимулировать или ингибировать пролиферацию и апоптоз клеток в тканях различного генеза. Установлено, что спектр аминокислот, стимулирующих рост органотипических культур тканей, уменьшается, если ткань была получена от старых животных [9, 10]. L-аминокислоты, стимулирующие пролиферацию в органотипической культуре ткани головного мозга крыс (аспарагиновая кислота, тирозин, валин, треонин), ускоряют ассоциативное обучение медоносной пчелы [11]. Показана зависимость тканеспецифи-ческого действия пептидов от их аминокислотного состава и количества входящих в состав пептида аминокислот [12]. Выявлено влияние метионина, глутаминовой кислоты, аргинина, гистидина и лизина на дифференцировку иммунных клеток в органотипической культуре селезенки [13]. Таким образом, L-аминокислоты представляют собой группу соединений с различными биологическими эффектами.
Цель работы — оценить влияние 20 L-аминокислот на жизнеспособность нейроэндокринных клеток линии РС12.
28
2021, т. 19, №6 Молекулярная медицина
^ s ' I 1 ^
3 I £
& s'T
головного мозга молодых крыс, но не влиял на этот показатель у старых животных [9]. Аргинин стимулировал рост эксплантатов миокарда молодых и старых крыс соответственно на 30 и 26% [9]. Глутамин активировал пролиферацию подкорковых структур головного мозга и поджелудочной железы молодых крыс соответственно на 27 и 44% [10]. Аспарагин повышал рост эксплантатов миокарда молодых крыс на 19% [10].
Методом молекулярного моделирования с применением функции score было проведено сравни -тельное исследование вероятности взаимодействия 20 L-аминокислот с нуклеотидами в составе ДНК. Аргинин и гистидин с большой вероятностью связываются с ДНК. Для глутамина и аспарагина вероятность взаимодействия с нуклеотидами средняя, а метионин практически не способен к такому связыванию [17]. Можно предположить, что аргинин и гистидин повышают жизнеспособность нейроэн-докринных клеток линии PC 12 за счет связывания с промоторами генов — регуляторов транскрипции и клеточного цикла. Механизм влияния глутамина, аспарагина и метионина на жизнеспособность ней-роэндокринных клеток может быть связан с участием в клеточном метаболизме и/или регуляцией внутриклеточных сигнальных путей.
ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES
1. Khavinson V., Linkova N., Diatlova A., Trofimova 7. S. Peptide regulation of cell differentiation. Stem
Cell Reviews and Reports. 2020; 16: 118-25. https://doi.org/10.1007/s12015-019-09938-8. 8.
2. Khavinson V., Diomede F., Mironova E., Linkova N., Trofimova S., Trubiani O., Caputi S., Sinjari
B. AEDG Peptide (Epitalon) stimulates gene expression and protein synthesis during neurogenesis: possible epigenetic mecha- 9.
nism. Molecules. 2020; 25 (3): 1-17. https://doi. org/10.3390/molecules25030609.
3. Khavinson V., Linkova N., Kozhevnikova E., Trofimova S. EDR peptide: possible mechanism of gene expression and protein synthesis regulation involved in the pathogenesis of 10. Alzheimer's disease. Molecules. Special Issue «Peptide Therapeutics 2.0». 2021; 26 (1): 1-16. https://doi.org/10.3390/molecules26010159.
4. Khavinson V., Linkova N., Dyatlova A., Kuznik
B., Umnov R. Peptides: prospects for use in the 11.
treatment of COVID-19. Molecules. Special Issue «Peptide Therapeutics 2.0». 2020; 25 (10). 4389. https://doi.org/ 10.3390/molecules25194389.
5. Bonfili L., Cecarini V., Cuccioloni M., Angeletti M., Flati V., Corsetti G., Pasini E., Dioguardi F.S., Eleuteri A.M. Essential amino acid mixtures drive cancer cells to apoptosis through proteasome inhibition and autophagy activation. FEBS. 2017; 284 (11): 1726-37. https://doi. org/10.1111/febs.14081.
6. Kimura M., Ogihara M. Effects of branched-
chain amino acids on DNA synthesis and prolif- 12. eration in primary cultures of adult rat hepato-cytes. Eur. J. Pharmacol. 2005; 510 (3): 167-80. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2005.01.011.
Для цитирования: Линькова Н.С., Чалисова Н.И., Рыжак Г.А., Гутоп Е.О., Ивко О.М. Влияние 1_-аминокислот на жизнеспособность нейроэндокринных клеток линии РС12. Молекулярная медицина. 2021; 19 (6): 27-30. https://Coi.org/10.29296/24999490-2021-06-04
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, L-аминоки слоты метионин, аргинин, аспарагин, глутамин и гистидин являются регуляторами жизнеспособности и стимуляторами роста нейроэндокринных клеток. Молекулярный механизм действия гистидина и аргинина может быть связан с эпигенетической регуляцией экспрессии генов — регуляторов клеточного метаболизма, тогда как биологическая активность метионина, глутамина и аспарагина, вероятно, затрагивает другие внутриклеточные процессы.
Выявление специфичности действия L-амино-кислот (метионин, аргинин, аспарагин, глутамин, гистидин) в отношении различных нейроэндокрин-ных тканей создает базу для синтеза коротких пептидов и последующей разработки лекарственных средств, предназначенных для профилактики и лечения ассоциированной с возрастом нейроэндокрин-ной патологии.
* * *
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest
The authors declare no conflict of interest.
состава. Фундаментальные исследования. 2015; 2: 497-503.
(Khavinson V.H., Chalisova N.I., Linkova N.S., Khalimov R.I., Nichik T.E. The dependence of tissue-specific peptides activity on the number of amino acids in the peptides. Fundamental Researches. 2015; 2: 497-503 (in Russian))
13. Koncevaya E.A., Linkova N.S., Chalisova N.I., Dudkov A.V, Sinyachkin D.A. Effect of amino acids on expression of signal molecules in organotypic culture of the spleen. Bull. Exp. Biol. Med. 2012; 153 (4): 573-6. https://doi. org/10.1007/s10517-012-1769-6.
14. Wu C., Zhao W., Yu J., Li S., Lin L., Chen X. Induction of ferroptosis and mitochondrial dysfunction by oxidative stress in PC12 cells. Sci Rep. 2018; 8 (1): 574. https://doi.org/10.1038/ s41598-017-18935-1.
15. Tian J.S., Liu S.B., He X.Y., Xiang H., Chen J.L., Gao Y., Zhou Y.Z., Qin X.M. Metabolomics studies on corticosterone-induced PC12 cells: A strategy for evaluating an in vitro depression model and revealing the metabolic regulation mechanism. Neurotoxicol. Teratol. 2018; 69: 27-38. https://doi.org/10.1016/j.ntt.2018.07.002.
16. Li L., Sun H.Y., Liu W., Zhao H.Y., Shao M.L. Sily-marin protects against acrylamide-induced neurotoxicity via Nrf2 signalling in PC12 cells. Food Chem. Toxicol. 2017; 102: 93-101. https:// doi.org/10.1016/j.fct.2017.01.021.
17. Hoffman M.M., Khrapov M.A., Cox J.C., Yao J., Tong L., Ellington A.D. AANT: the Amino Acid-Nucleotide Interaction Database. Nucleic Acids Res. 2004; 32: 174-81. https://doi. org/10.1093/nar/gkh128.
Поступила 12 марта 2021 г.
For citation: Linkova N.S., Chalisova N.I., Ryzhak G.A., Gutop E.O., Ivko O.M. The influence of L-amino acids on the viability of neuroendocrine PC 12 cells line. Molekulyarnaya meditsina. 2021; 19 (6): 27-30 (in Russian). https://doi. org/10.29296/24999490-2021-06-04
Bolam J.P., Ellender T.J. Histamine and the stria-tum. Neuropharmacology. 2016; 106: 74-84. htt-ps://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2015.08.013. Cruzat V., Macedo M., Rogero K., Noel Keane N., Curi R., Newsholme P. Glutamine: metabolism and immune function, supplementation and clinical translation. Nutrients. 2018; 10 (1): 1564. https://doi.org/10.3390/nu10111564. Chalisova N.I., Koncevaya E.A., Linkova N.S., Pronyaeva V.E., Cherviakova N.A., Umnov R.S., Benberin V.V., Khavinson V.Kh. Biological activity of amino acids in organotypic tissue cultures. Bull. Exp. Biol. Med. 2013; 155 (4): 581-5. https://doi.org/10.1007/s10517-013-2200-7. Chalisova N.I., Kontzevaya E.A., Voitzekhovs-kaya M.A., Komashnya A.V. Regulating effect of coded amino acids on basic cellular processes of young and old animals. Advances in Gerontology. 2011; 24 (2): 189-97. Чалисова Н.И., Камышев Н.Г., Лопатина Н.Г., Концевая Е.А., Уртьева С.А., Уртьева Т.А. Влияние кодируемых аминокислот на ассоциативное обучение медоносной пчелы. Apis Mellifera. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2011; 46 (6): 516-8. (Chalisova N.I., Kamyshev N.G., Koncevaya E.A., Urt'eva S.A., Urt'eva T.A. The influence of encoded amino acids on the associative education of honeybee Apis Mellifera. The J. of Evolution Biochemistry and Physiology. 2011; 46 (6): 516-8 (in Russian)). Хавинсон В.Х., Чалисова Н.И., Линькова Н.С., Халимов Р.И., Ничик Т.Е. Зависимость тканеспецифического действия пептидов от их количественного аминокислотного
30
2021, т. 19, №6 Молекулярная медицина
