Активность ферментов катаболизма эндогенных альдегидов в мозге крыс пубертатного возраста при стрессе

_ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ_

УДК 612.66-015.3616-092.19]:577.15

АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ КАТАБОЛИЗМА ЭНДОГЕННЫХ АЛЬДЕГИДОВ В МОЗГЕ КРЫС ПУБЕРТАТНОГО ВОЗРАСТА ПРИ СТРЕССЕ

Е. А. Бережная, В. В. Давыдов

ГУ «Институт охраны здоровья детей и подростков национальной академии медицинских наук Украины»,

Украина, 61153, Харьков, проспект 50-летия ВЛКСМ, 52-А

Целью работы явилось изучение особенностей модуляции активности ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные превращения эндогенных альдегидов в субклеточных фракциях головного мозга крыс пубертатного возраста при продолжительной иммобилизации. Исследования показали, что на этапе полового созревания в мозге крыс при стрессе формируются условия для обеспечения эффективной утилизации эндогенных альдегидов в окислительно-восстановительных путях катаболизма.

Ключевые слова: альдегиддегидрогеназа, альдозоредуктаза, альдегидредуктаза, пубертат, иммоби-лизационный стресс

ACTIVITY OF ENDOGENOUS ALDEHYDES CATABOLISM ENZYMES OF THE BRAIN IN EXPERIMENTAL PUBERTAL AGE RATS UNDER STRESS

INFLUENCE

E. A. Berezhnaya, V. V. Davydov

Institute of Children and Adolescents Health Care of the Academy of Medical Sciences of the Ukraine,

61153, 52-а, 50-rokiv VLKSM ave, Kharkiv, Ukraine

The aim of the study was to estimate peculiarities of activity modulation of endogenic aldehydes redox transformation enzymes in subcellular fraction of the brain in pubertal age rats under prolonged immobilization. Brain cells generated conditions favouring efficient utilization of endogenic aldehydes in redox catabolism pathway under the influecenof the stress.

Keywords: aldehyde dehydrogenase, aldose reductase, aldehyde reductase, puberty, immobilization stress

В пубертатном возрасте повышается заболеваемость невротическими расстройствами [2, 3]. Одной из причин того может быть понижение устойчивости организма подростков к стрессу. Однако механизмы данного возрастного феномена все еще далеки от окончательного понимания.

Важную роль в формировании стрессорных повреждений внутренних органов играет стимуляции в них свободнорадикальных процессов [1, 6, 11]. При этом одним из основных факторов альтерации клеток служит накопление в них карбонильных промежуточных продуктов обмена [16, 7], обладающих выраженным ци-тотоксическим и генотоксическим действием [15, 5]. В связи с этим представляется логичным мнение о том, что устойчивость к свободнора-дикальному повреждению зависит от состояния внутриклеточных систем утилизации эндогенных альдегидов [7, 12]. Тем не менее, значение ферментов катаболизма эндогенных альдегидов в антистрессорной защите мозга и возрастные аспекты данного вопроса до настоящего времени не изучены.

Учитывая это, целью настоящего исследования явилось изучение активности ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные превращения альдегидов в мозге крыс пубертатного возраста при стрессе.

Методика

Работа выполнена на 57 крысах-самцах линии Вистар четырех возрастных групп: 1) 1,5-месячные (ранний пубертат), 2) 2-месячные (поздний пубертат); 3) 3-месячные (ранний половозрелый возраст) и 4) 12-месячные (взрослые половозрелые), которых содержали на стандартном рационе питания вивария. В свою очередь, животных каждой возрастной группы делили на 2 подгруппы: 1) интактные и 2) крысы, подвергнутые иммобилизационному стрессу. С целью воспроизведения иммобилизационного стресса животных привязывали к неподвижной опоре на 5 часов в день в течение 2 дней. Эффективность воспроизведения стресса оценивали по уровню адреналина в крови [4].

Эвтаназию проводили путем декапитации под легким эфирным наркозом. Извлекали головной мозг, отмывали его от крови и помещали в охлажденный изотонический раствор хлористого натрия. Из полушарий головного мозга готовили 10% гомогенат в стеклянном гомогенизаторе Поттера-Эльвегейма на среде выделения, содержащей 0,32 М сахарозы и 0,01 М Трис (рН 7,4). Гомогенат фильтровали через 4 слоя марли и после этого центрифугировали 20 минут при 10000 g. Полученную надосадочную жидкость использовали в работе в качестве постми-тохондриальной фракции. Все процедуры фракционирования проводили при 4-6оС.

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

3

Таблица. Активность ферментов катаболизма эндогенных альдегидов (нмоль/мг белка мин) в постмитохондриальной фракции мозга крыс разного возраста, подвергнутых продолжительной иммобилизации

Фермент Возраст

1,5 мес. 2 мес. 3 мес. 12 мес.

АР 0,32±0,02* 1,08±0,22 1,28±0,26 0,78±0,11

АзР 0,35±0,06 1,12±0,19 0,77±0,20 0,70±0,10

АДДГ 1,8±0,35* 1,23±0,21* 1,05±0,16* 0,98±0,17

Примечание: * -р<0,05 по отношению к показател

В выделенных субклеточных фракциях печени и сердечной мышцы определяли активность NAD-зависимой альдегиддегидрогеназы (АДДГ) [8] и NADH-зависимой альдегидредуктазы (АзР) с использованием глутарового альдегида в качестве субстрата [9], а также альдозоредуктазы (АР) с использованием глюкозы в качестве субстрата [10]. Концентрацию белка в пробах определяли по методу Лоури [14].

Результаты исследований подвергали статистической обработке с использованием непараметрического метода Wilcoxon-Mann-Whitney.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты проведенных исследований представлены в таблице. Из нее следует, что активность ферментов, катализирующих восстановительный путь катаболизма эндогенных альдегидов (альдегидре-дуктазы и альдозоредуктазы), у интактных животных всех исследованных возрастных групп находится на одинаковом уровне. В то же время альдегиддеги-дрогеназная активность у крыс, находящихся на изученных этапах онтогенеза, подвержена модуляции. Как следует из данных, представленных в таблице, крысы 12-месячного возраста имеют максимальную альдегиддегидрогеназную активность. У животных 2- и 3-месячного возраста ее величина на 56 и 72% соответственно ниже, чем у взрослых половозрелых крыс. У животных 1,5-месячного возраста активность данного энзима находится на уровне таковой у 12-месячных.

Таким образом, к концу первого года жизни у крыс повышается величина альдегиддегидрогеназ-ной активности в постмитохондриальной фракции головного мозга. В то же время активность ферментов катализирующих восстановительный путь утилизации эндогенных альдегидов (альдегидредук-тазы и альдозоредуктазы) на этом этапе развития не изменяется.

После продолжительной иммобилизации у 24-месячных животных не происходит существенного изменения активности всех исследованных энзимов (Р>0,05). Однако у крыс меньшего возраста при этом возникают характерные сдвиги в активности альдегиддегидрогеназы и альдегидредуктазы. Так у 1,5-, 2- и 3-месячных животных при стрессе повышается активность альдегиддегидрогеназы на 136, 182 и 271% соответственно, по сравнению с таковой у интактных крыс данных возрастных групп. В то же время ак-

м интактных животных.

тивность альдегидредуктазы у 1,5-месячных животных, наоборот, понижается на 71%, по сравнению с ее исходной величиной. При этом альдеги-дредуктазная активность постмитохондриальной фракции мозга у крыс других исследованных возрастных групп при иммобилизационном стрессе не изменяется. Не обнаруживается также и изменения альдозоредуктазной активности в мозге животных первого года жизни.

Оценивая результаты проведенных исследований, можно заметить, что низкий уровень альде-гиддегидрогеназной активности в мозге крыс до 3-месячного возраста компенсируется его увеличением при стрессе. Поэтому в условиях повышения скорости образования карбонильных продуктов свободнорадикального окисления при продолжительной иммобилизации животных у них формируются предпосылки для эффективного окисления эндогенных альдегидов. У 2- и 3-месячных животных при стрессе поддерживаются также условия и для эффективного восстановления карбонильных продуктов в реакциях, катализируемых альдегидре-дуктазой и альдозоредуктазой. В отличие от них у 1,5-месячных иммобилизированных крыс происходит понижение активности альдегидредуктазы. Однако в условиях поддержания исходного уровня альдозоредуктазы подобный сдвиг вряд ли окажет существенное влияние на скорость восстановительного пути утилизации эндогенных альдегидов в мозге при стрессе.

Таким образом, в мозге крыс пубертатного возраста при иммобилизационном стрессе формируются условия для обеспечения эффективной утилизации эндогенных альдегидов в обменных путях, связанных с их окислительно-восстановительными превращениями. По всей вероятности, доминирующее значение при этом, особенно у крыс 1,5-месячного возраста, приобретает путь катаболизма, сопряженный с их окислением в альдегиддегидро-геназной реакции. Принимая во внимание все вышеизложенное, следует все же иметь в виду тот факт, что наиболее мощным путем утилизации эндогенных альдегидов в клетках является процесс их конъюгации с глутатионом в глутатионтрансфераз-ной реакции. Поэтому для окончательного решения вопроса о роли ферментов катаболизма карбонильных продуктов свободнорадикального окисления в возрастной модуляции чувствительности мозга к стрессу требуется выяснение особенностей изме-

нения активности данного энзима. Его изучению будут посвящены наши дальнейшие исследования.

Выводы

1. Активность альдегиддегидрогеназы в постмито-хондриальной фракции мозга взрослых половозрелых крыс больше, чем у животных пубертатного возраста и 3-месячных животных. У крыс первого года жизни активность альдегидредук-тазы и альдозоредуктазы в постмитохондриаль-ной фракции мозга находится на одинаковом уровне.

2. При иммобилизационном стрессе у крыс 1,5-, 2- и 3-месячного возраста происходит более чем 2-кратное повышение активности альдегидде-гидрогеназы в постмитохондриальной фракции мозга. У животных раннего пубертатного возраста параллельно понижается активность аль-дегидредуктазы.

3. В мозге крыс пубертатного возраста при иммо-билизационном стрессе формируются условия для обеспечения эффективной утилизации эндогенных альдегидов в окислительно-восстановительных путях катаболизма.

Список литературы

1. Волкова Ю. В., Давыдов В. В. Влияние иммобилизационного стресса на содержание продуктов свободнора-дикального окисления липидов и белков в субклеточных фракциях мозга крыс разного возраста // Укр. 6k«iM. журн. - 2009. - Т.81, № 2 - С. 45-9.

2. Коренев Н. М. Артериальная гипертензия у подростков. Прогнозування та профшактика артерiальноl гшертензи в дитячому та тдлггковому вщ // Матерiали симп. «Прогнозування та профшактика артерiальноl гшертензи в дитячому та тдлгтковому вщЪ>. - Харьков, 2001. - С. 3-7.

3. Коренев М. М. Носова О. М. Клiнiко-гемодинамiчнi показники формування церебральних порушень у тдлишв з первинною артерiальною гiпертензieю // Педiатрiя, акушерство та гшеколопя. - 2002. - № 2. - С. 8-15.

4. Atrac C., Madnusson T. A. Procedure for the isolation of noradrenaline, adrenaline, dopamine, 5-hydroxytryptamine and histamine from the same tissues samples using a single column of strongly acid exchange resin // Acta Pharmacol. Toxicol. - 1978. - V.42. - P. 35-7.

5. Barrera G. S., Pizzimenti M. U. // Free Radic. Biol. Med. - 2004. - V.37, N5. - P. 597-606.

6. Davydov V. V., Dobaeva N. M., Bozhkov A. I. Possible role of aldehyde's scavenger enzymes during aging // Exp. Gerontol. - 2004. - V.39. - P. 11-16.

7. Davydov V. V., Shvets V. N. Age-dependent differences in the stimulation of lipid peroxidation in the heart of rats during immobilization stress // Exp. Gerontol. - 2003. - V.38. - P. 693-698.

8. Dong X., Guthrie J., Mabry S. Mitochondrial aldehyde dehydrogenase attenuates hyperoxia-induced cell death through activation of ERK/MAPK and PI3K-Akt pathways in lung epithelial cells // Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. -2006. - V.42. - P. 291.

9. Ellis E. M., Hayes J. D. Hayes J. D. Substrate specificity of an aflatoxin-metabolizing aldehyde reductase // Biochem J. -1995. - V.312, N2. - P. 535-541.

10. Galvez A. S., Ulloa J. A., Chiong M. Aldose Reductase Induced by Hyperosmotic Stress Mediates Cardiomyocyte Apoptosis // The Journal of Biological Chemistry. - 2003. - V.278 (40). - P. 38484-38494.

11. Humphries K. M., Yoo Y., Szweda L. I. Inhibition of NADH-linked mitochondrial respiration by 4-hydroxy-2-nonenal // Biochemistry. - 1998. - V.37, N2. - P. 552-557.

12. Handrman D. The aldo-keto reductase superfamily homepage // Chem. Biol. Interact. - 2003. - P. 133-134.

13. Koch Y. H., Park Y. S., Takahashi M. Aldehyde reductase gene expression by lipid peroxidation end products, MDA and HNE // Free Radic. Res. - 2000. - V.336. - P. 739-746.

14. Lowry O.H., Rosenbrough K. J., Farr A. L. Protein measurement with the Pholin phenol reagent // J. Biol. Chem. -1955. - V.193, N1. - P. 265-267.

15. Poli G. Schaur R. J. 4-hydroxynonenal in the pathomechanisms of oxidative stress // IUBMB Life. - 2000. - V.50, N4-5. - P. 315-321.

16. Spycher S. 4-hydroxy-2,3-trans-nonenal induces transcription and expression of aldose reductase // Biochem. Biophys. Res. Commun. - 1996. - V.226, N2. - P. 512-516