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: 17.08.2024).