БИОФИЗИКА, 2021, том 66, № 6, с. 1178-1185

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

УДК 577.125.3:577.115.3

СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

В МИОКАРДЕ И m. longissimus dorsi ДЛИННОХВОСТОГО СУСЛИКА

Urocitellus undulatus

*Институт биофизики клетки РАН - обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических

исследований РАН», 142290, Пущино Московской области, ул. Институтская, 3

E-mail: tpkulagina@rambler.ru

**Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН,

142290, Пущино Московской области, ул. Институтская, 3

E-mail: sp-fh@mail.ru

***Научно-производственная компания «А-БИО»,

142290, Пущино Московской области, ул. Институтская, 4

E-mail: aripovsky@rambler.ru

Поступила в редакцию 22.07.2021 г.

После доработки 18.08.2021 г.

Принята к публикации 19.08.2021 г.

Определены изменения сезонного содержания жирных кислот в миокарде и скелетной мышце (m.

longissimus dorsi) у летних, осенних активных, зимних спящих и зимних активных якутских сусли-

ков Urocitellus undulatus. В сердечной мышце зимних спящих животных обнаружено снижение коли-

чества докозагексаеновой кислоты при возрастании количества α-линоленовой, а также снижение

количества дигомо-гамма-линоленовой кислоты по отношению к осенним активным животным.

Суммарное количество полиненасыщенных жирных кислот снижалось у зимних спящих и зимних

активных сусликов по отношению к летним и осенним активным животным. В скелетной мышце

зимних спящих и зимних активных животных наблюдалось снижение количества пальмитиновой

кислоты по отношению к летним и осенним активным сусликам. При этом у зимних спящих сусли-

ков увеличивалось количество пальмитолеиновой кислоты по отношению к летним и осенним жи-

вотным. Количество дигомо-гамма-линоленовой кислоты снижалось у зимних спящих животных

по отношению к осенним активным сусликам. В скелетной мышце осенних активных, зимних спя-

щих и зимних активных сусликов возрастало количество стеариновой кислоты по сравнению с лет-

ними животными. В эти сезоны наблюдалось увеличение суммарного количества насыщенных

жирных кислот по отношению к летнему периоду. Обсуждается возможная роль сезонных измене-

ний жирнокислотного состава в поперечнополосатых мышцах длиннохвостого суслика.

Ключевые слова: гибернация, поперечнополосатые мышцы, жирные кислоты.

DOI: 10.31857/S0006302921060132

Зимняя спячка (гибернация) - это эволю-

нирование жизненно важных органов (серд-

ционно закрепленная способность некото-

ца, легких, головного мозга) не ингибирова-

рых теплокровных животных снижать уро-

но полностью [2, 3]. Изучение регуляторных

вень метаболизма и температуру тела в зим-

механизмов, которые контролируют сни-

ний период с целью экономии энергии и

жение скорости метаболизма, а также со-

выживания при низких температурах и отсут-

хранение клеток, которые поддерживают

ствии пищи [1]. В период спячки, несмотря

жизнеспособность в гипометаболическом со-

на пониженное потребление кислорода и

стоянии, важно для теоретической и практи-

сниженный уровень метаболизма, функцио-

ческой медицины, в том числе для лучшего

понимания развития и лечения сердечной

недостаточности и мышечной атрофии [4].

Сокращения: ЖК - жирные кислоты, ДГК - докозагексае-

кислоты, ДГЛК - дигомо-гамма-линоленоваяе кислота, Способность к длительному голоданию ги-

МНЖК - мононенасыщенные жирные кислоты.

бернантов связана с переключением метабо-

1178

СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

1179

лизма с глюкозы на липиды в период зимней

и часть длиннейшей мышцы спины m. longissimus

спячки [5]. В частности, происходит гидро-

dorsi (в области пояснично-крестцового отдела

позвоночника). Образцы замораживали и храни-

лиз триглицеридов жировой ткани с высво-

ли при -70°С. Состав и содержание жирных кис-

бождением жирных кислот (ЖК), которые

лот в образцах миокарда и спинной мышцы опре-

попадают в кровоток [6]. Исследование мета-

деляли на аналитическом газовом хроматографе,

болизма ЖК при гибернации представляет

как описано ранее [10]. Общее количество ЖК в

особый интерес, поскольку помимо своей

тканях определяли суммированием количества

главной роли в качестве структурных компо-

всех индивидуальных ЖК в каждом образце и вы-

нентов мембран они служат источниками

ражали в мкг/мг ткани. Содержание каждой ин-

топлива для производства энергии, а также

дивидуальной кислоты выражали в процентах от

являются важными вторичными мессендже-

общего количества ЖК в ткани. Для статистиче-

рами, участвующими в физиологических ре-

ского анализа по критерию Манна-Уитни ис-

акциях, связанных с гомеостазом и процесса-

пользовали программу GraphPad.

ми воспаления и выздоровления после ин-

фекционных заболеваний человека [7-9].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование сезонных изменений содержа-

Состав и количество индивидуальных ЖК в

ния ЖК важно для понимания молекулярных ме-

миокарде левого желудочка сердца животных

ханизмов адаптации мышечной ткани и организ-

представлены в табл. 1. Не обнаружено достовер-

ма в целом к условиям гибернации. Цель данного

ных изменений суммарного количества ЖК (в

исследования - выявление сезонных изменений

мкг/мг ткани) в сердечной мышце ни в одной из

содержания ЖК в поперечнополосатых мышцах

исследуемых групп животных. Однако при этом

(миокарде левого желудочка сердца и скелетной

содержание дигомо-гамма-линоленовой кислоты

мышце m. longissimus dorsi) истинного гибернан-

(ДГЛК) в миокарде зимних спящих сусликов до-

та длиннохвостого якутского суслика Urocitellus

стоверно снижалось по отношению к осенним

undulatus.

активным животным. Количество α-линолено-

вой кислоты достоверно увеличивалось в сердце

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

зимних спящих сусликов по отношению к осен-

ним активным животным. Содержание докоза-

Исследование проводили на якутских сусли-

гексаеновой кислоты (ДГК) достоверно снижа-

ках Urocitellus undulatus обоих полов, отловленных

лось в миокарде зимних спящих сусликов по от-

в местах их природного обитания (долина реки

ношению к летним активным и осенним

Лена, Якутия). Животных отлавливали в июле-

активным животным. У зимних спящих и зимних

августе и доставляли в г. Пущино Московской об-

активных сусликов также наблюдалось достовер-

ласти. До начала спячки их содержали индивиду-

ное снижение суммарного содержания полине-

ально в специальном помещении, с соблюдением

насыщенных жирных кислот (ПНЖК). Отноше-

естественного фотопериода при достаточном ко-

ние линолевая кислота/ДГК достоверно резко

личестве пищи и воды. В период гибернации сус-

возрастало у зимних спящих животных по отно-

ликов содержали в темном помещении при тем-

шению к летним, осенним и зимним активным

пературе от 0 до 2°С. Регистрацию температуры

сусликам.

тела у животных проводили с помощью специа-

лизированного датчика RET-2 (Physitemp, США;

Состав и количество ЖК в спинной мышце

точность ± 0.1°С). В экспериментах использовали

представлены в табл. 2. Наблюдалась выраженная

четыре группы животных: группа 1 - летние ак-

тенденция снижения количества ЖК (выражен-

тивные суслики, которых брали в июне-июле

ного в мкг/мг ткани) в скелетной мышце у осен-

(n = 7), группа 2 - осенние активные суслики (ок-

них животных по отношению к летним, зимним

тябрь-ноябрь) (n = 7); группа 3 - зимние спящие

спящим и зимним активным сусликам. Количе-

животные (находящиеся в состоянии глубокого

ство пальмитиновой кислоты уменьшалось у зим-

оцепенения), которых использовали в январе-

них спящих и зимних активных сусликов по срав-

феврале в середине цикла спячки (баута) при тем-

нению с летними и осенними животными. Воз-

пературе тела от 1.0 до 7.0°С (средняя температура

растало количество пальмитолеиновой кислоты у

тела 4.2°С) (n = 7); группа 4 - зимние активные

зимних спящих животных по отношению к лет-

суслики, которых провоцировали к пробуждению

ним и осенним. По сравнению с летними живот-

в январе-феврале перемещением в лабораторную

ными возрастало количество стеариновой кисло-

комнату с температурой воздуха 19.0 ± 1.0°С

ты у осенних, зимних спящих и зимних активных

(n = 7). Животных декапитировали с помощью

животных. У зимних спящих сусликов достовер-

гильотины; активных зимних животных - через

но снижалось количество ДГЛК по отношению к

12-13 ч после пробуждения при температуре тела

осенним животным. По отношению к летнему

37ºС. Отбирали миокард левого желудочка сердца

периоду достоверно увеличивалось суммарное

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

1180

КУЛАГИНА и др.

Таблица 1. Содержание жирных кислот в миокарде левого желудочка сердца сусликов

Сезонное состояние животных

Жирная кислота

Летние

Осенние активные

Зимние спящие

Зимние активные

Миристиновая (14:0)

0.41 ± 0.04

0.38 ± 0.1

0.51 ± 0.07

0.33 ± 0.16

Пальмитиновая (16:0)

12.79 ± 0.63

13.18 ± 0.64

9.77 ± 0.67

10.39 ± 0.4

Пальмитолеиновая (16:1, n-7)

1.85 ± 0.23

1.74 ± 0.48

1.98 ± 0.38

1.64 ± 0.34

Стеариновая (18:0)

11.72 ± 1.3

14.28 ± 1.7

14.41 ± 1.18

16.45 ± 1.45

Олеиновая (18:1, n-9)

19.09 ± 1.84

15.75 ± 2.64

21.81 ± 1.59

20.78 ± 1.91

Вакценовая (18:1, n-7)

2.27 ± 0.53

3.08 ± 0.11

2.84 ± 0.12

3.03 ± 0.18

Линолевая (18:2, n-6)

37.15 ± 1.45

37.20 ± 1.35

34.29 ± 1.89

32.90 ± 1.51

γ-Линоленовая (18:3, n-6)

0.17 ± 0.01

0.18 ± 0.03

0.13 ± 0.01

0.17 ± 0.08

α-Линоленовая (18:3, n-3)

1.48 ± 0.25

0.47 ± 0.13

2.09 ± 0.74*

0.69 ± 0.50

Дигомо-γ-линоленовая (20:3,

0.37 ± 0.14

0.50 ± 0.05

0.20 ± 0.04*

0.29 ± 0.04

n-6)

Арахидоновая (20:4, n-6)

8.17 ± 1.50

10.91 ± 1.81

9.77 ± 0.90

12.93 ± 1.84

Докозагексаеновая (22:6, n-3)

0.53 ± 0.08

0.66 ± 0.09

0.23 ± 0.04§

0.33 ± 0.08

Нервоновая (24:1, n-9)

0.62 ± 0.25

0.68 ± 0.13

0.37 ± 0.09

0.48 ± 0.12

Линолевая /ДГК

67.70 ± 20.44

55.67 ± 20.08

165.90 ± 18.40^

52.40 ± 21.62

Сумма насыщенных ЖК, %

24.90 ± 1.87

26.76 ± 1.30

24.95 ± 0.61

26.40 ± 1.12

Сумма МНЖК, %

24.43 ± 2.17

20.36 ± 3.06

28.68 ± 1.72

26.02 ± 2.02

Сумма ПНЖК, %

51.13 ± 0.89

51.97 ± 1.35

43.80 ± 1.32##

46.93 ± 0.74#

Количество ЖК, мкг/мг ткани

27.87 ± 3.25

24.16 ± 6.43

23.82 ± 4.4

32.55 ± 4.00

Примечание. Содержание жирных кислот дано в % от их общего содержания в ткани; * - p < 0.05, различия достоверны по

отношению к осенним животным; § - p < 0.05, различие достоверно по отношению к летним и осенним животным; ^ - p < 0.05,

различие достоверно по отношению к летним, осенним и зимним активным животным; # - p <0.05, ## - p < 0.01, различия

достоверны по отношению к летним и осенним животным.

количество насыщенных ЖК у осенних, зимних

статочную перфузию организма. Функциональ-

спящих и зимних активных животных. Отноше-

ная активность сердечной мышцы зависит от раз-

ние линолевая кислота/ДГК достоверно не изме-

личных источников энергии для поддержания ее

нялось в скелетной мышце у всех исследованных

целостности и сократимости в течение всего сезо-

групп животных (табл. 2).

на гибернации, а также от экспрессии профиля

сердечных генов для кардиозащиты. Скелетные

мышцы остаются в основном неподвижными в

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

течение пяти-шести месяцев, но должны возоб-

новить свою сократительную способность во вре-

Сердечная и скелетные мышцы относятся к

мя межбаутной зимней активности и во время за-

поперечнополосатой мышечной ткани. Это две

ключительного пробуждения весной. Сократи-

сократительные ткани, 99% генов которых экс-

тельная способность скелетных мышц зависит от

прессируются и в той, и в другой мышце, что под-

типа мышечных волокон

(«медленные» или

черкивает гомологию между ними [11]. Однако во

время гибернации к этим мышцам предъявляют-

«быстрые»), а также от уникального контроля за

ся совершенно разные функциональные требова-

оборотом белков для поддержания их функцио-

ния. Несмотря на пониженное потребление кис-

нальности и тонуса [11]. В связи с различиями в

лорода и пониженную температуру тела сердце

функционировании миокарда и скелетных мышц

должно поддерживать кровообращение путем ре-

при спячке обнаруженные в них изменения со-

гулярных сокращений, чтобы гарантировать до-

держания ЖК, вероятно, имеют разное функцио-

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

1181

Таблица 2. Содержание жирных кислот в скелетной мышце сусликов

Жирная кислота

Сезонное состояние животных

летние

осенние активные

зимние спящие

зимние активные

Миристиновая (14:0)

0.62 ± 0.03

0.68 ± 0.06

0.57 ± 0.1

0.58 ± 0.06

Пальмитиновая (16:0)

13.58 ± 0.58

14.25 ± 0.37

11.07 ± 0.51*

10.93 ± 0.38*

Пальмитолеиновая (16:1, n-7)

3.74 ± 0.43

3.26 ± 0.35

5.38 ± 0.45*

4.63 ± 0.56

Стеариновая (18:0)

4.63 ± 0.56

11.52 ± 0.76###

10.06 ± 1.26###

11.76 ± 1.46###

Олеиновая (18:1, n-9)

23.21 ± 3.3

23.79 ± 1.55

29.62 ± 2.45

28.86 ± 2.71

Вакценовая (18:1, n-7

2.74 ± 0.34

3.22 ± 0.13

3.31 ± 0.19

2.92 ± 0.22

Линолевая (18:2, n-6)

32.26 ± 2.52

36.23 ± 1.45

28.91 ± 1.46

31.71 ± 1.56

γ-Линоленовая (18:3, n-6)

0.19 ± 0.01

0.19 ± 0.02

0.15 ± 0.02

α-Линоленовая (18:3, n-3)

1.14 ± 0.24

1.25 ± 0.39

0.82 ± 0.51

2.1 ± 0.74

Дигомо-γ-линоленовая (20:3,

0.33 ± 0.02

0.42 ± 0.05

0.26 ± 0.03^

0.29 ± 0.03

n-6)

Арахидоновая (20:4, n-6)

7.0 ± 1.44

7.49 ± 0.62

7.79 ± 1.16

6.77 ± 1.03

Докозагексаеновая (22:6, n-3)

0.48 ± 0.11

0.78 ± 0.3

0.56 ± 0.07

0.54 ± 0.1

Нервоновая (24:1, n-9)

0.91 ± 0.18

0.33 ± 0.09

0.29 ± 0.1

0.2 ± 0.14

Линолевая/ДГК

78.68 ± 20.96

58.79 ± 9.58

63.11 ± 7.45

70.00 ± 10.57

Сумма насыщенных ЖК, %

18.17 ± 0.91

26.6 ± 1.0###

22.33 ± 0.86##

23.56 ± 1.51#

Сумма МНЖК (%)

31.59 ± 3.59

28,43 ± 1.81

39.21 ± 2.83

41.23 ± 3.28

Сумма ПНЖК (%)

46.26 ± 2.54

45.66 ± 1.25

37.41 ± 2.12

40.51 ± 2.26

Количество ЖК (мкг/мг

20.85 ± 2.94

11.09 ± 1.86

22.78 ± 3.61

22.17 ± 2.32

ткани)

Примечание. Содержание жирных кислот дано в % от их общего содержания в ткани; * - p < 0.05, ** - p < 0.01, различия

достоверны по отношению к летним и осенним животным; # - p < 0.05, ## - p < 0.01, ### - p < 0.001, различия достоверны

по отношению к летним животным; ^ - p < 0.05, различие достоверно по отношению к осенним активным животным.

нальное значение для адаптации в различные се-

Значительное снижение количества ДГК в

зоны.

ткани левого желудочка якутских зимних спящих

сусликов согласуется с исследованиями на малых

Миокард левого желудочка сердца. Сниженное

гибернаторах, у которых резко снижен уровень

количество ДГЛК в сердечной мышце зимних

n-3 (омега-3) ЖК в мембранных фосфолипидах

спящих животных по отношению к осенним ак-

ключевых органов, таких как сердце или мышцы

тивным сусликам может быть связано с тем, что

[16-19]. Спящие млекопитающие сохраняют си-

эта кислота является субстратом для ферментов

нусовый ритм, даже если температура тела при-

эйкозаноидного каскада в большинстве тканей

ближается к 0°C [20]. Эта уникальная способ-

[12] и под действием циклоксигеназы превраща-

ность сердца гибернаторов обусловлена поддер-

ется в противовоспалительные простагландины

жанием достаточно быстрого удаления кальция

серии 1 [13]. Полагают, что воспаление является

важным и центральным процессом, регулируе-

из цитоплазмы в саркоплазматический ретику-

мым несколькими соединениями во время

лум после сокращения, несмотря на низкую тем-

зимней спячки [14]. Кроме того, оксилипин, об-

пературу тела [21, 22]. Данный процесс находится

разующийся из этой кислоты под влиянием 12-ли-

под контролем кальциевой АТФазы саркоплаз-

поксигеназы, обладает кардиозащитным дей-

матического ретикулума (SERCA2). Это ключе-

ствием. Он регулирует функцию тромбоцитов,

вой фермент, экспрессия гена и концентрация

препятствуя их агрегации, что может иметь зна-

белка которого увеличиваются при подготовке к

чение при спячке животных [15].

гибернации [23]. Обнаружено, что активность

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

1182

КУЛАГИНА и др.

SERCA в сердечной мышце сирийского хомячка

мембранах, чтобы обеспечить нормальное функци-

сильно возрастала по мере увеличения доли ли-

онирование организма при низкой температуре те-

нолевой кислоты в фосфолипидах саркоплазма-

ла. ПНЖК, особенно n-6, накапливаются в белой

тического ретикулума, а увеличение содержания

жировой ткани многих гибернаторов. Избиратель-

ДГК снижало активность SERCA. У подгруппы

ное использование ЖК, вероятно, свидетельствует о

хомячков, которые никогда не впадали в оцепе-

физиологической роли ПНЖК, отличной от ис-

нение, но оставались эутермными в течение зи-

пользования только в качестве источника энергии

мы, в мембранах саркоплазматического ретику-

[13]. ПНЖК являются важным фактором в функци-

лума наблюдалось более низкое содержание ли-

онировании ионных каналов, активности мембра-

нолевой кислоты и повышенное содержание

носвязанных ферментов, регуляции экспрессии ге-

ДГК, как и в мембранах у животных в летний пе-

нов, эндоцитоза/экзоцитоза, выживаемости при

риод [18]. Полагают, что жирнокислотный состав

низких температурах окружающей среды [27, 28].

мембран саркоплазматического ретикулума серд-

Повышенное потребление с пищей n-6 ПНЖК,

ца модулирует активность SERCA, тем самым

особенно линолевой кислоты, удлиняет продолжи-

определяя минимальную температуру тела, пере-

тельность приступа оцепенения. Полагают, что

носимую гибернаторами, а высокие уровни ДГК

именно высокая доля линолевой кислоты в мембра-

предотвращают впадение гибернаторов в оцепе-

нах саркоплазматического ретикулума, а не общее

нение, подтверждая ремоделирование мембран

высокое содержание n-6 ПНЖК, определяет мини-

во время гибернации с определенным удалением

мальный уровень температуры тела, который гибер-

и/или окислением ДГК и сохранением линоле-

наторы могут переносить во время оцепенения [18].

вой кислоты в тканях и мембранах [24]. В ткани

Из-за своих двойных связей ПНЖК менее

сердца зимних спящих якутских сусликов коли-

устойчивы к перекисному окислению и могут об-

чество линолевой кислоты значительно превос-

разовывать соединения, нарушающие структуру

ходит содержание любой другой ЖК, но досто-

биологических мембран [29, 30]. Наиболее разру-

верно не различается во все сезоны. Поддержание

шительным и реактивным продуктом перекисно-

активности кальциевой АТФазы саркоплазмати-

го окисления липидов является альдегид 4-гид-

ческого ретикулума у сусликов, вероятно, обу-

рокси-2-ноненал, преимущественно образую-

словлено значительным снижением содержания

щийся из гидропероксидов линолевой и ара-

ДГК в сердечной мышце. Об этом свидетельству-

хидоновой кислот [31]. Возможно, достоверное

ет увеличение в этот период количества α-лино-

снижение зимой содержания суммарных ПНЖК

леновой кислоты, являющейся предшественни-

по сравнению с суммарным количеством насы-

ком синтеза ДГК, а также резкое возрастание от-

щенных ЖК + МНЖК в сердечной мышце сусли-

ношения линолевая кислота/ДГК у зимних

ков связано с ограничением перекисного окисле-

спящих животных. Точные биохимические меха-

ния жирных кислот для сохранения жизненно

низмы, с помощью которых линолевая кислота

важных функций во время оцепенения. Эти дан-

влияет на активность SERCA, пока неизвестны.

ные частично согласуются с результатами опреде-

Наиболее вероятными считаются конформаци-

ления жирных кислот у бурых медведей, количе-

онные изменения мембран под влиянием физи-

ство МНЖК в мембранах которых было выше,

ческих свойств некоторых ненасыщенных ЖК,

чем ПНЖК во время гибернации [32].

связанных с трансмембранными белками [25].

Скелетная мышца. В отличие от сердца, где от-

Хотя содержание индивидуальных ЖК в сердеч-

сутствуют достоверные изменения в суммарном

ной мышце животных за исключением ДГЛК и ДГК

содержании ЖК на мг ткани во всех исследован-

достоверно не изменяется, суммарное количество

ных группах сусликов, в скелетной мышце сусли-

ПНЖК достоверно снижается у зимних спящих и

ков в осенний период обнаружена выраженная

зимних активных якутских сусликов. Уровень на-

тенденция снижения их количества. Вероятно,

сыщенности ЖК мембран напрямую влияет на их

это связано с тем, что осенью запасание ЖК про-

текучесть и проницаемость. В целом у гибернирую-

исходит в основном в виде триглицеридов в белом

щих видов мембраны тканей тела содержат более

жире, из которых они высвобождаются под дей-

высокие уровни ненасыщенных жирных кислот пе-

ствием липаз и поступают в мышцы в период ги-

ред зимой по сравнению с летом [26]. Однако в на-

бернации. Общим для сердечной и спинной

ших экспериментах в миокарде якутских сусликов

мышцы является достоверное снижение количе-

количество моно- и полиненасыщенных жирных

ства ДГЛК у зимних спящих животных по отно-

кислот (МНЖК + ПНЖК) практически не изменя-

шению к осенним, что, как упоминалось выше,

лось во все исследованные сезоны. Снижение коли-

может быть обусловлено превращением ее в про-

чества ПНЖК у зимних спящих и зимних активных

тивовоспалительные простагландины. Однако в

животных по отношению к летним и осенним, ве-

плазме бурых медведей был обнаружен повышен-

роятно, компенсировалось увеличением количества

ный уровень ДГЛК во время зимней спячки по

МНЖК. В период зимней спячки ПНЖК не под-

сравнению с летним активным сезоном, тогда как

вергаются окислению, а сохраняются в тканях и

в мышечной ткани изменения не наблюдались ни

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

1183

в одном из сезонов. Авторы работы [13] полагают,

Увеличение суммарного количества насыщен-

что поддержание относительно высоких уровней

ных ЖК в мышечной ткани у осенних, зимних

простагландинов зимой способствует поддержа-

спящих и зимних активных сусликов, вероятно,

нию целостности мышц медведей во время спяч-

происходит в основном за счет возрастания со-

ки. Вероятно, сезонные изменения количества

держания стеариновой кислоты в результате ее

ДГЛК могут отличаться у крупных и малых гибер-

мобилизации из белого жира. На адипоцитах бе-

наторов.

лого жира тринадцатиполосного суслика показа-

Снижение количества пальмитиновой кисло-

на преимущественная мобилизация насыщенных

ты у зимних спящих и зимних активных сусликов

пальмитиновой и стеариновой кислот [44]. При-

чины увеличения стеариновой кислоты и сум-

может быть связано с использованием ее для по-

лучения энергии в результате окисления. Показа-

марного количества насыщенных ЖК в мышеч-

на избирательная мобилизация пальмитиновой

ной ткани неясны. С одной стороны, насыщен-

кислоты из белого жира для окисления зимой у

ные ЖК в отличие от МНЖК и ПНЖК обладают

серых мышиных лемуров [33]. На изолированных

более высоким патогенным потенциалом. Они

участвуют в патогенезе метаболических заболева-

сердцах сусликов Ричардсона показано, что по-

требление пальмитиновой кислоты как источни-

ний, включая ожирение, сахарный диабет 2-го

ка ацетил-КоА в цикле лимонной кислоты было

типа и сердечно-сосудистые заболевания [45-48].

более чем в два раза выше в сердцах спящих жи-

С другой стороны, насыщенные ЖК более устой-

вотных по сравнению с сердцами животных, не

чивы к перекисному окислению, так же как и

МНЖК. Выраженная тенденция к увеличению

находящихся в спячке [34]. Не исключено, что в

качестве энергетического субстрата пальмитино-

суммарного количества МНЖК в мышечной тка-

вая кислота может использоваться и в спинной

ни зимних спящих и зимних активных якутских

мышце. Кроме того, пальмитиновая кислота яв-

сусликов совпадает с данными об увеличении ко-

ляется субстратом для образования пальмитолеи-

личества МНЖК у находящихся в спячке бурых

медведей [32]. Вероятно, увеличение суммарного

новой кислоты под действием Δ9-десатуразы. Ко-

личество пальмитолеиновой кислоты повышено

количества насыщенных ЖК + МНЖК связано с

у зимних спящих животных по отношению к лет-

ограничением генерации окислительного стрес-

ним и осенним. Уровень пальмитолеиновой кис-

са, для сохранения жизненно важных функций во

лоты, участвующей в регуляции многих биологи-

время оцепенения.

ческих функций in vitro и in vivo, определяется ак-

Таким образом, снижение количества ДГЛК в

тивностью сигнального пути mTOR, который

миокарде и спинной мышце может свидетель-

является центральным регулятором липогенеза

ствовать об общем механизме предотвращения

на уровне транскрипции. Эта кислота участвует в

воспалительного процесса в этих тканях. В отли-

метаболических процессах подавления экспрес-

чие от сердечной мышцы, функционирование

сии провоспалительных генов, в первую очередь

которой у спящих животных обеспечивается сни-

за счет инактивации главного провоспалительно-

жением количества ДГК для нормальной работы

го фактора транскрипции NF-κB, и, таким обра-

кальциевой АТФазы саркоплазматического рети-

зом, в снижении продукции цитокинов и предот-

кулума (SERCA), в спинной мышце для сохране-

вращении воспаления тканей [35, 36]. Было пока-

ния ее сократительной способности, вероятно,

зано, что пальмитолеиновая кислота также

играет важную роль пальмитолеиновая кислота.

является положительным модулятором липолиза

Обнаруженные изменения количества ЖК, веро-

белого жира посредством механизма, который

ятно, важны для поддержания жизненно важных

включает увеличение содержания липазы тригли-

функций животных в различные сезоны и могут

церидов жировой ткани и требует активации

быть полезны для понимания механизмов гибер-

ядерного рецептора PPARα [37]. Пальмитолеат,

нации, а также, в будущем, для практической ме-

высвобождаемый из белой жировой ткани, явля-

дицины.

ется «липокином», который может способство-

вать системному метаболическому гомеостазу

[38]. Положительная корреляция между уровнем

БЛАГОДАРНОСТИ

пальмитолеиновой кислоты и активацией сиг-

нального пути mTOR, возможно, связана с сиг-

Работа проводилась на базе Центра коллектив-

нальными путями, регулирующими мышечную

ного пользования ИБК РАН ФИЦ ПНЦБИ РАН.

массу.

Исследования экспрессии генов: транскрип-

ции и синтеза белков, а также фосфорилирования

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

белков предполагают важность сигнального пути

mTOR для предотвращения атрофии мышц во

Работа была выполнена рамках Государствен-

время спячки [39-43].

ного задания № 075-00381-21-00 ИТЭБ РАН.

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

1184

КУЛАГИНА и др.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

22. M. T. Andrews, BioEssays 29, 431 (2007).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

23. A. Yatani, S. J. Kim, R. K. Kudej, et al., Am. J. Physiol.

Heart Circ. Physiol. 286, 2219 (2004).

интересов.

24. S. Giroud, G. Stalder, H. Gerritsmann, et al., Front.

Physiol. 9, 1235 (2018).

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

25. R. Phillips, T. Ursell, P. Wiggins, and P. Sens, Nature

Опыты проводили с соблюдением правил Ев-

459, 379 (2009).

ропейской конвенции по защите позвоночных

26. J. Dark, Annu. Rev. Nutr. 25, 469 (2005).

животных, используемых для эксперименталь-

27. R. Pamplona, Biochim. Biophys. Acta 1777 (10), 1249

ных и других научных целей (European Communi-

(2008).

ties Council Directive (86/609)EEC) и в соответ-

28. J. G. Wallis, J. L.Watts, and J. Browse, Trends Bio-

ствии с требованиями комиссии по этике ИБК

chem. Sci. 27(9), 467 (2002).

РАН.

29. A. J. Hulbert, R. Pamplona, R. Buffenstein, and W. A.

Buttemer, Physiol. Rev. 87, 1175 (2007).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

30. J. C. L. Brown, D. J. Chung, K. R. Belgraveand, and J.

1. А. И. Ануфриев, Механизмы зимней спячки мелких

F. Staples, Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physi-

млекопитающих Якутии (Изд-во СО РАН, Ново-

ol. 302 (1), 15 (2012).

сибирск, 2008).

31. T. Ruf and W. Arnold, Am. J. Physiol. Regul. Integr.

2. W. K. Milsom, M. B. Zimmer, and M. B. Harris,

Comp. Physiol. 294 (3), 1044 (2008).

Comp. Biochem. Physiol. A: Mol. Integr. Physiol. 124

32. S. Giroud, I. Chery, F. Bertile, et al., Front. Physiol.

(4) 383 (1999).

10, 389 (2019).

3. H. V. Carey, M. T. Andrews, and S. L. Martin, Physiol.

Rev. 83, 1153 (2003).

33. S. Giroud, M. Perret, C. Gilbert, et al., Am. J. Physiol.

4. J. F. Staples and J. C. L. Brown, J. Comp. Physiol. B.

Regul. Integr. Comp. Physiol. 297 (4), 950 (2009).

178 (7) 811 (2008).

34. D. D. Belke, L. C. H. Wang, and G. D. Lopaschuk,

5. M. T. Andrews, K. P. Russeth, L. R. Drewes, and

Biochim. Biophys. Acta 1391 (1), 25 (1998).

P. Henry, Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physi-

35. C. O. Souza, A. A. Teixeira, L. A. Biondo, et al., Clin.

ol. 296 (2), R383 (2009).

Exp. Pharmacol. Physiol. 44 (5), 566 (2017).

6. A. R. Graesli, A. L. Evans, A. Fahlman, et al., BMC

Vet. Res. 11 301 (2015).

36. G. Yin, Y. Wang, X. M. Cen, et al., J. Immunol. Res.

2017, 3262384 (2017). DOI: 10.1155/2017/3262384

7. J. U. An, S. E. Kim, and D. K. Oh, Prog. Lipid. Res.

83, 101110 (2021). DOI: 10.1016/j.plipres.2021.101110

37. A. Bolsoni-Lopes, W. T. Festuccia, T. S. Farias, et al.,

8. K. Sánchez-Alegría, C. E. Bastián-Eugenio, L. Vaca,

Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 305 (9), 1093

and C. Arias, FASEB J. 35 (7), e21712 (2021). DOI:

(2013).

10.1096/fj.202100243R

38. H. Cao, K. Gerhold, J. R. Mayers, et al., Cell. 134 (6),

9. P. C. Calder, JPEN J. Parenter .Enteral. Nutr. 39 (Sup-

933 (2008).

pl. 1), 18S (2015).

39. A. V. Goropashnaya, B. M. Barnes, and V. B. Fedorov,

10. Т. П. Кулагина, Ю. В. Гpицына, А. В. Аpиповcкий

Sci Rep. 10 (1), 9010 (2020).

и др., Биофизика 63 (5), 1004 (2018).

11. K. L. Vermillion, K. J. Anderson, M. Hampton, and

40. K. L. Vermillion, K. J. Anderson, M. Hampton, and

M. T. Andrews, Physiol. Genomics 47 (3), 58 (2015).

M. T. Andrews, Physiol. Genom. 47 (3), 58 (2015).

12. G. Schmitz and J. Ecker, Prog. Lipid. Res. 47, 147

41. E. Andres-Mateos, H. Brinkmeier , T. N. Burks, et al.,

(2008).

EMBO Mol. Med. 5 (1), 80 (2013).

13. S. Giroud, A. L. Evans, I. Chery, et al., Naturwissen-

42. C. X. Yang, Y. He, Y. F. Gao, et al., Comp. Biochem.

schaften 105 (9-10), 58 (2018).

Physiol. A Mol. Integr. Physiol. 176, 26 (2014).

14. K. Mominoki, M. Morimatsu, M. Karjalainen, et al.,

Comp. Biochem. Physiol. A 142, 472 (2005).

43. R. Xu, E. Andres-Mateos, R. Mejias, et al., Exp. Neu-

rol. 247, 392 (2013).

15. J. Yeung, B. E. Tourdot, R. Adili, et al., Arterioscler.

Thromb. Vasc. Biol. 36 (10), 2068 (2016).

44. E. R. Price, C. Armstrong, C. G. Guglielmo, and

16. F. Geiser, B. M. McAllan, G. J. Kenagy, and S. M. Hie-

J. F. Staples, Physiol. Biochem. Zool. 86 (2),

205

bert, Naturwissenschaften 94, 319 (2007).

(2013).

17. W. Arnold, T. Ruf, F. Frey-Roos, and U. Bruns, PLoS

45. G. M. Stuttgen and D. Sahoo, Endocrinology 162 (8),

One

6, e18641

(2011).

DOI:

10.1371/jour-

bqab111 2021. DOI: 10.1210/endocr/bqab111

nal.pone.0018641

46. K. Sánchez-Alegría, C. E. Bastián-Eugenio, L. Vaca,

18. S. Giroud, C. Frare, A. Strijkstra, et al., PLoS One 8,

and C. Arias, FASEB J. 35 (7), e21712 (2021). DOI:

e63111 (2013). DOI: 10.1371/journal.pone.0063111

10.1096/fj.202100243R

19. W. Arnold, S. Giroud, T. G. Valencak, and T. Ruf,

Physiology 30, 232 (2015).

47. J. S. Lee, S. K. Pinnamaneni, S. J. Eo, et al., J. Appl.

Physiol. 100 (5), 1467 (2006).

20. B. W. Johansson, Cardiovasc. Res. 31, 826 (1996).

21. S. Q. Wang, E. G. Lakatta, H. Cheng, and Z. Q. Zhou,

48. A. Kadotani, Y. Tsuchiya, H. Hatakeyama, et al., Am.

J. Exp. Biol. 205, 2957 (2002).

J. Physiol. Endocrinol. Metab. 297 (6), 1291 (2009).

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021

СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

1185

Seasonal Changes in the Fatty Acid Content of Myocardial and Longissimus Dorsi

Muscles of Long-Tailed Ground Squirrel Urocitellus undulatus

T.P. Kulagina*, S.S. Popova**, and A.V. Aripovsky***

*Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences, Institutskaya ul. 3, Pushchino, Moscow Region, 142290 Russia

**Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences,

Institutskaya ul. 3, Pushchino, Moscow Region, 142290 Russia

***Research and Production Company “A-BIO”, Institutskaya ul. 4, Pushchino, Moscow Region, 142290 Russia

Seasonal changes in the fatty acid content of myocardial and skeletal muscles (m. longissimus dorsi) of Ya-

kutian ground squirrels Urocitellus undulatus were determined. Muscle samples were collected from ground

squirrels during summer, autumn active, winter torpid, and winter active states. Compared with autumn ac-

tive ground squirrels, in the cardiac muscle of winter active animals, docosahexaenoic acid levels tended to

fall due to elevated α-linoleic acid contents as well as dihomo-gamma-linoleic acid levels decreased. Total

polyunsaturated fatty acid was seen to decrease in muscle samples of winter torpid and winter active ground

squirrels as compared to those of summer and autumn active animals. In skeletal muscles of winter torpid and

winter active animals, the palmitic acid decreased as opposed to that observed in summer and autumn active

ground squirrels. However, the palmitoleic acid level was higher during winter torpor compared to the sum-

mer and autumn active states. In winter torpid animals, the level of dihomo-gamma-linoleic acid was lower

than that in autumn active ground squirrels. A proportion of stearic acid were greater in autumn active, winter

torpid and winter active ground squirrels than in summer animals. It was shown that the total saturated fatty

acid was greater in autumn active, winter torpid and winter active ground squirrels than in summer animals.

The possible role of temperature conditions in seasonal variations in the fatty acid content in the striated mus-

cle of the long-tailed ground squirrel is under discussion.

Keywords: hibernation, striated muscles, fatty acids

БИОФИЗИКА том 66

№ 6

2021