Аннотация
Состояние гибернации характеризуется повышенной устойчивостью к воздействию длительного глубокого переохлаждения, гипоксии, отсутствию пищи и воды. В то же время, перестройка адаптационных механизмов животных при низких температурах даже на непродолжительное время вызывает значительные изменения метаболизма, отражающиеся в паттерне аминокислот. Изменение метаболизма свободных аминокислот миокарда во время гибернации практически не изучалось, но представление о нем необходимо для понимания механизмов гибернационного состояния, актуального для клинической медицины. В связи с этим, задача данной работы состояла в изучении изменения состава свободных аминокислот миокарда суслика U. undulatus на разных стадиях зимней спячки. Выявлена отрицательная взаимозависимость пулов глутаминовой кислоты и аланина на разных стадиях оцепенения. Снижение уровня глутаминовой кислоты по сравнению с летним контролем (5.08 ± 0.44 мкмоль/г сырой массы), начиналось в первом, декабрьском бауте, продолжалось при длительном оцепенении (до 1.57 ± 0.14 мкмоль/г) и сопровождалось соответствующим увеличением пула аланина. Во время зимнего пробуждения пул глутаминовой кислоты возрастал выше летнего уровня; пул аланина падал ниже летнего, но их суммарный уровень не изменялся. Пулы аспарагиновой кислоты и глицина снижались параллельно с уменьшением пулов глутамата и аспартата, но во время зимнего пробуждения глицин даже не обнаруживался. Учитывая участие глутаминовой кислоты и аспартата в анаплеротических реакциях цикла Кребса и реципрокную связь глутаминовой кислоты и аланина, делается вывод, что изменение содержания этих метаболитов на разных стадиях баутов связано с постепенным переходом аэробного гликолиза (цикл Кребса и окислительное фосфорилирование) на анаэробный, а во время эутермии, напротив, – с возвращением к аэробному.
Литература
Carey HV, Andrews MT, Martin SL (2003) Mammalian Hibernation: Cellular and Molecular Responses to Depressed Metabolism and Low Temperature. Physiol Rev 83: 1153–1181. https://doi.org/10.1152/physrev.00008.2003
Geiser F (2004) Metabolic rate and body temperature reduction during hibernation and daily torpor. Annl Rev Physiol 66: 239–274. https://doi:10.1146/annurev.physiol.66.032102.115105
Wickler SJ, Hoyt DF, Breukelen F (1991) Disuse atrophy in the hibernating golden-mantled ground squirrel, Spermophilus lateralis. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 261: 1214–1217. https://doi.org/10.1152/ajpregu
Pisarenko O, Solomatina E, Ivanov V, Studneva I, Kapelko V, Smirnov V (1985) On the mechanism of enhanced ATP formation in hypoxic myocardium caused by glutamic acid. Basic Res Cardio l80(2): 126 –134. doi: 10.1007/BF01910459
Arsenian M (1998) Potential cardiovascular applications of glutamate, aspartate, and other amino acids. Clin Cardiol 21(9): 620–624. https://doi.org/10.1002/clc.4960210904.
Stanley W, Recchia F, Lopaschuk G (2005) Myocardial substrate metabolism in the normal and failing heart. Physiol Rev 85: 1093–1129. https://doi:10.1152/ PHYSREV.00006.2004
Taegtmeyer H, Harinstein ME, Gheorghiade M (2008) More than bricks and mortar: Comments on protein and amino acid metabolism in the heart. Am J Cardiol 101(11): S3–S7. https://doi.org/10.1016/j.amjcard.2008.02.064
Bröer S, Bröer A (2017) Amino acid homeostasis and signaling in mammalian cells and organisms. Biochem J 474(12): 1935–1963. https://doi.org/10.1042/BCJ20160822
Pisarenko О (1996) Mechanisms of myocardial protection by amino acids: Facts and hypotheses. Clin Exp Pharm Physiol 23: 627–633. https://doi: 10.1111/j. 1440-1681. 1996.tb01748.x
Vermillion KL, Anderson KJ, Hampton M, Andrews MT (2015) Gene expression changes controlling distinct adaptations in the heart and skeletal muscle of a hibernating mammal. Physiol Genomics 47 (8): 58–74. https://doi.org/10.1152/physiolgenomics.00108.2014
Fahlman A, Storey J, Storey K (2000) Gene Up-Regulation in Heart during Mammalian Hibernation. Cryobiol 40: 332–342. https://doi.org/10.1006/cryo.2000.2254
Tessier S, Storey K (2012) Myocyte enhancer factor-2 and cardiac muscle gene expression during hibernation in thirteen-lined ground squirrels. Gene 501: 8–16 https://doi: 10.1016/j.gene.2012.04.004.
Zhang Y, Aguilar OA, Storey KB (2016) Transcriptional activation of muscle atrophy promotes cardiac muscle remodeling during mammalian hibernation. Peer J 4: e2317 https://doi.org/10.7717/peerj.2317
Spackman D, Stein W, Moore S (1958) Automatic Recording Apparatus for Use in Chromatography of Amino Acids. Anal Chem 30: 1190–1206.
Ralphe JC, Bedel Kl, Segar JL, Scholz TD (2005) Correlation between myocardial malate/aspartate shuttle activity and eaat1 protein expression in hyper- and hypothyroidism. Am J Physiol Heart Circ Physiol 288(5): H2521–H2526 https://doi.org/10.1152/ajpheart.00991.2004
Karanova M (2018) Impact of Seasonal Temperature Decrease and Cold Shock on the Composition of Free Amino Acids and Phosphomonoethers in Various Organs of Amur Sleeper Percсottus glenii (Eleotridae). J Ichthyol 58 (4): 570–579. https://doi.org/10.1134/S0032945218040069
Karanova M (2018) Effects of Cold Shock Responses of Phosphomonoesters and Free Amino Acids in Phospholipid-Rich Organs in the Amur Sleeper Percсottus glenii. Neurosci Behav Physiol 48(5): 528–533. https://doi.org/10.1007/s11055-018-0595-3
Izrailova GR, Khalilov RA, Adieva AA (2014) Modern approaches to the investigation of hypothermia. Biol Sci 11 (5): 1046–1059.
Andrews M, Russeth K, Drewes L, Henry P-G (2009) Adaptive mechanisms regulate preferred utilization of ketones in the heart and brain of a hibernating mammal during arousal from torpor. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 296: 383–393. https://doi:10.1152/ajpregu.90795.2008.
Storey K (1997) Metabolic regulation in mammalian hibernation: enzyme and protein adaptations. Comp Biochem Physiol A 118 (4): 1115–1124. https://doi:10.1016/ s0300-9629(97)00238-7
Suozzi A, Malatesta M, Zancanaro C (2009) Subcellular distribution of key enzymes of lipid metabolism during the euthermia-hibernation arousal cycle. J Anat 214 (6): 956–962. https://doi.org/10.1111/j.1469-7580.2009.01086.x
Yang R-Z , Park S, Reagan WJ, Goldstein R, Zhong S, Lawton M, Rajamohan F, Qian K, Liu L, Gong D-W (2009) Alanine aminotransferase isoenzymes: molecular cloning and quantitative analysis of tissue expression in rats and serum elevation in liver toxicity. Hepatology 49(2): 598–607. https://doi.org/10.1002/hep.22657
Эмирбеков ЭЗ, Мукаилов МИ (1971) Глутаминсинтетазная, глутаминазная, аспартат- и аланинаминотрансферазная активность головного мозга сусликов при зимней спячке. Вопросы биохимии нервной системы 1: 8–13.
Knight JE, Narus EN, Martin SL, Jacobson A, Barnes BM, Boyerm BB (2000) RNA stability and polysome loss in hibernating arctic ground squirrels (Spermophilus parryii). Mol Cell Biol 20 (17): 6374–6379. https://doi.org/10.1128/MCB.20.17.6374-6379.2000
Allan ME, Storey KB (2012) Expression of NF-kB and downstream antioxidant genes in skeletal muscle of hibernating ground squirrels, Spermophilus tridecemlineatus. Cell Biochem Funct 30: 166–174. https://doi.org/10.1002/cbf.1832
Brooks NE, Myburgh KH, Storey K (2011) Myostatin levels in skeletal muscle of hibernating ground squirrels. J Exp Biol 214 (15): 2522–2527. https://doi.org/10.1242/jeb.055764
Eddy SF, Storey KB (2007) p38 MAPK regulation of transcription factor targets in muscle and heart of hibernating bats, Myotis lucifugus. Cell Biochem Function 25: 759–765. https://doi.org/10.1002/cbf.1416
Karanova M, Zakharova N (2022) Pools of Amino Acids of Skeletal Muscle in Yakutian Ground Squirrel Urocitellus undulatus during Different Hibernation Stages. Biophysics 67(2): 288–293. https://doi: 10.1134/S0006350922020105
Schaffer SW, Jong CJ, Ramila KC, Azuma J (2010) Physiological roles of taurine in heart and muscle. J Biomed Sci 17(S1): S2. http://www.jbiomedsci.com/content/17/S1/S2
Osborne PG, Hashimoto M (2008) Mammalian cerebral metabolism and amino acids neurotransmission during hibernation. J Neurochem 106: 1888–1899. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2008.05543.x