СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИПИДНОГО СОСТАВА И МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЯДЕРНЫХ И БЕЗЪЯДЕРНЫХ ЭРИТРОЦИТОВ В УСЛОВИЯХ ГИПОКСИИ
PDF

Ключевые слова

эритроциты
мембрана
фосфолипиды
жирные кислоты
гемоглобин

Как цитировать

Громова, Н. В., Ревин , В. В., Ревина, Э. С., Грунюшкин, И. П., Кузьменко, Т. П., Ошкина, Т. О., & Бочкарева, С. С. (2020). СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИПИДНОГО СОСТАВА И МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЯДЕРНЫХ И БЕЗЪЯДЕРНЫХ ЭРИТРОЦИТОВ В УСЛОВИЯХ ГИПОКСИИ. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 106(5), 631–653. https://doi.org/10.31857/S0869813920050106

Аннотация

Проведено сравнительное исследование свойств ядерных и безъядерных эритроцитов в условиях экспериментальной гипоксии. Определяли фосфолипидный и жирнокислотный состав индивидуальных фосфолипидов, содержание свободных жирных кислот в составе безъядерных и ядерных эритроцитов при помощи тонскослойной хроматографии. Методом лазерной интерференционной микроскопии изучали морфометрические характеристики ядерных и безъядерных эритроцитов и распределение гемоглобина. Методом спектроскопии комбинационного рассеяния изучали конформационные изменения гемопорфирина ядерных и безъядерных эритроцитов в условиях гипоксии. Показано, что в условиях гипоксии в мембранах как ядерных, так и безъядерных эритроцитов происходят изменения в фосфолипидном и жирнокислотном составе, ведущие к накоплению лизоформ фосфолипидов, диацилглицерола и свободных жирных кислот, а также к повышению степени насыщенности жирных кислот в составе фосфолипидов. Данные изменения свидетельствуют о структурных перестройках в мембране безъядерных и ядерных эритроцитов и, вследствие этого о функциональных изменениях как со стороны эритроцита в целом, так и основного кислородтранспортного белка эритроцитов – гемоглобина.

https://doi.org/10.31857/S0869813920050106
PDF

Литература

Upadhyay R. K. Emerging Risk Biomarkers in Cardiovascular Diseases and Disorders. J. Lipids. 2015. DOI:10.1155/2015/971453

Pierson D. J. Pathophysiology and Clinical Effects of Chronic Hypoxia. Respir. Care. 45(1): 39–53. 2000.

D'Alessandro A., Xia Y. Erythrocyte adaptive metabolic reprogramming under physiological and pathological hypoxia. Curr. Opin. Hematol. 5. 2020. DOI: 10.1097/MOH.0000000000000574

Järemo P., Jejcic A., Jelic V., Shahnaz T., Behbahani H., Oweling M., Winblad B. Alzheimer's Disease: Erythrocyte 2,3-diphosphoglycerate Content and Circulating Erythropoietin. Curr. Alzheimer. Res. 16(9):834-835. 2019. DOI: 10.2174/1567205016666190827120108

Cadiz L., Bundgaard A., Malte H., Fago A. Hypoxia enhances blood O2 affinity and depresses skeletal muscle O2 consumption in zebrafish (Danio rerio). Comp. Biochem. Physiol. B. Biochem. Mol. Biol. 234:18-25. 2019. DOI: 10.1016/j.cbpb.2019.05.003

Liu J., Qiang Y., Alvarez O., Du E. Electrical Impedance Characterization of Erythrocyte Response to Cyclic Hypoxia in Sickle Cell Disease. ACS Sens. 4(7):1783-1790. 2019. DOI: 10.1021/acssensors.9b00263

Li X., Li W., Feng S., Wang R. Research progress on mechanism in adaptation of hemoglobin to plateau hypoxia. Zhejiang Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban. 48(6):674-681. 2019.

Rifkind J. M., Mohanty J. G., Nagababu E., Salgado M. T., Cao Z. Potential Modulation of Vascular Function by Nitric Oxide and Reactive Oxygen Species Released From Erythrocytes. Front. Physiol. 9:690. 2018. DOI: 10.3389/fphys.2018.00690

Moras M., Lefevre S. D., Ostuni M. A. From Erythroblasts to Mature Red Blood Cells: Organelle Clearance in Mammals. Front. Physiol. 8:1076. 2017.

González-Alonso J., Mortensen S. P., Dawson E. A., Secher N. H., Damsgaard R. Erythrocytes and the regulation of human skeletal muscle blood flow and oxygen delivery: role of erythrocyte count and oxygenation state of haemoglobin. J. Physiol. 572(Pt 1): 295–305. 2006.

Yachie-Kinoshita A., Nishino T., Shimo H., Suematsu M., Tomita M. A Metabolic Model of Human Erythrocytes: Practical Application of the E-Cell Simulation Environment. J. Biomed. Biotechnol. 2010:642420. 2010.

Kosmachevskaya O. V., Topunov A. F. Alternate and Additional Functions of Erythrocyte Hemoglobin. Biochemistry. (Mosc). 83(12):1575-1593. 2018. DOI: 10.1134/S0006297918120155

Yamaguchi T., Fukuzaki S. ATP effects on response of human erythrocyte membrane to high pressure. Biophys. Physicobiol. 16:158-166. 2019. DOI: 10.2142/biophysico.16.0_158

Соломадин И. Н., Маров Н. В., Бенедиктова Н. И., Косенко Е. А., Каминский Ю. Г. Токсическое действие Ар25-35 и фуллерена С60 на эритроциты. Известия РАИ. Серия биол. 4:507-512. 2008. [Solomadin I. N., Marov N. V., Benediktova N. I., Kosenko Ye. A., Kaminskiy YU. G. Toxic effect of Ar25-35 and fullerene C60 on red blood cells. Russ. Izvestiya RAI. Seriya biol. 4:507-512. 2008. (In Russ)].

Perez–Guaita D., Veij M. de, Marzec K. M., Almohammedi A. R. D., McNaughton D., Hudson A. J., Wood B. R. Resonance Raman and UV-Visible Micros-copy Reveals that Conditioning Red Blood Cells with Repeated Doses of Sodium Di-thionite Increases Haemoglobin Oxygen Uptake. Chem. Select. 2(11): 3342-3346. 2017.

Wood B. R., Tait B., Mc Naughton D. Micro-Raman characterisation of the R to T state transition of haemoglobin within a single living erythrocyte. Biochim. Biophys. Acta. 1539(1-2):58-70. 2001.

Ramser K., Wenseleers W., Dewilde S., Van Doorslaer S., Moens L. The combination of resonance Raman spectroscopy, optical tweezers and microfluidic systems applied to the study of various heme-containing single cells. J. Spectrosc. 22(4): 287–295. 2008.

Dodge J. T., Mitchell C., Hanahan D. J. The preparation and chemical characteristics of hemoglobin-free ghosts of human erythrocytes. Arch. Biochem. Biophys. 100:119-30. 1963.

Watts С., Wheeler K. P. Partial separation of a sodium-dependent transport system for amino acids in avian erythrocyte membranes. FEBS Lett. 94(2): 241-244. 1978.

Bligh E. A., Dyer W. Rapid method of total lipid extraction and purification. Can. J. Biochem. Physiol. 37(8):911-917. 1959.

Эванз У. Г., Морре Д. Д., О'Брайтман Э., Санделиус А. С., Бейлез Э. М., Ричардсон П. Дж., Лузио Дж. П., Хиггинс Д. А., Джонс О. Т., Эрнест Ю. П., Мак-Нэми М. Дж., Финдлей Дж. Б., Башфорд К. Л., Шуберт Д., Сивапрасадарао А. Биологические мембраны. Методы. Пер. с англ. Дж. Б. Финдлей, У. Г. Эванз (Ред.). М. Мир. 1990. [Evans W.G., Morre D.D., O'Brightman E., Sandelius A.S., Beylez E.M., Richardson P.J., Lusio J.P., Higgins D.A., Jones O. T., Ernest J.P., McNemy M.J., Findlay J.B., Bashford K.L., Schubert D., Sivaprasadarao A. Biologicheskiye membrany. Metody [Biological membranes. Methods. Findlay J.B. Evans W.G. (Eds.)]. Moscow. Mir. 1990. (In Russ)].

Handloser D., Widmer V., Reich E. Separation of phospholipids by HPTLC – an investigation of important parameters. J. Liq. Chromatogr. Relat. Technol. 31:1857-1870. 2008.

Reich Е., Schibli A. A standardized approach to modern high performance tlm-layer chromatography (HPTLC). J. Planar Chromatogr.--Mod. TLC. 6(17):438-443. 2004.

Кирхнер Ю. Тонкослойная хроматография. М. Мир. 1981. [Kirkhner Yu. Tonkosloynaya khromatografiya [Thin -layer chromatography]. Moscow. Mir. 1981. (In Russ)].

Vaskovsky V. E., Kostetsky E. Y., Vasendin I. M. A universal reagent for phospholipids analysis. J. Chromatogr. 114(1):129-141. 1975.

Marinetti G. V., James A. T., Morris L. J. New Biochemical Separations.Van Nostrand. Princeton. N. J. 1964.

Morrison W. R., Smith. M. L. Preparation of fatty acid methylesters and dimethylacetals from lipid with boron fluoride--methanol. J. Lipid. Res. 5:600-608. 1964.

Yusipovich A. I., Bryzgalova N. Y., Parshina E. Y., Lomakin A. G., Rodnenkov O. V., Levin G. G., Maksimov G. V., Rubin A. B. Evaluation of erythrocyte shape and status by laser interference microscopy. Bull. Exp. Biol. Med. 145(3):382-385. 2008.

Yusipovich A. I., Parshina1 E. Yu., Brysgalova1 N. Yu., Brazhe A. R., Brazhe N. A., Lomakin A. G., Levin G. G., Maksimov G. V. Laser interference microscopy in erythrocyte study. J. Appl. Phys. 105(10):102037. 2009.

Schindelin J., Arganda-Carreras I., Frise E., Kaynig V., Longair M., Pietzsch T., Preibisch S., Rueden C., Saalfeld S., Schmid B., Tinevez J. Y., White D. J., Hartenstein V., Eliceiri K., Tomancak P., Cardona A. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat. Methods. 28.9(7):676-682. 2012.

Brazhe N. A., Abdali S., Brazhe A. R., Luneva O. G., Bryzgalova N. Y., Parshina E. Y., Sosnovtseva O. V., Maksimov G. V. New insight into erythrocyte through in vivo surface-enhanced raman spectroscopy. Biophys. J. 97(12):3206-3214. 2009.

Brazhe N. A. Brazhe N. A., Baĭzhumanov A. A., Parshina E. Iu., Iusipovich A. I., Akhalaia M. Ia., Iarlykova Iu. V., Labetskaia O. I., Ivanova S. M., Morukov B. V., Maksimov G. V. Studies of the blood antioxidant system and oxygen-transporting properties of human erythrocytes during 105-day isolation. Aviakosm. Ekolog. Med. 45(1):40-45. 2014.

Revin V. V., Gromova N. V., Revina E. S., Martynova M. I., Seikina A. I., Revina N. V., Imarova O. G., Solomadin I. N., Tychkov A. Yu., Zhelev N. Role of Membrane Lipids in the Regulation of Erythrocytic Oxygen-Transport Function in Cardiovascular Diseases. Biomed Res. Int. 2016(1): 1–11. 2016.

Maksimov G. V., Maksimova N. V., Churin A. A., Orlov S. N., Rubin A. B. Study on conformational changes in hemoglobin protoporphyrin in essential hypertension. Biochemistry. (Mosc.). 66(3):295-299. 2001.

Mityanina V. A., Parshina E. Yu, Yusipovich A. I., Maksimov G. V., Selischeva A. A. Oxygen-binding characteristics of erythrocyte in children with type I diabetes mellitus of different duration. Bull. Exp. Biol. Med. 153(4): 508–512. 2012.

Yusipovich A. I., Braze N. A., Luneva O. G., Parshina E. Y., Churin A. A., Rodnenkov O. V., Maksimov G. V. Сhanges in the state of hemoglobin in patients with coronary heart disease and patients with circulatory failure. Bull. Exp. Biol. Med. 155(2):233-235. 2013.

Rodnenkov O. V., Luneva O. G., Ulyanova N. A., Maksimov G. V., Rubin A. B., Orlov S. N., Chazov E. I. Erythrocyte membrane fluidity and haemoglobin haemoporphyrin conformation: features revealed in patients with heart failure. Pathophysiology. 11(4):209-213. 2005.

Sidorenko S. V., Luneva O. G., Novozhilova T. S., Alekseeva N. V., Rodnenkov O. V., Deev L. I., Maksimov G. V., Grygorczyk R., Orlov S. N. Hemolysis and ATP Release from Human and Rat Erythrocytes under Conditions of Hypoxia: A Comparative Study. Biochemistry (Moscow), Suppl. Series A: Membrane and Cell Biology. 12(2):114-120. 2018.

Geary R. C. Testing for Normality. Biometrika. 34(¾):209-242. 1947.

Tukey J. W. Comparing individual means in the analysis of variance. Biometrics. 5(2):99-114. 1949.

Watts C., Wheeler K. P. Protein and lipid components of the pigeon erythrocyte membrane. Biochem. J. 173(3): 899–907. 1978.

Корженевский Д. А. Селищева А. А. Определение фосфолипидного состава эритроцитов человека в норме методом ВЭЖХ с детектором светорассеяния. Бюлл. экс. биол. мед. 147(4):473-476. 2009. [Korzhenevsky D. A. Selishcheva A. A. Determination of the phospholipid composition of human red blood cells in normal by HPLC with a light scattering detector. Bull. Exp. Biol. Med. 147 (4): 473-476. 2009. (In Russ)].

Revin V. V., Filatova S. M., Syusin I. V., Yazykova M. Y., Revina E. S., Gromova N. V., Devyatkin A. A. Study of correlation between state and composition of lipid phase and change in erythrocytes structure under induction of oxidative processes. Int. J. Hematol. 101(5):487-496. 2015.

Revin V. V., Gromova N. V., Revina E. S., Mel'nikova N. A., Balykova L. A., Solomadin I. N., Tychkov A. Yu., Revina N. V., Gromova O. Yu., Anashkina I. V., Yakushkin V. A. Study of the Structure, Oxygen-Transporting Functions, and Ionic Composition of Erythrocytes at Vascular. Biomed. Res. Int. 2015:973973. 2015.

Tiffert T., Etzion Z., Bookchin R. M., Lew V. L. Effects of deoxygenation on active and passive Ca2+ transport and cytoplasmic Ca2+ buffering in normal human red cells. J. Physiol. 464: 529-544. 1993.

Wang J., Kimcorresponding D. Activation of voltage‐dependent K+ channels strongly limits hypoxia‐induced elevation of [Ca2+]i in rat carotid body glomus cells. J. Physiol. 596(15): 3119-3136. 2018.

Grygorczyk R., Orlov S. N. Effects of Hypoxia on Erythrocyte Membrane Properties—Implications for Intravascular Hemolysis and Purinergic Control of Blood Flow. Front. Physiol. 8: 1110. 2017.

Новицкий В. В., Рязанцева Н. В. ,Степовая Е. А., Федорова Т. С., Кравец Е. Б., Иванов В. В., Жаворонок Т. В., Часовских Н. Ю., Чудакова О. М., Бутусова В. Н., Яковлева Н. М. Молекулярные нарушения мембраны эритроцитов при патологии разного генеза являются типовой реакцией организма: контуры проблемы. Бюлл. Сибирск. медицины. 2: 62-68. 2006. [Novitsky V. V., Ryazantseva N. V., Stepovaya Ye. A., Fyodorova T. S., Kravets Ye. B., Ivanov V. V., Zhavoronok T. V., Chasovskikh N. Yu., Choudakova O. M., Butusova V. N., Yakovleva N. M. Moleculardisturbances of erythrocytes membrane during pathology of different genesis are the typical reaction of the organism: contours of the problem. Bull. Siberian Med. 2: 62-68. 2006. (In Russ)].

Michiels C., Renard P., Bouaziz N., Heck N., Eliaers F., Ninane N., Quarck R., Holvoet P., Raes M. Identification of the phospholipase A(2) isoforms that contribute to arachidonic acid release in hypoxic endothelial cells: limits of phospholipase A(2) inhibitors. Biochem. Pharmacol. 63(2):321-332. 2002.

Wu H., Bogdanov M., Zhang Yu., Sun K., Zhao S., Song A., Luo R., Parchim N. F., Liu H., Huang A., Adebiyi M. G., Jin J., Alexander D. C., Milburn M. V., Idowu M., Juneja H. S., Kellems R. E., Dowhan W., Xiaa Ya. Hypoxia-mediated impaired erythrocyte Lands’ Cycle is pathogenic for sickle cell disease. Sci. Rep. 6:29637. 2016.

Дещекина М. Ф., Танаева Г. В., Демин В. Ф. Состояние перекисного окисления липидов и липидного состава плазмы у новорождённых, перенёсших острую и хроническую гипоксию. Педиатрия. 2: 22-25.1988. [Deshchekina M.F., Tanaeva G.V., Demin V.F. State of lipid peroxidation and plasma lipid composition in newborns undergoing acute and chronic hypoxia. Pediatriya. 2:22-25. 1988. (In Russ)].

Лоскутова Е. В., Воронцова И. А., Вахитов Х. М., Валеева И. Х., Полякова О. И., Вахитова Л.Ф., Шибалова О. Н., Нуриахметова И. Т., Шарафутдинова Э. А., Сафиуллин Т. Р. Состояние системы липопероксидации у недоношенных новорожденных, перенесших перинатальную гипоксию. Рос. вестник перинатол. и педиатрии. 63(5):135-138. 2018. [Loskutova E. V., Vorontsova I. A., Vahitov H. M., Valeeva I. H., Polyakova O. I., Vahitova L. F., Shibalova O. N., Nuriahmetova I. T., Sharafutdinova E. A., Safiullin T. R. The Condition of the Lipoperoxidation System in Premature Newborns After Perinatal hypoxia. Ross. Vestnik Perinatol. Pediatrii. 63(5): 135-138. 2018. (In Russ)].

Ишутина Н.А., Дорофиенко Н. Н., Болелова С. М. Фракционный состав фосфолипидов мембран эритроцитов у беременных с бронхиальной астмой. Бюлл. физиол. патол. дыхания. 31. 60-62. 2009. [Ishutina N. A., Dorofienko N. N., Bolelova S. M. Fractional phospholipid composition of erithrocytes membranes in pregnant women with bronchial asthma. Fraktsionnyy sostav fosfolipidov membran eritrotsitov u beremennykh s bronkhial'noy astmoy. Bull. Physiol. Respirat. Pathol. 31:60-62. 2009. (In Russ)].

Sunyakina O. A., Konoplya N. A., Sergeeva S. L., Barsuk A. A. Protein-lipid composition of erythrocyte membranes and metabolism in chronic endometritis. In the world of scient. Discover. Ser. A. 5(1-2): 14-27. 2017.

Virtanen J. A., Cheng K. H., Somerharju P. Phospholipid composition of the mammalian red cell membrane can be rationalized by a superlattice model. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95:4964-4969. 1998.

Новицкий В.В., Рязанцева Н.В., Степовая Е.А. Физиология и патофизиология эритроцита. Томск. Изд-во Томcк. Универ. 2004. [Novitsky V.V., Ryazantseva N.V., Stepovaya E.A. Fiziologiya i patofiziologiya eritrotsita. [Physiology and pathophysiology of an erythrocyte]. Tomsk. Publishing House Tomsk. Univer. 2004. (In Russ)].

Daleke D. L. Regulation of transbilayer plasma membrane phospholipid asymmetry. J. Lipid Res. 44: 233-242. 2003.

Mills J. K., Needham D. Lysolipid incorporation in dipalmitoylphosphatidylcholine bilayer membranes enhances the ion permeability and drug release rates at the membrane phase transition. Biochim. Biophys. Acta. 1716(2):77-96. 2005.

Shaklai N., Yguerabide J., Ranney H. M. Interaction of hemoglobin with red blood cell membranes as shown by a fluorescent chromophore. Biochemistry. 16(25):5585-5592. 1997.

Walder J. A., Chatterjee R., Steck T. L., Low P. S., Musso G. F., Kaiser E. T., Rogers P. H., Arnone A. The interaction of hemoglobin with the cytoplasmic domain of band 3 of the human erythrocyte membrane. J. Biol. Chem. 259(16):10238-10246. 1984.

Chen Q., Balazs T. C., Nagel R. L., Hirsch R. E. Human and mouse hemoglobin association with the transgenic mouse erythrocyte membrane. FEBS Lett. 580(18): 4485-4490. 2006.