Исследование роли 2-оксоглутаратдегидрогеназного комплекса в процессах гибели нейроновНИР

Этапы НИР

# Сроки Название
1 3 января 2011 г.-31 декабря 2012 г. Исследование роли 2-оксоглутаратдегидрогеназного комплекса в процессах гибели нейронов
Результаты этапа: ля определения роли 2-оксоглутаратдегидрогеназного комплекса (ОГДК) митохондрий в клеточном выборе между жизнью и смертью мы использовали разработанные нами экспериментальные и биоинформатические подходы. С помощью специфического ингибирования ОГДК синтетическим аналогом субстрата сукцинилфосфонатом (СФ) мы исследовали последствия ингибирования этого критического узла разветвления метаболизма для жизнедеятельности культивируемых нейронов in situ. Метаболомный профиль обработанных СФ нейронов показал ожидаемое при ингибировании ОГДК накопление 2-оксоглутарата и пирувата, а также активацию процессов, в первую очередь трансаминирования с аминокислотами, снижающих содержание этих метаболитов и шунтирующих заблокированную ОГДК реакцию. Об этом свидетельствовали существенные изменения в пуле аминокислот. За ними следовали изменения пула полиаминов, уменьшение содержания белка и увеличение тимина. Отсюда можно предположить, что усиление катаболизма аминокислот при ингибировании ОГДК снижает трансляцию и затрагивает репарацию ДНК. Связь ОГДК с этими процессами подтверждает и ко-экспрессия компонентов ОГДК и аппаратов синтеза белка и репарации ДНК. Анализ проводили на четырех наборах данных по сетчатке мышей и крыс, выбирая корреляции в пределах 5% от наилучших для каждого из компонентов ОГДК корреляций в масштабе всего генома. При таком пороге чувствительности экспрессия трех энзиматических компонентов ОГДК показывала 46 и 26 корреляций с экспрессией белков митохондриальных и цитоплазматических рибосом, соответственно; 11 и 16 корреляций с экспрессией белков митохондриальных и цитоплазматических аминоацил-тРНК синтетаз, соответственно; 119 корреляций с экспрессией белков репарации ДНК. Индуцируемое ингибитором ОГДК снижение активности энергоемких процессов синтеза белка и поддержания нативной структуры ДНК хорошо объясняло парадоксальное для действия ингибитора митохондриального метаболизма увеличение уровня нейронального АТФ. Рост АТФ наблюдали при небольших дозах СФ и в отсутствие накопления лактата, т.е. без активации гликолиза. Мы предположили, что временное увеличение АТФ из-за СФ-индуцируемого торможения синтеза белка может быть одним из компонентов, помогающих нейронам лучше справиться с неблагоприятными воздействиями. Действительно, будучи добавленным в концентрациях, вызывающих рост нейронального АТФ, СФ оказывал нейропротекторное действие при тестировании некроза по освобождению лактатдегидрогеназы и апоптоза по активации каспаз 3 и 7. Однако при увеличении дозы СФ или в условиях сильного стресса, моделируемого введением в культуральную среду этанола, негативные последствия дисфункции ОГДК под действием СФ становились более выраженными. Так, действие больших доз СФ приводило к снижению в нейронах АТФ и НАД(Ф)Н. В присутствии же этанола такое снижение наблюдалось и при более низких дозах СФ, а нейропротекторное действие СФ, тестируемое с помощью индикаторов клеточной смерти (лактатдегидрогеназы и каспаз 3\7), исчезало. Реактивность к дисфункции ОГДК также отличалась в различных отделах мозга и\или физиологических состояниях. Полученные нами данные показали, что возможности биосистем компенсировать дисфункцию ОГДК определяются спецификой организации в них метаболизма, в т.ч. исходным уровнем экспрессии ОГДК и других ферментов узла превращений 2-оксоглутарата\глутамата. Обнаруженная нами при действии СФ на культуру нейронов связь функции ОГДК с жизнеспособностью нейронов подтверждалась и биоинформатическим анализом. Так, экспрессия трех энзиматических компонентов ОГДК коррелирует с экспрессией 34 белков программируемой клеточной смерти (апоптоз и партанатос) и 7 сиртуинов, участвующих в регуляции клеточной активнеости и\или структуры ДНК. Существенно, что экспрессия гена 2-оксоглутаратдегидрогеназы, пускового и скорость-лимитирующего компонента ОГДК, практически всегда обнаруживала отрицательную корреляцию с экспрессией генов программируемой клеточной смерти. Так, при 5% пороге от наилучших корреляций отрицательной была корреляция с экспрессией каспаз 2, 6, 7 и поли-АДФ-рибозо-полимераз 3 и 4, и лишь экспрессия поли-АДФ-рибозо-полимеразы 14 коррелировала с экспрессией 2-оксоглутаратдегидрогеназы положительно. В 1% от наилучших корреляций попадала лишь высокая отрицательная корреляция (-0.868) между экспрессией 2-оксоглутаратдегидрогеназы и каспазы 6. Пониженная экспрессия белков программируемой клеточной смерти в нейронах с повышенным уровнем 2-оксоглутаратдегидрогеназы указывает на более высокую жизнеспособность нейронов с высокой экспрессией 2-оксоглутаратдегидрогеназы. Известно и обратное: смерть нейронов при нейродегенеративных болезнях сопровождается снижением активности ОГДК в мозге. В этой связи значительный интерес представляет обнаруженное нами в экспериментах на животных и культуре астроцитов увеличение активности ОГДК в ответ на стресс, в том числе при введении СФ. С учетом обратной корреляции между экспрессией 2-оксоглутаратдегидрогеназы и белков клеточной смерти существование природного механизма стимуляции ОГДК в ответ на неблагоприятные воздействия предоставляет экспериментальное свидетельство участия ОГДК в защитной реакции нервной ткани. Таким образом, мы получили доказательства участия ОГДК в клеточном выборе между жизнью и смертью и определили молекулярные механизмы, лежащие в основе этого участия. Мы показали, что недостаток окисления глюкозы при ингибировании ОГДК компенсируется за счет повышенного окисления аминокислот, что нарушает клеточный гомеостаз вплоть до снижения уровня белка и деградации ДНК. В зависимости от длительности и степени дисфункции ОГДК такие нарушения гомеостаза могут либо приобрести необратимый характер, либо быть скомпенсированы. Компонентами компенсаторного ответа могут быть возникающая при временном дефиците ОГДК экономия АТФ и клеточные механизмы стимуляции ОГДК, в том числе путем пост-трансляционных модификаций. Полученные данные позволяют считать ОГДК многообещающей мишенью, регуляция которой может быть использована для борьбы со смертью нейронов.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".