Нейрохимия, 2021, T. 38, № 3, стр. 267-277

Влияние умеренной гипотермии на каталитические характеристики синаптической ацетилхолинэстеразы при субтотальной ишемии головного мозга у крыс

Н. К. Кличханов 1, А. М. Джафарова 1

1 ФГБОУ ВО “Дагестанский государственный университет”
Махачкала, Россия

Поступила в редакцию 05.03.2021
После доработки 12.03.2021
Принята к публикации 16.03.2021

Аннотация

Острая ишемия мозга инициирует каскад реакций, результатом которых может стать развитие окислительного стресса и нарушение сбалансированной работы ряда нейромедиаторных систем мозга. Протекторные эффекты терапевтической гипотермии при ишемии достаточно известны и изучены, однако механизмы ее воздействия на холинэргическую систему мозга, тесно связанную с функционированием ацетилхолинэстеразы (АХЭ), остаются невыясненными. В данной работе исследованы активность и кинетические параметры АХЭ, а также взаимосвязь между каталитическими свойствами фермента и интенсивностью свободно-радикальных процессов в синаптических окончаниях нейронов мозга крыс при окклюзии сонных артерий в условиях нормотермии и умеренной (33°С) гипотермии. Обнаружено, что церебральная ишемия приводит к снижению активности АХЭ, в то время как гипотермия в период окклюзии сонных артерий препятствует этому. При ишемии мозга значение Vmax и эффективность катализа АХЭ снижаются, а Ki увеличивается, что на фоне неизменных значений Km способствует повышению диапазона эффективных концентраций ацетилтиохолина и значений [S]опт. Мягкая гипотермия на фоне ишемии мозга препятствует существенным изменениям кинетических параметров фермента. Ишемия стимулирует процессы окислительной деструкции мембранных белков и липидов. Гипотермия во время ишемии предотвращает повышение уровней продуктов окислительной модификации липидов и белков, а также активности супероксиддисмутазы в синаптосомах. Обнаружена отрицательная корреляция между значениями кинетических параметров АХЭ и уровнями продуктов окислительной модификации липидов и белков синаптосом, что указывает на важную роль активных форм кислорода в модуляции активности ключевого фермента холинергической системы. Полученные результаты позволяют сделать заключение, что гипотермия во время ишемии предотвращает активацию свободнорадикальных процессов в синаптических окончаниях нейронов, что, в свою очередь, препятствует снижению активности и эффективности катализа АХЭ.

Ключевые слова: субтотальная ишемия, гипотермия, мозг, синаптические мембраны, АХЭ, кинетические параметры, малоновый диальдегид, карбонильные группы, супероксиддисмутаза, каталаза

DOI: 10.31857/S1027813321030080

Список литературы

  1. Lin L, Wang X., Yu Z. // Biochem. Pharmacol. 2016. V. 5. № 4. https://doi.org/10.4172/2167-0501.1000213

  2. Awooda H.A. // J. Biosci. Med. 2019. V. 7. P. 20–28.

  3. Chan P.H. // J. Cereb. Blood Flow Metab. 2001. V. 21. P. 2–14.

  4. Sayre L.M., Perry G., Smith M.A. // Chem. Res. Toxicol. 2008. V. 21. № 1. P. 172–188.

  5. Valko M., Leibfritz D., Moncol J., Cronin M.T.D., Mazur M., Telser J. // Int. J. Biochem. Cell Biol. 2007. V. 39. P. 44–84.

  6. Awooda H.A., Lutfi M.F., Saeed A.M. // Int. J. Health Sci. 2015. V. 9. P. 17–24.

  7. Chen H., Yoshioka H., Kim G.S., Jung J.E., Okami N., Sakata H., Chan P.H. // Antioxid. Redox Signal. 2011. V. 14. № 8. P. 1505–1517.

  8. Sun M.S., Jin H., Sun X., Huang S., Zhang F.L., Guo Z.N., Yang, Y. // Oxid. Med. Cell. Longev. 2018. https://doi.org/10.1155/2018/3804979

  9. van der Worp H.B., Macleod M.R., Kollmar R. // J. Cereb. Blood Flow. Metab. 2010. V. 30. P. 1079–1093.

  10. Olsen T.S., Weber U.J., Kammersgaard L.P. // The Lancet Neurology. 2003. V. 2. № 7. P. 410–416.

  11. Sun Y.-J., Zhang Z.-Y., Fan B., Li G.-Y. // Front. Neurosci. 2019. V. 13. Article 586. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.00586

  12. Schliebs R., Arendt T. // J. Neural Transm. 2006. V. 113. № 11. P. 1625–1644.

  13. Solari N., Hangya B. // Eur. J. Neurosci. 2018. V. 48. № 5. P. 2199–2230.

  14. Taylor P. // Goodman and Gilman’s Pharmacological Basis of Therapeutics / Ed.: Brunton L. N.Y.: McGraw-Hill, 2006. P. 201–217.

  15. Orta-Salazar E., Cuellar-Lemus C.A., Díaz-Cintra S., Feria-Velasco A.I. // Neurología. 2014. V. 29. № 8. P. 497–503.

  16. Hicks D., John D., Makova N.Z., Henderson Z., Nalivaeva N.N., Turner A.J. // J. Neurochem. 2011. V. 116. № 5. P. 742–746.

  17. Zimmerman G., Soreq H. // Cell Tiss. Res. 2006. V. 326. № 2. P. 655–669.

  18. Thullbery M.D., Cox H.D., Schule T., Thompson C.M., George K.M. // J. Cell Biochem. 2005. V. 96. № 3. V. 599–610.

  19. Sakuma M., Hyakawa N., Kato H., Araki T. // J. Neural Trans. 2008. V. 115. № 3. P. 413–422.

  20. Katsuki H., Matsumoto K. // Nicotinic acetylcholine receptor signaling in neuroprotection / Ed.: Akaike A., Shimohama S., Misu Y. Singapore: Springer, 2018. P. 113–136.

  21. Kataoka K., Hayakawa T., Kuroda R., Yuguchi T., Yamada K. // Stroke. 1991. V. 22. P. 1291–1296.

  22. Beley A., Bertrand N., Beley P. // Neurochem. Res. 1991. V. 16. № 5. P. 555–561.

  23. Malatová Z., Gottlieb M., Marsala J. // Gen. Physiol. Biophys. 1999. V. 18. № 1. P. 57–71.

  24. Saez-Valero J., Gonzalez-Garcia C., Cena V. // Mol. Brain Res. 2003. V. 117. P. 240–244.

  25. Мохаммед М.Т., Кличханов Н.К. // Изв. Даг. гос. пед ун-та. Естеств. и точн. науки. 2010. № 2. С. 69–73.

  26. Ojo O.B., Amoo Z.A., Saliu I.O., Olaleye M.T., Farombi E.O., Akinmoladun A.C. // Biomed. Pharmacother. 2019. V. 111. P. 859–872.

  27. Wang Z.-F., Wang J., Zhang H.Y., Tang X.C. // J. Neurochem. 2008. V. 106. P. 1594–1603.

  28. Deb B., Sreenath C., Kumar M.S., Elango K. // J. Appl. Pharm. Sci. 2012. V. 2. № 3. P. 106–111.

  29. Hu T., Fu Q., Liu X., Zhang H., Dong M. // J. Neuroimmunol. 2009. V. 211. P. 84–91.

  30. Lapetina E.G., Soto E.F., De Robertis E. // Biochem. Biophis. Acta. 1967. V. 135. P. 33–43.

  31. Lowry D.H., Rosebrough H.J., Farr A.L., Randall R.J. // J. Biol. Chem. 1951. V. 193. № 1. P. 265–275.

  32. Ellman Y.L., Courtney K.D., Andres V.J., Feathestone R.M. // Biochem. Pharmacol. 1961. V. 7. № 1. P. 88–95.

  33. Stojan J., Brochier L., Alies C., Colletier J.P., Fournier D. // Eur. J. Biochem. 2004. V. 271. P. 1364–1371.

  34. Reed M.C., Lieb A., Nijhout H.F. // Bioessays. 2010. V. 32. P. 422–429.

  35. Rosenberry T.L. // J. Mol. Neurosci. 2010. V. 40. P. 32–39.

  36. Putz M.V. // Molecules. 2011. V.16. P. 3128–3145.

  37. Лысакова Т.И., Аксенцев С.Л., Федорович С.В., Левко А.В., Ракович А.А., Самойленко С.Г., Федулов А.С., Конев С.В. // Биофизика. 1997. Т. 42. Вып. 2. С. 408–411.

  38. Venditti P., Rosa R.D., Meo S.D. // Free Rad. Biol. Med. 2004. V. 36. № 3. P. 348–358.

  39. Сирота Т.В. // Биомед. химия. 2013. Т. 59. № 4. С. 399–410.

  40. Aebi H. // Methods of Enzymatic Analysis. Academic Press. 1974. P. 673–684.

  41. Дубинина Е.Е. // Продукты метаболизма кислорода в функциональной активности клеток. Жизнь и смерть, созидание и разрушение: монография. С.-Петербург, 2006. 400 с.

  42. Massoulie J. // Neurosignals. 2002. V. 11. P. 130–143.

  43. Meshorer E., Soreq H. // Trends Neurosci. 2006. V. 29. № 4. P. 216–224.

  44. Bodsch W., Takahashi K., Barbier A., Ophoff B.G., Hossmann K.A. // Prog. Brain Res. 1985. V. 63. P. 197–210.

  45. Rotundo R.L. // J. Neurochem. 2017. V. 142. P. 52–58.

  46. Chen V.P., Choi R.C., Chan W.K., Leung K.W., Guo A.J., Chan G.K., Tsim, K.W. // J. Biol. Chem. 2011. V. 286. № 38. P. 32948–32961.

  47. Wenthold R.J., Mahler H.R., Moore, W.J. // J. Neurochem. 1974. V. 22. № 6. P. 941–943.

  48. Huber L.A., Teis D. // Curr. Opin. Cell Biol. 2016. V. 39. P. 8–14.

  49. Galluzzi L., Baehrecke E.H., Ballabio A., Boya P., Bravo-San Pedro J.M., Cecconi F., Kroemer G. // EMBO J. 2017. V. 36. № 13. P. 1811–1836.

  50. Gu Z., Sun Y., Liu K., Wang F., Zhang T., Li Q., Sun X. // Neural Reg. Res. 2013. V. 8. № 23. P. 2117–2125.

  51. Starkov A. A., Chinopoulos C., Fiskum G. // Cell Calcium. 2004. V. 36. № 3–4. P. 257–264.

  52. Seif-El-Nasr M., Atia A.S., Abdelsalam R.M. // Arzneimittelforschung. 2008. V. 58. № 4. P. 160–167.

  53. Weinstein J.R., Koerner I.P., Möller T. // Future Neurol. 2010. V. 5. № 2. P. 227–246.

  54. Işlekel S., Işlekel H., Güner G., Özdamar N. // Res. Exp. Med. 1999. V. 199. № 3. P. 167–176.

  55. Девятов А.А., Федорова Т.Н., Стволинский С.Л., Рыжков И.Н., Ригер Н.А., Тутельян В.А. // Биомед. химия. 2018. V. 64. № 4. P. 344–348.

  56. Maier C.M., Sun G.H., Cheng D., Yenari M.A., Chan P.H., Steinberg G.K. // Neurobiol. Dis. 2002. V. 11. № 1. P. 28–42.

  57. Al-Amin M.M., Choudhury M.F.R., Chowdhury A.S., Chowdhury T.R., Jain P., Kazi M., Alkholief M., Alshehri S.M, Reza H.M. // Front. Neurosci. 2018. V. 12. P. 384. https://doi.org/10.3389/fnins.2018.00384

  58. Marikovsky M., Ziv V., Nevo N., Harris-Cerruti C., Mahler O. // J. Immunol. 2003. 170. № 6. P. 2993–3001.

  59. Pigeolet E., Corbisier P., Houbion A., Lambert D., Michiels C., Raes M., Remacle J. // Mech. Ageing Dev. 1990. V. 51. № 3. P. 283–297.

  60. Lei B., Adachi N., Arai T. // Brain Res. Prot. 1998. V. 3. № 1. P. 33–36.

  61. Hyslop P.A., Zhang Z., Pearson D.V., Phebus L.A. // Brain Res. 1995. V. 671. P. 181–186.

  62. Danylovych Iu.V. // Ukr. Biokhim. Zh. 2009. V. 81. № 4. P. 32–38.

  63. Schallreuter K.U., Elwary S.M.A., Gibbons N.C.J., Rokos H., Wood J.M. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2004. V. 315. № 2. P. 502–508.

  64. Schallreuter K.U., Elwary S. // Life Sci. 2007. V. 80. № 24–25. P. 2221–2226.

  65. Молочкина Е.М., Озерова И.Б. // Радиац. биология. Радиоэкология. 2003. Т. 43. № 3. С. 294–300.

  66. Méndez-Garrido A., Hernández-Rodríguez M., Zamorano-Ulloa R., Correa-Basurto J., Mendieta-Wejebe J.E., Ramírez-Rosales D., Rosales-Hernández M.C. // Neurochem. Res. 2014. V. 39. № 11. P. 2093–2104.

  67. Catalá A., Díaz M. // Front. Physiol. 2016. V. 7. P. 423. doi.org/https://doi.org/10.3389/fphys.2016.00423

  68. Gaschler M.M., Stockwell B.R. // Biochem. Biophys. Res. Com. 2017. V. 482. № 3. P. 419–425.

  69. Gonçalves J.F., Fiorenza A.M., Spanevello R.M., Mazzanti C.M., Bochi G.V., Antes F.G., Schetinger M.R.C. // Chem.-Biol. Interact. 2010. 186. № 1. P. 53–60.

  70. Lei B., Tan X., Cai H., Xu Q., Guo Q. // Stroke. 1994. V. 25. P. 147–152.

  71. Kil H.Y., Zhang J., Piantadosi C.A. // J. Cereb. Blood Flow Metab. 1996. V. 16. P. 100–106.

  72. Kumura E., Yoshimine T., Takaoka M., Hayakawa T., Shiga T., Kosaka H. // Neurosci. Lett. 1996. V. 220. P. 45–48.

  73. Maier C.M., Sun G.H., Cheng D., Yenari M.A., Chan P.H., Steinberg G.K. // Neurobiol. Dis. 2002. V. 11. № 1. P. 28–42.

Дополнительные материалы отсутствуют.