Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ РЕГУЛЯТОРНОГО ДЕЙСТВИЯ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ И АМИНОКИСЛОТ В ОРГАНОТИПИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЕ ТКАНИ СЕЛЕЗЕНКИ

Вахитов Т.Я. 1 Чалисова Н.И. 2 Полевая Е.В. 1 Линькова Н.С. 3 Cалль Т.С. 3 Хавинсон В.Х. 2, 3
1 Государственный научно-исследовательский институт особо чистых биопрепаратов
2 Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН
3 Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии
Впервые было изучено действие карбоновых кислот – соединений метаболически и структурно связанных с кодируемыми L-аминокислотами, на пролиферативную активность клеток в органотипической культуре ткани селезенки крыс. Было установлено, что практически все биогенные алифатические карбоновые кислоты оказывают стимулирующее влияние на пролиферативную активность клеток иммунной ткани селезенки. Эффективные концентрации карбоновых кислот оказались близки к действующим концентрациям аминокислот. Полученные результаты создают базу для дальнейшего изучения регуляторных свойств карбоновых кислот и их эволюционной взаимосвязи с аминокислотами.
карбоновые кислоты
аминокислоты
органотипическая культура ткани
1. Вахитов Т.Я., Петров Л.Н. Регуляторные функции экзометаболитов бактерий // Микробиология. – 2006. – Т. 75, № 4. – С.483–488.
2. Чалисова Н.И., Вахитов Т.Я., Петров Л.Н., Балыкина Н.А., Ноздрачев А.Д Модулирующее влияние метаболитов микрофлоры человека и животных на культуру лимфоидной ткани. // Доклады АН. – 2009. – Т. 428, № 1. – С. 121–124.
3. Чалисова Н.И., Концевая Е.А., Войцеховская М.В., Комашня А.В. Регуляторное влияние кодируемых аминокислот на клеточные процессы у молодых и старых животных // Успехи геронтологии. – 2011. – Т. 24, № 2. – С. 189–197.
4. Хавинсон В.Х., Чалисова Н.И., Линькова Н.С., Халимов Р.И., Ничик Т.Е. Зависимость тканеспецифического действия пептидов от их количественного аминокислотного состава // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2 (2). – С. 497–503.
5. Braun R.J., C. Sommer, C. Leibiger Accumulation of Basic Amino Acids at Mitochondria Dictates the Cytotoxicity of Aberrant Ubiquitin // Cell. Rep. – 2015. – № 10. – P. 1557–1571.
6. Cheon W. Effect of leucine uptake on hepatic and skeletal muscle gene expression in rats: a microarray analysis // J. Exerc. Nutr. Biochem. – 2015. – Vol. 19, № 2. – P. 139–146.
7. D’Aniello A. D-Aspartic acid: an endogenous amino acid with an important neuroendocrine role // Brain Res. Rev. – 2007. – Vol. 53, № 2. – P. 215–234.

За последние десятилетия накопились данные о том, что кодируемые аминокислоты являются не только структурными единицами при построении белковых молекул, но и сигнальными молекулами, которые могут регулировать экспрессию генов. [5, 6, 7]. В наших предыдущих исследованиях [3, 4] было показано, что каждая из 20 кодируемых L-аминокислот в концентрациях 0.05–0.1 нг/мл оказывает в органотипической культуре различных тканей крыс разное воздействие на пролиферацию и апоптоз. Одни аминокислоты вызывают стимуляцию клеточного роста, сопровождающуюся увеличением экспрессии пролиферотропных белков PCNA, Ki67 и снижением экспрессии проапоптозного белка р53. Другие аминокислоты угнетают клеточную регенерацию за счет индукции процессов апоптоза (гиперэкспрессия p53). Было выявлено, что пролиферацию лимфоидных клеток селезенки стимулируют глутаминовая кислота, аспарагин, лизин и аргинин. Остальные 12 из 20 кодируемых аминокислот угнетали клеточную пролиферацию, 4 аминокислоты не оказывали влияния на клеточный рост [3].

Биологическая активность карбоновых кислот связана с взаимодействием организма человека и его микрофлоры Выделяемые микробиотой карбоновые кислоты служат не только источником питания для бактерий и клеток хозяина, но и могут оказывать на них регуляторное воздействие [1, 2]. Различные производные карбоновых кислот можно рассматривать в качестве структурных аналогов соответствующих аминокислот, которые отличаются наличием одной аминогруппы в альфа-положении. Например, уксусная кислота является структурным аналогом глицина, пропионовая – аланина, изовалериановая – валина, винная – лизина, фумаровая – аргинина и изолейцина, янтарная – аспарагиновой кислоты, глутаровая – глутаминовой кислоты.

Целью работы являлось сравнительное изучение влияния кодируемых аминокислот и карбоновых кислот на пролиферативную активность клеток в органотипической культуре ткани селезенки крыс.

Материалы и методы исследования

Органотипическое культивирование ткани селезенки проводились по описанной ранее методике [3, 4]. В экспериментах использовано 800 эксплантатов селезенки половозрелых 3-месячных самцов крыс линии Вистар. Отпрепарированные в стерильных условиях фрагменты селезенки разделяли на мелкие части величиной около 1 мм. На дно чашки Петри с коллагеновой подложкой помещали 20–25 эксплантатов на расстоянии 3 мм друг от друга. Использовали культуральную среду с pH 7,2 следующего состава: 35 % – раствора Хенкса, 35 % – среды Игла, 25 % – сыворотки крови плодов коровы, с добавлением глюкозы (60 мг, %), гентамицина (100 ед/мл). Чашки Петри с эксплантатами помещали в CO2-инкубатор при температуре 36,8 °С. Контрольные чашки Петри содержали только культуральную среду (3 мл), в экспериментальные чашки с 3 мл среды вводили карбоновые кислоты (фирма «Sigma» США) в концентрациях 0,01–50 нг/мл (10-11 –10-12 М). Рост эксплантатов исследовали прижизненно с помощью фазово-контрастного микроскопа через 3 суток, используя микротеленасадку для микроскопа (МТН-13 «Альфа-Телеком», Россия). Морфометрическую оценку эксплантатов осуществляли с помощью пакета программ PhotoM 1.2. Индекс площади ИП рассчитывали как отношение площади всего эксплантата, включая периферическую зону роста (состоящую из пролиферирующих лимфоцитов), к площади центральной зоны. Контрольное значение ИП принимали за 100 %, остальные ИП выражали в процентах к контролю. Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась в программе «Statistica 6.0».

Результаты исследования и их обсуждение

Все исследованные алифатические карбоновые кислоты, за исключением уксусной, стимулировали клеточную пролиферацию. Из 17 исследованных аминокислот 9 стимулировали клеточный рост. Не влияли на клеточный рост молочная, яблочная и муравьиная кислоты. Угнетающее клеточную пролиферацию действие выявлено только у уксусной кислоты (таблица).

Влияние карбоновых кислот на рост эксплантатов селезенки

№ п/п

Карбоновая кислота

Концентрация, нг/мл

0,01

0,05

0,1

10

50

Разность индекса площади, %

1

Муравьиная

5 ± 1

4 ± 2

3 ± 1

5 ± 2

9 ± 4

2

Уксусная

– 4 ± 1

– 1 ± 0. 5

– 20* ± 5

2 ± 1

– 5 ± 3

3

Пропионовая

13 ± 5

15 ± 4

24* ± 6

22* ± 3

7 ± 25

4

D,L-молочная

5 ± 2

5 ± 1

3 ± 1

5 ± 3

2 ± 1

5

Пировиноградная

11 ± 5

16 ± 4

17 ± 7

23* ± 3

8 ± 5

6

Масляная

8 ± 4

15 ± 5

20* ± 3

9 ± 5

12 ± 7

7

Янтарная

22* ± 3

17* ± 2

11 ± 5

12 ± 6

8 ± 3

8

D,L-яблочная

12 ± 5

11 ± 4

5 ± 1

6 ± 3

1 ± 0.5

9

L-Винная

20* ± 5

20* ± 3

23* ± 4

37* ± 8

17 ± 5

10

Фумаровая

12 ± 5

24* ± 5

9 ± 5

7 ± 5

5 ± 1

11

Малеиновая

13 ± 7

18* ± 2

11 ± 5

12 ± 6

8 ± 5

12

Глутаровая

15 ± 5

31* ± 9

20* ± 5

19* ± 3

15 ± 7

13

Гамма-аминомасляная

11 ± 6

25* ± 4

14 ± 7

19* ± 2

11 ± 6

14

Валериановая

12 ± 7

24* ± 5

24* ± 3

18* ± 2

12 ± 6

15

Изовалериановая

9 ± 4

26* ± 5

30* ± 7

18* ± 4

15 ± 5

16

Капроновая

12 ± 8

14 ± 5

25* ± 6

23* ± 5

7 ± 2

17

Лимонная

7 ± 3

25* ± 6

24* ± 5

24* ± 3

15 ± 7

Примечание. *р < 0,05 по сравнению с контролем.

Глутаровая кислота является структурным аналогом глутаминовой кислоты и она, также как и глутаминовая кислота, стимулировала рост эксплантатов [3], т.е. она способна в тканях селезенки выполнять те же регуляторные функции, что и глутаминовая кислота. Глутаровая, гамма-аминомасляная, янтарная, фумаровая, яблочная и малеиновая кислоты тесно связаны между собой как в структурном, так и в метаболическом отношении, и все они, кроме яблочной, стимулировали рост эксплантатов иммунной ткани селезенки.

Пропионовая, молочная и пировиноградная кислоты рассматриваются как структурные аналоги аминокислоты аланина, которая не оказывает влияния на ткань селезенки [3]. При этом пировиноградная кислота (пируват) является конечным продуктом гликолиза и важным источником питания и энергии для клеток, поэтому не удивительно, что сама она оказывает стимулирующее влияние на развитие эксплантатов. В ходе дальнейшего метаболизма пируват окисляется до ацетилкофермента А и включается в цикл трикарбоновых кислот, либо служит прекурсором для образования ряда продуктов, в том числе аланина и молочной кислоты. Оба структурных аналога пирувата, – аминокислота аланин и молочная кислота, практически не оказывали регуляторного воздействия на ткани селезенки.

Капроновая (гексановая) кислота является важным продуктом брожения кишечной микрофлорой и является структурным аналогом аминокислоты лизина, который представляет собой 2,6-диаминогексановую кислоту и обладает стимулирующим действием на ткань селезенки [3]. Капроновая кислота стимулировала пролферацию клеток в широком диапазоне от 0,1 до 10 нг/мл.

Изовалериановая кислота является структурным аналогом валина и образуется из аминокислоты лейцина. Обе эти аминокислоты подавляли развитие эксплантатов [3], однако карбоновые кислоты – валериановая, изовалериановая, оказывали положительное действие на рост эксплантатов.

Лимонная кислота является центральным соединением в метаболизме и бактериальных и эукариотических клеток, и эта роль может объяснять ее стимулирующее воздействие на развитие эксплантатов селезенки в широком диапазоне концентраций.

L-винная кислота, структурно связанная с лизином и лейцином, является распространённым природным соединением и представляет собой диоксиянтарную, или 2,3-диоксибутандиовую кислоту. Она получается введением дополнительной оксигруппы в яблочную кислоту или двух оксигрупп в янтарную. Эта структурная модификация приводит к значительному изменению биологической активности. Винная кислота отличается максимальной из всех исследованных карбоновых кислот активностью и, кроме того, самым широким диапазоном действия: 0,01 – 10 нг/мл.

Единственной карбоновой кислотой, подавляющей развитие эксплантатов, оказалась уксусная кислота. Аналогичным действием обладал и структурный аналог уксусной кислоты – аминокислота глицин [3].

Масляная кислота, также как и другие карбоновые кислоты, оказывает на эксплантаты стимулирующее действие, хотя ее структурный аналог – аминокислота треонин обладает ингибирующим клеточный рост действием.

Заключение

Впервые показано, что алифатические карбоновые кислоты метаболически и структурно связанные с аминокислотами, (за исключением уксусной кислоты), оказывают стимулирующее влияние на пролиферацию клеток в иммунной ткани селезенки. Полученные данные позволяют полагать, что карбоновые кислоты, могут выполнять роль положительных регуляторов в тканях селезенки и стимулировать иммунитет животного. Значительное количество карбоновых кислот поступает в организм хозяина от его микрофлоры, что может оказывать влияние на иммунный статус животного.

Таким образом сравнительный анализ влияния карбоновых кислот и кодируемых аминокислот на лимфоидную ткань показывает, что, в отличие от своих структурных аналогов, оказывающих лишь стимулирующее действие на иммунную ткань, аминокислоты при усложнении структуры (присоединение аминогруппы в альфа-положении) приобрели свойства регуляции обоих основных клеточных процессов, т.е. не только стимуляции, но и угнетения клеточной пролиферации за счет развития апоптоза. Можно полагать, что в качестве регуляторов пролиферативной активности клеток карбоновые кислоты являются эволюционными предшественниками аминокислот. Аминокислоты обладают уже большей специфичностью влияния на основные клеточные процессы – пролиферацию и апоптоз, чем карбоновые кислоты. Ранее нами [8] было установлено, что сами аминокислоты уступают по этим показателям структурно более сложным олигопептидам. Все эти данные отражают одну из общебиологических закономерностей эволюции живой материи, заключающуюся в том, что по мере усложнения структуры субстрата увеличивается специфичность его действия.


Библиографическая ссылка

Вахитов Т.Я., Чалисова Н.И., Полевая Е.В., Линькова Н.С., Cалль Т.С., Хавинсон В.Х. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ РЕГУЛЯТОРНОГО ДЕЙСТВИЯ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ И АМИНОКИСЛОТ В ОРГАНОТИПИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЕ ТКАНИ СЕЛЕЗЕНКИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 4-2. – С. 362-364;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=8972 (дата обращения: 24.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074