Возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга

Исследовали возрастные изменения активности кальпаина, активности его эндогенного ингибитора кальпастатина и соотношения этих показателей в головном мозгу крыс четырех возрастных групп (две-три недели, два-три, пять-шесть и 24 месяца). Активность кальпаина определяли с использованием FITC-казеина в...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автори:	Кастрикина, Т.Ф., Стельмах, Л.Н., Малышева, М.К.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України 2009
Назва видання:	Нейрофизиология
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/68281
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга / Т.Ф. Кастрикина, Л.Н. Стельмах, М.К. Малышева // Нейрофизиология. — 2009. — Т. 41, № 2. — С. 113-118. — Бібліогр.: 46 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-68281
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-682812019-05-25T19:49:48Z Возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга Кастрикина, Т.Ф. Стельмах, Л.Н. Малышева, М.К. Исследовали возрастные изменения активности кальпаина, активности его эндогенного ингибитора кальпастатина и соотношения этих показателей в головном мозгу крыс четырех возрастных групп (две-три недели, два-три, пять-шесть и 24 месяца). Активность кальпаина определяли с использованием FITC-казеина в качестве субстрата. В растворимой фракции гомогената мозга активность фермента с возрастом увеличивалась, превышая у взрослых крыс (пять-шесть месяцев) аналогичный показатель у ювенильных животных в 3.65 раза, а у старых крыс несколько снижалась. Во фракции, полученной после отделения кальпаина от других компонентов с помощью хроматографии на ДЕАЕ-целлюлозе, тенденция к увеличению активности кальпаина с возрастом сохранялась, но была менее выраженной. Активность кальпастатина проявляла иную направленность возрастных изменений: она была самой высокой у двух-трехнедельных животных с постепенным снижением (на 27 %) у старых. Обнаружено также, что эффективность ингибирующего действия кальпастатина в ткани мозга по отношению к активности кальпаина, как правило, избыточна. При этом соотношение активностей ингибитора и фермента с возрастом уменьшалось; данный индекс составлял 1.65 у двух-трехнедельных, 1.33 у двухмесячных, 1.1 у взрослых и 1.0 и менее у старых животных. Таким образом, показано, что интенсивность протеолиза, опосредуемого кальпаином, в головном мозгу крыс возрастает от ювенильного периода до зрелого возраста и несколько снижается при старении. Такие изменения происходят за счет как повышения активности фермента, так и о слабления действия его ингибитора кальпастатина. Досліджували вікові зміни активності кальпаїну, активності його ендогенного інгібітора кальпастатину та співвідношення цих показників у головному мозку щурів чотирьох вікових груп (два-три тижні, два-три, п’ять-шість і 24 місяці). Активність кальпаїну визначали з використанням FITC-казеїну як субстрату. У розчинній фракції гомогенату мозку активність ферменту з віком збільшувалася, перевищуючи у дорослих щурів (п’ять-шість місяців) аналогічний показник у ювенільних тварин у 3.65 разу, а у старих щурів дещо знижувалась. У фракції, отриманій після відділення кальпаїну від інших компонентів за допомогою хроматографії на ДЕАЕ-целюлозі, тенденція до збільшення активності кальпаїну з віком зберігалась, але була менш вираженою. Активність кальпастатину проявляла іншу спрямованість вікових змін: вона була найбільш високою у дво-тритижневих тварин з поступовим зниженням (на 27 %) у старих Виявлено також, що ефективність інгібуючої дії кальпастатину в тканині мозку відносно активності кальпаїну є надмірною. При цьому співвідношення активності інгібітора та ферменту з віком зменшувалося; даний індекс складав 1.65 у дво-тритижневих, 1.33 у двомісячних, 1.1 у дорослих і 1.0 і менше у ст арих тварин. Таким чином, показано, що інтенсивність протеолізу, опосередкованого кальпаїном, у головному мозку щурів зростає від ювенільного періоду до зрілого віку і дещо знижується при старінні. Такі зміни відбуваються за рахунок як підвищення активності ферменту, так і послаблення дії його інгібітора кальпастатину. We studied age-related changes in the activity of calpain, those in the activity of its endogenous inhibitor calpastatin, and the ratio of these indices in the brain of rats of four age groups (2-3 weeks, 2-3, 5-6, and 24 months). The activity of calpain was estimated using FITC casein as the substrate. 2009 Article Возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга / Т.Ф. Кастрикина, Л.Н. Стельмах, М.К. Малышева // Нейрофизиология. — 2009. — Т. 41, № 2. — С. 113-118. — Бібліогр.: 46 назв. — рос. 0028-2561 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/68281 577.152.3-612.822 ru Нейрофизиология Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Исследовали возрастные изменения активности кальпаина, активности его эндогенного ингибитора кальпастатина и соотношения этих показателей в головном мозгу крыс четырех возрастных групп (две-три недели, два-три, пять-шесть и 24 месяца). Активность кальпаина определяли с использованием FITC-казеина в качестве субстрата. В растворимой фракции гомогената мозга активность фермента с возрастом увеличивалась, превышая у взрослых крыс (пять-шесть месяцев) аналогичный показатель у ювенильных животных в 3.65 раза, а у старых крыс несколько снижалась. Во фракции, полученной после отделения кальпаина от других компонентов с помощью хроматографии на ДЕАЕ-целлюлозе, тенденция к увеличению активности кальпаина с возрастом сохранялась, но была менее выраженной. Активность кальпастатина проявляла иную направленность возрастных изменений: она была самой высокой у двух-трехнедельных животных с постепенным снижением (на 27 %) у старых. Обнаружено также, что эффективность ингибирующего действия кальпастатина в ткани мозга по отношению к активности кальпаина, как правило, избыточна. При этом соотношение активностей ингибитора и фермента с возрастом уменьшалось; данный индекс составлял 1.65 у двух-трехнедельных, 1.33 у двухмесячных, 1.1 у взрослых и 1.0 и менее у старых животных. Таким образом, показано, что интенсивность протеолиза, опосредуемого кальпаином, в головном мозгу крыс возрастает от ювенильного периода до зрелого возраста и несколько снижается при старении. Такие изменения происходят за счет как повышения активности фермента, так и о слабления действия его ингибитора кальпастатина.
format	Article
author	Кастрикина, Т.Ф. Стельмах, Л.Н. Малышева, М.К.
spellingShingle	Кастрикина, Т.Ф. Стельмах, Л.Н. Малышева, М.К. Возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга Нейрофизиология
author_facet	Кастрикина, Т.Ф. Стельмах, Л.Н. Малышева, М.К.
author_sort	Кастрикина, Т.Ф.
title	Возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга
title_short	Возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга
title_full	Возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга
title_fullStr	Возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга
title_full_unstemmed	Возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга
title_sort	возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга
publisher	Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
publishDate	2009
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/68281
citation_txt	Возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга / Т.Ф. Кастрикина, Л.Н. Стельмах, М.К. Малышева // Нейрофизиология. — 2009. — Т. 41, № 2. — С. 113-118. — Бібліогр.: 46 назв. — рос.
series	Нейрофизиология
work_keys_str_mv	AT kastrikinatf vozrastnyeosobennostikalʹpainkalʹpastatinovojcerebralʹnojsistemykrysvaspektekalʹcievojgipotezystareniâmozga AT stelʹmahln vozrastnyeosobennostikalʹpainkalʹpastatinovojcerebralʹnojsistemykrysvaspektekalʹcievojgipotezystareniâmozga AT malyševamk vozrastnyeosobennostikalʹpainkalʹpastatinovojcerebralʹnojsistemykrysvaspektekalʹcievojgipotezystareniâmozga
first_indexed	2025-07-05T18:07:54Z
last_indexed	2025-07-05T18:07:54Z
_version_	1836831342026817536
fulltext	НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 113 УДК 577.152.3-612.822 Т. Ф. КАСТРИКИНА1, Л. Н. СТЕЛЬМАХ1, М. К. МАЛЫШЕВА1 ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КАЛЬПАИН-КАЛЬПАСТАТИНОВОЙ ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КРЫС В АСПЕКТЕ КАЛЬЦИЕВОЙ ГИПОТЕЗЫ СТАРЕНИЯ МОЗГА Поступила 06.02.09 Исследовали возрастные изменения активности кальпаина, активности его эндогенно- го ингибитора кальпастатина и соотношения этих показателей в головном мозгу крыс четырех возрастных групп (две-три недели, два-три, пять-шесть и 24 месяца). Актив- ность кальпаина определяли с использованием FITC-казеина в качестве субстрата. В растворимой фракции гомогената мозга активность фермента с возрастом увеличива- лась, превышая у взрослых крыс (пять-шесть месяцев) аналогичный показатель у юве- нильных животных в 3.65 раза, а у старых крыс несколько снижалась. Во фракции, полученной после отделения кальпаина от других компонентов с помощью хроматогра- фии на ДЕАЕ-целлюлозе, тенденция к увеличению активности кальпаина с возрастом сохранялась, но была менее выраженной. Активность кальпастатина проявляла иную направленность возрастных изменений: она была самой высокой у двух-трехнедель- ных животных с постепенным снижением (на 27 %) у старых. Обнаружено также, что эффективность ингибирующего действия кальпастатина в ткани мозга по отношению к активности кальпаина, как правило, избыточна. При этом соотношение активностей ин- гибитора и фермента с возрастом уменьшалось; данный индекс составлял 1.65 у двух- трехнедельных, 1.33 у двухмесячных, 1.1 у взрослых и 1.0 и менее у старых животных. Таким образом, показано, что интенсивность протеолиза, опосредуемого кальпаином, в головном мозгу крыс возрастает от ювенильного периода до зрелого возраста и не- сколько снижается при старении. Такие изменения происходят за счет как повышения активности фермента, так и ослабления действия его ингибитора кальпастатина. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: кальпаин, кальпастатин, кальциевый гомеостаз, протео- лиз, онтогенез. 1Институт физиологии им. А. А. Богомольца НАН Украины, Киев (Украина). Эл. почта: malysheva@biph.kiev.ua (М. К. Малышева). ВВЕДЕНИЕ В процессах, происходящих в нервной ткани при старении, одну из ключевых ролей играет состоя- ние клеточных механизмов регуляции кальциевого гомеостаза [1–3]. Это положение, лежащее в осно- ве так называемой кальциевой гипотезы старения мозга, находит подтверждение в многочисленных экспериментальных данных [4–7]. В нейронах гип- покампа и кортикальных нейронах старых крыс на- блюдаются усиление трансмембранных кальциевых токов и значительное возрастание концентрации ионов кальция в цитозоле по сравнению с соответ- ствующими показателями у взрослых животных. С возрастом происходят существенные изменения и в функционировании важнейших внутриклеточ- ных кальциевых депо – эндоплазматического рети- кулума и митохондрий [8–11]. Указанные события вызывают каскад изменений клеточных процессов, связанных с нарушениями кальциевого гомеоста- за. Некоторые из этих преобразований обусловли- вают возрастные нарушения процессов обучения и памяти, основой которых являются такие феноме- ны, как долговременная потенциация (ДВП) и дол- говременная депрессия (ДВД) синаптической пере- дачи [12]. Нейронная пластичность при старении также значительно изменяется: уменьшается сред- нее число синаптических контактов нейрона, на- блюдается повышение порога индукции ДВП, этот процесс ослабляется, тогда как чувствительность нейронов к ДВД возрастает [13, 14]. Стойкое уве- личение концентрации кальция в нейронах может НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2114 постепенно привести к их структурной дегенера- ции или, по крайней мере, сделать нейроны более уязвимыми по отношению к различным нейроток- сическим влияниям [15]. Одним из важных агентов, обеспечивающих трансформацию кальциевого сигнала в биохимиче- ский и физиологический ответы клетки, является кальпаин – внутриклеточная нейтральная протеин- аза, проявляющая абсолютную зависимость своей активности от концентрации ионов кальция [16, 17]. Субстратами кальпаина в клетке являются ци- тоскелетные и мембранные белки, рецепторы, гор- моны, белки миелиновой оболочки, многие фер- менты. Ограниченный протеолиз этих субстратов представляет собой один из ведущих путей регуля- ции их функций. Через активацию и ингибирование кальпаина в заметной степени обеспечивается регуляция ряда важнейших жизненных процессов – синаптической передачи, секреции, клеточной дифференциации, обмена мышечных белков и многих других [18, 19]. Несмотря на то, что в опосредовании кальциевого сигнала принимают участие и другие кальцийзави- симые ферменты (протеинкиназы, фосфатазы, фос- фолипазы), по существующим представлениям, ни один из них не оказывает столь широких влияний на клеточные функции, как кальпаин [20]. Каль- паин присутствует практически во всех клетках и тканях организма позвоночных в виде различных изоформ. Среди таких изоформ наиболее распро- страненными и изученными являются µ- и m-каль- паины, для активации которых необходимы ионы кальция в микро- и миллимолярных концентрациях соответственно. Кроме того, имеются и другие кле- точные компоненты кальпаиновой системы – инги- битор кальпаина кальпастатин и некоторые актива- торные белки [21–23]. Кальпастатин – эндогенный белковый высоко- специфический ингибитор, неэффективный в от- ношении других цистеиновых и сериновых проте- иназ – является мощным регулятором активности кальпаина в клетке. Ингибирование кальпаина кальпастатином осуществляется посредством об- разования комплекса этих белков в присутствии ионов кальция. Оно конкурентно и обратимо; ком- плекс может диссоциировать на фермент и ингиби- тор в активном виде [24]. Кальпаин считается в основном цитозольным ферментом, хотя он может быть обратимо ассоци- ирован с некоторыми субклеточными компонента- ми. Кальпастатин, находясь в цитозоле, образует агрегаты молекул и локализуется в больших грану- лярных структурах вблизи ядра. Возрастание кон- центрации кальция в клетке изменяет внутрикле- точную локализацию указанных белков и делает возможным их взаимодействие [25]. Значительную роль при этом играют процессы фосфорилирова- ния. Агрегированный кальпастатин находится пре- имущественно в фосфорилированном состоянии, проявляя очень низкую ингибиторную активность. Увеличение концентрации свободного кальция вы- зывает дефосфорилирование кальпастатина, опо- средуемое фосфатазами, и переводит его в рас- творимую форму. Дефосфорилированная форма обладает высокой ингибиторной активностью [26]. Анормальные изменения содержания кальпа- ина или модуляция его активности могут приве- сти к нарушению ряда физиологических функций и вызвать существенные патологические послед- ствия. Большинство нейропатологических состоя- ний связаны с увеличением активности кальпаина в мозгу и других тканях. Такие сдвиги наблюдают- ся при болезни Альцгеймера, рассеянном склерозе, воздействии ишемии на нервные ткани, мышечной дистрофии, инфаркте миокарда и других заболева- ниях. Возрастание активности кальпаина вызывает разрушение цитоскелетных, миелиновых белков и других клеточных субстратов кальпаина [27–31]. Сведения о характере возрастных изменений ком- понентов кальпаиновой системы в мозгу несколько противоречивы. Большинство авторов считали, что процессы протеолиза, опосредуемые кальпаином, с возрастом усиливаются [20, 32, 33]. Другие же ис- следователи не находили заметных изменений или только отмечали тенденцию к увеличению актив- ности кальпаина с возрастом [34, 35]. Об усилении протеолиза в таких работах судили в основном по накоплению продуктов расщепления цитоскелет- ного белка спектрина или же миелина, которые, как известно, являются субстратами кальпаина [36, 37]. Однако такой подход может оказаться в некото- рой мере неадекватным, поскольку указанные бел- ки являются субстратами не только кальпаина, но и других клеточных протеаз [32]. Согласно суще- ствующим представлениям [38], чувствительность таких белков к протеолизу может заметно изме- няться с возрастом. Задачей настоящей работы было выяснение ха- рактера и интенсивности изменений активности кальпаина и кальпастатина, экспрессированных в головном мозгу крыс, в процессе онтогенеза. Т. Ф. КАСТРИКИНА, Л. Н. СТЕЛЬМАХ, М. К. МАЛЫШЕВА НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 115 МЕТОДИКА В экспериментах были использованы крысы линии Вистар четырех разных возрастных групп: двух- трехнедельные, двух-трех-, пяти-шести- и 24-ме- сячные. Животные этих групп рассматривались как ювенильные, молодые, взрослые и старые соответ- ственно. Животных декапитировали, извлекали головной мозг и гомогенизировали его в пяти объемах трис- НСl буфера (20 мМ, рН 7.5) с добавлением 1.0 мМ ЭДТА, 1.0 мМ ЭГТА и 5.0 мМ дитиотреитола (ДТТ). Гомогенат центрифугировали в течение 30 мин при 15000g. Для исследования использова- ли надосадочную фракцию гомогената (экстракт), а также частично очищенные фракции кальпаина и кальпастатина, полученные из экстракта с по- мощью высаливания раствором сульфата аммония (40 % относительно концентрации насыщения) и ионообменной хроматографии на ДЕАЕ-целлю- лозе в статических условиях путем ступенчатой элюции c добавлением в буфер NaCl в различных концентрациях [26, 39]. Белковая фракция, кото- рая элюировалась при добавлении 0.25 М раство- ра NaCl, содержала в себе кальпастатин. Кальпаин, свободный от кальпастатина, элюировался 0.4 М раствором NaCl. Для окончательной очистки каль- пастатина использовали уникальное свойство дан- ного ингибиторного белка – его высокую термоста- бильность [25, 40]. Фракцию, содержавшую в себе кальпастатин, выдерживали при 100 °С в течение 10 мин. Термолабильные белки удаляли путем цен- трифугирования при 15000g в течение 15 мин, над- осадочную жидкость диализировали против трис- НСl-буфера (50 мМ, рН 7.5), содержащего в себе 0.1 М ЭДТА и 1.0 М ДТТ. Для определения содер- жания белка использовали метод Лоури [41]. Активность кальпаина определяли с помощью флуоресцентной спектроскопии, применяя в каче- стве субстрата FITC-казеин [42]; использовали ме- тодику в модификации, описанной рaнее [43]. Спе- цифическую активность кальпаина выражали в условных единицах интенсивности флуоресценции на 1 мг белка. Ингибиторную активность кальпа- ина оценивали по разности показателей активно- сти кальпаина в отсутствие и в присутствии упо- мянутого ингибитора в реакционной смеси. Эту величину рассчитывали относительно 1 мг белка в полученном препарате кальпастатина в пробе (спе- цифическая активность) или 1 г ткани мозга (об- щая активность) [25, 26]. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Ингибирование кальпаина кальпастатином прояв- ляло четкую (в исследованном участке – практи- чески линейную) зависимость от дозы (рис. 1) и высокую специфичность (подавления активности трипсина не наблюдалось). Р и с. 1. Зависимость интенсивности ингибирования кальпаина от концентрации кальпастатина. По оси абсцисс – концентрация кальпастатина в пробе, мкг/100 мкл; по оси ординат – интенсивность флуоресценции, усл. ед. Р и с. 1. Залежність інтенсивності інгібування кальпаїну від концентрації кальпастатину. усл. ед. 140 120 100 80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 мкг/100мкл В растворимой фракции гомогената головно- го мозга, в которой содержались все компоненты кальпаиновой системы (включая кальпастатин), активность кальпаина экспериментальных живот- ных демонстрировала выраженную зависимость от возраста (рис. 2). Самая низкая активность обна- руживалась у ювенильных животных (двух-трехне- дельного возраста). К двум-трем месяцам она не- сколько возрастала (примерно на 20 %). В возрасте пяти-шести месяцев активность кальпаина пре- вышала наблюдаемую у ювенильных животных в 3.65 раза. У старых крыс (24 месяца) активность кальпаина сохранялась существенно большей (бо- лее чем в 2.0 раза), чем у ювенильных и молодых животных, но по отношению к этому показателю у взрослых пяти-шестимесячных крыс данная актив- ность несколько снижалась (на 20 %). После разделения компонентов растворимой фракции гомогената с помощью хроматографии на ДЕАЕ-целлюлозе, что позволяло освободить каль- паин от кальпастатина, специфическая активность ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КАЛЬПАИН-КАЛЬПАСТАТИНОВОЙ ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2116 фермента увеличивалась более чем в 10 раз. При этом наблюдалась несколько иная картина возраст- ных изменений активности очищенного исследу- емого фермента. На фоне незначительной разни- цы между показателями двух первых возрастных групп тенденция к увеличению активности каль- паина в зрелом и старом возрасте сохранялась, но подобная динамика была гораздо менее выражен- ной – превышение составляло 30 и 20 % соответ- ственно (рис. 3, А). Активность кальпастатина проявляла иную на- правленность возрастных изменений. Она была са- мой высокой у ювенильных животных с постепен- ным снижением (на 27 %) у старых (рис. 3, В). Расчеты показали, что способность ингибирова- ния активности кальпаина кальпастатином в тка- ни мозга, как правило, является избыточной. Она потенциально превышает активность кальпаина почти на протяжении всего изучаемого периода онтогенеза. У двух-трехнедельных крыс такое пре- вышение составляло 65 %. У молодых животных (двух-трехмесячных) эта разница равнялась 33 %, у взрослых она уменьшалась до 10 %, а у старых крыс отсутствовала вообще. По данным других ис- следователей [44], соотношение активностей рас- сматриваемых ингибитора и фермента может замет- но различаться в разных тканях. Так, более низкий уровень активности кальпастатина по сравнению с таковым кальпаина наблюдался в легких и почках, но не в тимусе. Возможно, обнаруженные нами со- отношения активностей фермента и его ингибито- ра указывают на бóльшую значимость регулятор- ной роли кальпастатина именно в нервной ткани. Таким образом, описанные выше данные показа- ли, что процессы протеолиза с участием кальпаина в головном мозгу крыс с возрастом в целом усили- ваются. Эти изменения происходят за счет не толь- ко возрастания активности самого фермента, но и ослабления сдерживающего влияния его ингибито- Р и с. 2. Активность кальпаина в экстракте из ткани головного мозга крыс разного возраста. По вертикали – относительная интенсивность флуоресценции, усл. ед./мг белка. 1–4 – возрастные группы животных: две-три недели, два, пять-шесть месяцев и 24 месяца соответственно. Тремя звездочками отмечены высокодостоверные различия (P < 0.001) при сравнении данных по группам 3 и 4 с группой 1, крестиком – достоверное различие (Р < 0.05) при сравнении групп 4 и 3. Р и с. 2. Активність кальпаїну в екстракті з тканини головного мозку щурів різного віку. усл. ед. / мг белка 600 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 * *+ А Б 1 2 3 4 1 2 3 4 3 · 104 усл. ед. / г ткани 2 · 104 1 · 104 Р и с. 3. Возрастные изменения активности кальпаина (А) и кальпастатина (Б) в ткани головного мозга крыс после хроматографического разделения компонентов на ДЕАЕ- целлюлозе. По вертикали – относительная интенсивность флуоресценции, усл. ед./г ткани. Данные усреднены в результате объединения трех-четырех проб, полученных от разных животных, в один образец. Р и с. 3. Вікові зміни активності кальпаїну (А) та кальпастатину (Б) у тканині головного мозку щурів після хроматографічного розподілу компонентів на ДЕАЕ-целюлозі. 0 0 Т. Ф. КАСТРИКИНА, Л. Н. СТЕЛЬМАХ, М. К. МАЛЫШЕВА НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 117 ра – кальпастатина. Такой вывод подтверждается наблюдениями других авторов, обнаруживших, что повышение интенсивности протеолиза, опосреду- емого кальпаином, даже при низком содержании данного фермента в почках стареющих грызунов или в эритроцитах пожилых людей обусловлено преимущественно снижением содержания кальпа- статина в указанных объектах [45, 46]. Сторонники кальциевой гипотезы старения моз- га предполагают, что небольшое увеличение кон- центрации свободного цитозольного кальция, под- держиваемое длительный период времени (как это наблюдается в процессе старения), может иметь такие же последствия для функций нейронов, как и резкие сдвиги данного показателя за относительно короткие периоды времени в условиях различных патологий [1, 3]. Не исключено, что такой эффект может быть частично обусловлен возрастными особенности активности кальпаина, способного посредством ограниченного протеолиза необрати- мо менять структуру клеточных белков, тем самым влияя на их функцию. При этом следует учитывать, что динамика эффективности протеолитического действия кальпаина обеспечивается также измене- ниями уровня активности его основного ингибито- ра – кальпастатина. Т. Ф. Кастрикіна1, Л. М. Стельмах1, М. К. Малишева1 ВІКОВІ ОСОБЛИВОСТІ КАЛЬПАЇН-КАЛЬПАСТАТИ- НОВОЇ ЦЕРЕБРАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ЩУРІВ В АСПЕКТІ КАЛЬЦІЄВОЇ ГІПОТЕЗИ СТАРІННЯ МОЗКУ 1Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, Київ (Україна). Р е з ю м е Досліджували вікові зміни активності кальпаїну, активнос- ті його ендогенного інгібітора кальпастатину та співвідно- шення цих показників у головному мозку щурів чотирьох вікових груп (два-три тижні, два-три, п’ять-шість і 24 міся- ці). Активність кальпаїну визначали з використанням FITC- казеїну як субстрату. У розчинній фракції гомогенату мозку активність ферменту з віком збільшувалася, перевищую- чи у дорослих щурів (п’ять-шість місяців) аналогічний по- казник у ювенільних тварин у 3.65 разу, а у старих щурів дещо знижувалась. У фракції, отриманій після відділення кальпаїну від інших компонентів за допомогою хроматогра- фії на ДЕАЕ-целюлозі, тенденція до збільшення активнос- ті кальпаїну з віком зберігалась, але була менш вираженою. Активність кальпастатину проявляла іншу спрямованість вікових змін: вона була найбільш високою у дво-тритиж- невих тварин з поступовим зниженням (на 27 %) у старих. Виявлено також, що ефективність інгібуючої дії кальпаста- тину в тканині мозку відносно активності кальпаїну є над- мірною. При цьому співвідношення активності інгібітора та ферменту з віком зменшувалося; даний індекс складав 1.65 у дво-тритижневих, 1.33 у двомісячних, 1.1 у дорослих і 1.0 і менше у старих тварин. Таким чином, показано, що інтенсивність протеолізу, опо- середкованого кальпаїном, у головному мозку щурів зрос- тає від ювенільного періоду до зрілого віку і дещо знижу- ється при старінні. Такі зміни відбуваються за рахунок як підвищення активності ферменту, так і послаблення дії його інгібітора кальпастатину. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Z. S. Khachaturian, “The role of calcium regulation in brain aging: reexamination of a hypothesis,” Aging, 1, No. 1, 17-34 (1989). 2. G. Biessels and W. H. Gispen, “The calcium hypothesis of brain aging and neurodegenerative disorders: signification in diabetic neuropathy,” Life Sci., 59, Nos. 5/6, 379-387 (1996). 3. G. Biessels, M. P. ter Laak, F. P. T. Hamers, and W. H. Gispen, “Neuronal Ca2+ disregulation in diabetes mellitus,” Eur. J. Pharmacol., 447, 201-209 (2002). 4. S. Kirischuk, N. Pronchuk, and A. Verkhratsky, “Measurements of intracellular calcium in sensory neurons of adult and old rats,” Neuroscience, 50, No. 4, 947-951 (1992). 5. P. W. Landfield, “Incriesed calcium-current hypotesis of brain aging,” Neurobiol. Aging, 8, No. 4, 346-347 (1987). 6. A. Verkhratsky, A. Shmigol, S. Kirischuk, et al., “Age- dependent changes in calcium currents and calcium homeostasis in mammalian neurons,” Ann. New York Acad. Sci., 747, 365- 381 (1994). 7. П. Г. Костюк, О. П. Костюк, О. О. Лук’янець, Іони кальцію у функції мозку: від фізіології до патології, Наук. думка, Київ (2005). 8. E. C. Toescu and A. Verkhratsky, “Neuronal ageing from an intraneuronal perspective: role of endoplasmic reticulum and mitochondria,” Cell Calcium, 34, Nos. 4/5, 311-323 (2003). 9. E. C. Toescu and A. Verkhratsky, “Ca 2+ and mitochondria as substrates for deficits in synaptic plasticity in normal brain aging,” J. Cell. Mol. Med., 8, No. 2, 181-190 (2004). 10. E. C. Toescu, A. Verkhratsky, and P. W. Landfield, “Ca2+ regulation and gene expression in normal brain aging,” Trends Neurosci., 27, No. 10, 614-620 (2004). 11. A. Kumar and T. C. Foster, “Intracellular calcium stores contribute to increased susceptibility to LTD induction during aging,” Brain Res., 1031, 125-128 (2005). 12. O. Thibault, J. C. Gant, and P. W. Landfield, “Expansion of the calcium hypothesis of brain aging and Alzheimer’s disease: minding the store,” Aging Cell, 6, 307-317 (2007). 13. T. C. Foster, “Calcium homeostasis and modulation of synaptic plasticity in the aged brain,” Aging Cell, 6, 319-325 (2007). 14. S. N. Burke and C. A. Barnes, “Neural plasticity in the ageing brain,” Nat. Rev. Neurosci., 7, No. 1, 30-40 (2006). 15. L. W. Campbell, Su-Yang Hao, O. Thibault, et al., “Aging hanges in voltage-gated calcium currents in hippocampal CA1 neurons,” J. Neurosci., 16, No. 19, 6286-6295 (1996). ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КАЛЬПАИН-КАЛЬПАСТАТИНОВОЙ ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2118 16. Т. Ф. Кастрикина, М. К. Малышева, “Кальпаин – один из медиаторов кальциевого сигнала в клетке”, Нейрофизиология/Neurophysiology, 32, № 2, 142-156 (2000). 17. D. E. Gool, V. F. Thompson, H. Li, et al., “The calpain system,” Physiol. Rev., 83, 731-801 (2003). 18. K. Sato and S. Kawashima, “Calpain function in the modulation of signal transduction molecules,” Biol. Chem., 382, No. 5, 743-751 (2001). 19. Y. Tomimatsu, S. Idemoto, S. Moriguchi, et al., “Proteases involved in long-term potentiation,” Life Sci., 72, Nos. 4/5, 355-361 (2002). 20. R. A. Nixon, “The calpains in aging and aging-related diseases,” Ageing Res. Rev., 2, 407-418 (2003). 21. N. DeMartino and D. K. Blumenthal, “Identification and partial purification of a factor that stimulates calcium-dependent proteases,” Biochemistry, 21, 4297-4303 (1982). 22. P. L. Pontremoli, M. Viotti, M. Michetti, et al., “Identification of an endogenous activator of calpain in rat skeletal muscle,” Biochem. Biophys. Res. Commun., 171, No. 2, 569-574 (1990). 23. E. Shiba, H. Ariyoshi, Y. Yano, et al., “Purification and characterization of a calpain activator from human platelets,” Biochem. Biophys. Res. Commun., 182, No. 2, 461-465 (1992). 24. E. Melloni, R. De Tullio, M. Avtrna, et al., “Properties of calpastatin forms in rat brain,” FEBS Lett., 431, 55-58 (1998). 25. R. De Tullio, M. Passalacqua, M. Averna, et al., “Changes in intracellular localization of calpastatin during calpain activation,” Biochem. J., 343, 467-472 (1999). 26. M. Averna, R. De Tullio, M. Passalacqua, et al., “Changes in intracellular localization of calpastatin are mediated by reversible phosphorylation,” Biochem. J., 35, 25-30 (2001). 27. G. Di Rosa, T. Odrijin, R. A. Nixon, and O. Arancio, “Calpain inhibitor: a treatment for Alzheimer disease,” 19, Nos. 1/2, 135-141 (2002). 28. D. C. Shields, K. E. Schaecher, T. C. Saido, and N. L. Banik, “A putative mechanism of demyelination in multiple sclerosis by a proteolytic enzyme calpain,” Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, No. 20, 11486-11491 (1999). 29. P. W. Vanderklish and B. A. Bahr, “The pathogenic activation of calpain: a marker and mediator of cellular toxicity and disease states,” J. Exp. Pathol., 81, 323-339 (2000). 30. O. Carragher, “Calpain inhibition: a therapeutic strategy targeting multiple disease states,” Current Pharm. Des., 12, No. 5, 615-638 (2006). 31. F. Trrinchese, M. Fa, S. Liu, et al, “Inhibition of calpains improves memory and synaptic transmission in a mouse model of Alzheimer disease,” J. Clin. Invest., 118, No. 8, 2796-2807 (2008). 32. J. D. Hinman, J. A. Duce, R. A. Siman, et al., “Activation of calpain-1 in myelin and microglia in the white matter of the aged rhesus monkey,” J. Neurochem., 89, 430-441 (2004). 33. E. Bernath, N. Kupina, M. C. Liu, et al., “Elevation of cytoskeletal protein breakdown in aged Wistar rat brain,” Neurobiol. Aging, 27, No. 4, 624-632 (2006). 34. M. Banay-Schwartz, T. De Guzman, M. Palkovits, and A. Laytha, “Calpain activity in adult and aged human brain regions,” Neurochem. Res., 19, 563-567 (1994). 35. W. F. Ward, “Protein degradation in the aging organism,” Prog. Mol. Subcell. Biol., 29, 35-42 (2002). 36. B. A. Bahr, P. W. Vanderklish, L. T. Ha, et al., “Spectrin breakdown products with age in telencephalon of mouse brain,” Neurosci. Lett., 131, No. 2, 237-240 (1991). 37. J. A. Sloane, J. D. Hinman, M. Lubonia, et al., “Age-dependent myelin degeneration and proteolysis of oligodendrocyte proteins is associated with the activation of calpain-1 in the rhesus monkey,” J. Neurochem., 84, No. 1, 157-168 (2003). 38. М. Benuck, M. Banay-Schwartz, T. De Guzman, and A. Lajtha, “Changes in brain protease activity in aging,” J. Neurochem., 67, No. 5, 2019-2029 (1996). 39. B. A. Brooks, D. E. Goll, Y.-S. Peng, et al., “Effect of alloxan diabete on a Ca-activated proteinase in rat skeletal muscle,” Am. J. Physiol., 244, No. 3, 175-181 (1983). 40. M. Michetti, P. L.Viotti, E. Melloni, and S. Pontremolli, “Mechanism of action of the calpain activator protein in rat skeletal muscle,” Eur. J. Biochem., 202, 1177-1180 (1991). 41. O. H. Lowry, N. J. Rosebrough, A. L. Farr, and R. J. Randall, “Protein measurement with the Folin phenol reagent,” J. Biol. Chem., 193, No. 1, 265-275 (1951). 42. S. S. Twining, “Fluorescein isothiocyanate-labelled casein assay for proteolytic enzymes,” Analyt. Biochem., 143, No. 1, 30-34 (1984). 43. Т. Ф. Кастрикина, Р. П. Морозова, М. К. Малышева, “Активность кальпаина в головном мозгу морской свинки при экспериментальном аллергическом энцефаломиелите”, Нейрофизиология/Neurophysiology, 36, № 3, 203-207 (2004). 44. K. Blomgren, E. Nilsson, and J. O. Karlsson, “Calpain and calpastatin levels in different organs of the rabbit,” Comp. Biochem. Physiol. Ser. B, 93, No. 2, 403-407 (1989). 45. H. Manya, M. Inomata, T. Fujimori, et al., “Klotho protein deficiency leads to overactivation of mu-calpain,” J. Biol. Chem., 277, 5503-5508 (2002). 46. N. Schwarz-Benmeir, T. Glaser, S. Barnoy, and N. S. Kosower, “Calpastatin in erythrocytes of young and old individuals,” Biochem. J., 304, 365-370 (1994). Т. Ф. КАСТРИКИНА, Л. Н. СТЕЛЬМАХ, М. К. МАЛЫШЕВА

Возрастные особенности кальпаин-кальпастатиновой церебральной системы крыс в аспекте кальциевой гипотезы старения мозга

Репозитарії

Схожі ресурси