Введение к работе
Актуальность проблемы. Многие мелкие млекопитающие северных широт (грызуны, насекомоядные, рукокрылые) проводят зиму в состоянии глубокого оцепенения. Зимняя спячка таких животных (гибернация) является природным приспособлением, позволяющим выживать в условиях низких температур, недостатка кормов и воды [Lyman, 1982; Калабухов, 1985]. Во время спячки наблюдается примерно стократное снижение уровня метаболизма относительно активного состояния [Galster, Morrison, 1970], сопровождающееся снижением потребления кислорода в 45-140 раз [Ануфриев, 2008]. В результате замедления обмена веществ животные остывают, но и в таких условиях они продолжают контролировать температуру тела, не позволяя ей опускаться ниже точки замерзания биологических жидкостей [Ануфриев, Ахременко, 1990]. Замедление процессов обмена веществ при гибернации происходит вследствие сложного комплекса физиологических и биохимических перестроек, направленных на экономию энергетических запасов [Geiser, 1988; Heldmaier, Ruf, 1992; Geiser, Ruf, 1995]. В результате этого энергозатарты оказываются снижены на 80-90% (даже с учетом затрат на разогревание тела при периодических пробуждениях) по сравнению с энергозатратами на поддержание постоянной температуры тела при той же температуре окружающей среды [Калабухов, 1985; Шмидт-Ниельсен, 1982].
При гибернации наблюдается замедление дыхания и частоты сердцебиения, торможение нервной деятельности и других физиологических процессов [Ануфриев, 2008]. Тем не менее, протекающий на низком уровне обмен веществ приводит к накоплению в крови метаболитов, однако в состоянии гипотермии образование мочи в почках не происходит [Попова, 1979]. Восстановление гомеостаза осуществляется только в процессе спонтанных кратковременных пробуждений между баутами спячки, во время которых обязательно происходит формирование и выведение мочи [Ануфриев, 2008]. В почках, где расход энергии на единицу массы больше, чем в любом другом органе, основным потребителем АТФ является Na,K-AT Несмотря на то, что в проведенных ранее зарубежных работах показано, что при гибернации активность №,К-АТФазы (при 37С) из почек зимоспящих животных заметно снижается, причины падения активности фермента пока не ясны [Charnock, Simonson, 1978; Bennis et al, 1995]. Регуляция активности №,К-АТФазы может осуществляться посредством изменения содержания фермента или его изоформ, что описано для разных ферментов [Storey, Storey, 2004], а также в результате посттрансляционных модификаций фермента, таких как фосфорилирование [MacDonald, Storey, 1999] и глутатионилирование [Yakushev et al, 2010; Petrushanko et al, in press]. Помимо этого поскольку Na,K-AT Целью настоящей работы было определение сезонных изменений активности Na,K-АТФазы в микросомах из почек типичных гибернаторов - сусликов Spermophilus undulatus, а также выяснение возможных причин этих изменений. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи: Проанализировать сезонные изменения активности и содержания №,К-АТФазы в микросомальных фракциях из почек активных и спящих сусликов. Оценить уровень фосфорилирования и глутатионилирования №,К-АТФазы. Определить состав и свойства липидной фазы мембран микросом. Научная новизна и практическая значимость работы. В настоящей работе впервые доподлинно показано, что падение активности №,К-АТФазы в микросомальных препаратах из почек сусликов при гибернации только отчасти обусловлено уменьшением содержания фермента. Установлено, что во время зимней спячки остается стабильным изоферментный состав Na,K-АТФазы в почках и не наблюдается глутатионилирования а-субъединицы №,К-АТФазы, а также изменения уровня ее фосфорилирования. Среди других фосфорилируемых белков не обнаружено потенциальных регуляторов №,К-АТФазы. Установлено, что при гибернации в плазматических мембранах клеток почечных канальцев достоверно не изменяется соотношение липид/белок и степень ненасыщенности жирных кислот липидов. В то же время обнаружено, что во время зимней спячки увеличивается содержание холестерина в мембранах микросом, но это не влияет на их общую микровязкость, что определено с помощью спиновых и флуоресцентных зондов. Также впервые установлено, что при гибернации №,К-АТФаза в почках находится в более агрегированном состоянии. Предполагается, что агрегация натриевого насоса во время зимней спячки является основной причиной снижения его активности в почках. Проведенные исследования значительно углубляют имеющиеся знания о молекулярных механизмах регуляции активности №,К-АТФазы в почках при гибернации. Полученные результаты свидетельствуют в пользу существующего представления о возможной роли агрегации ферментов в регуляции активности транспортных АТФаз, в частности, №,К-АТФазы при гибернации. Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных семинарах кафедры биохимии биологического факультета МГУ, XIII-XVII международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2006-2010), IV съезде Российского общества биохимиков и молекулярных биологов (Новосибирск, 2008), международных симпозиумах «Biological Motility» (Пущино, 2008, 2010), международных конференциях «Молекулярные механизмы адаптации» (Махачкала, 2008, 2010). Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ. Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит следующие разделы: «Введение», «Обзор литературы», «Материалы и методы», «Результаты и обсуждение», «Заключение», «Выводы» и «Список литературы». Работа изложена на 190 страницах машинописного текста, иллюстрирована 33 рисунками и 11 таблицами. Список цитированной литературы включает 370 отечественных и зарубежных печатных и Web-источников.Похожие диссертации на Исследование сезонных изменений в микросомальной фракции, обогащенной Na,K-АТФазой, из почек сусликов Spermophilus undulatus
