Введение к работе
Актуальность темы
Оксид азота (NO) выполняет в организме многие жизненно важные функции. Анализу этих функций посвящено несколько обзоров [Lowenstein and Snyder, 1992; Марков, 2001]. Нарушение продукции NO вовлечено в развитие ряда заболеваний, включая эндо- телиальную и эректильную дисфункции, гипертензию и атеросклероз [Родионов и др., 2008].
Аминокислота аргинин (АРГ) и её метилированные аналоги (метиларгинины) играют ведущую роль в регуляции биодоступности NO в организме [Гилинский, 2007]. АРГ служит субстратом внутриклеточного фермента NO-синтазы (NOS), производящего эндогенный NO [Sessa, 1994]. Монометиларгинин (ММА) и асимметричный диметиларгинин (АДМА) являются конкурентными ингибиторами всех изоформ NOS. Они блокируют АРГ-связывающий участок фермента, препятствуя образованию фермент-субстратного комплекса [Rees et al., 1990; Vallance et al., 1992]. Даже небольшое повышение концентрации АДМА вне клетки соответствует такому изменению внутриклеточного уровня АДМА, которое достаточно для подавления активности NOS [Cardounel et al., 2007]. Структурный изомер АДМА - симметричный диметиларгинин (СДМА), не влияет на активность NOS, но конкурирует с АРГ за трансмембранные переносчики в клетку, ограничивая доступность АРГ для NOS [Closs et al., 1997].
В этой связи изучение метаболизма АРГ и метиларгининов, а также особенностей регуляции продукции NO эндогенными мети- ларгининами в физиологических условиях и при различной патологии in vivo в последнее время привлекает внимание всё большего количества исследователей [Boger, 2009].
Известно, что АРГ синтезируется в организме, а также высвобождается из клеточных белков и поступает с пищей [Morris, 2006]. Метиларгинины образуются при посттрансляционной модификации АРГ-содержащих белков и высвобождаются в результате протеоли- за [Anthony et al., 2005]. Только свободные АДМА и ММА способны ингибировать NOS.
Элиминация свободных ММА и АДМА осуществляется преимущественно путём ферментативного гидролиза диметиларгинин диметиламиногидролазой (ДДАГ) [Ogawa et al., 1987]. Лишь небольшая доля данных веществ выводится с мочой в неизменном виде [Achan et al., 2003]. Напротив, СДМА не подвергается ферментативной деградации и элиминируется путём экскреции с мочой [Yudkoff et al., 1984].
Важным органом для метаболизма АРГ и его метилированных аналогов являются почки. Они не только обеспечивают экскрецию данных веществ с мочой, но участвуют в реализации и других механизмов, связанных с поддержанием определённого уровня циркулирующих в крови АРГ и метиларгининов. Клетки проксимальных канальцев почки являются основным местом продукции АРГ в организме млекопитающих [Dhanakoti et al., 1990] и этот метаболический путь служит важным источником циркулирующего в крови АРГ [Featherson et al., 1973]. Кроме того, в ткани почки содержится большое количество ДДАГ, обеспечивающее ферментативную элиминацию АДМА и ММА [Tojo et al, 1997; Leiper et al., 1999].
В крови пациентов с хронической болезнью почек (ХБП) зарегистрированы повышенные уровни АДМА и СДМА [Schwedhelm and Boger, 2011]. Увеличение циркулирующего в крови АДМА сопровождалось подавлением синтеза NO, и ассоциировалось с развитием сердечно-сосудистой патологии (эндотелиальная дисфункция, атеросклероз, гипертензия и пр.) [Siroen et al., 2006]. Из представленных в литературе данных видно, что роль почек в метаболизме метиларгининов комплексная и изучена недостаточно. Большинство исследований в отношении метаболизма АРГ и его метилированных аналогов при нарушении функции почек являются клиническими и сфокусированы на ХБП. В то же время в литературе отсутствуют работы, направленные на изучение влияния острого повреждения почек на уровни циркулирующих в крови метиларгининов и их экскрецию с мочой. Однако такие исследования, вероятно, могли бы способствовать более полному пониманию роли почек в регуляции уровней метиларгининов. Кроме того, эти исследования помогли бы выяснить, имеют ли метиларгинины какую-либо патогенетическую значимость при синдроме острой почечной недостаточности (ОПН).
Цель работы
Определить влияние острого повреждения почек на почечную экскрецию и метаболизм аргинина и его метилированных аналогов, а также выяснить роль данных веществ в нарушении продукции оксида азота при остром повреждении почек на модели глицериновой острой почечной недостаточности.
Задачи исследования
-
Исследовать суточную экскрецию аргинина, монометиларги- нина, асимметричного и симметричного диметиларгининов с мочой в физиологических условиях и при остром повреждении почек.
-
Определить концентрации аргинина, монометиларгинина, асимметричного и симметричного диметиларгининов, а также их соотношения в плазме крови и почечной ткани в физиологических условиях и при остром повреждении почек.
-
Оценить активность диметиларгинин диметиламиногидролазы в почечной ткани в физиологических условиях и при остром повреждении почек.
-
Измерить скорость продукции аргинина в почечной ткани в физиологических условиях и при остром повреждении почек.
-
Определить концентрацию в крови и суточную экскрецию с мочой конечных стабильных метаболитов оксида азота (нитрит/нитрат-ионов) в физиологических условиях и при остром повреждении почек.
Научная новизна
Впервые показано, что почечная экскреция аргинина, мономе- тиларгинина и симметричного диметиларгинина не изменяется при остром повреждении почек, индуцированном глицерином у крыс, а экскреция асимметричного диметиларгинина многократно увеличивается.
Обнаружено, что при острой почечной недостаточности у крыс концентрация циркулирующего в крови асимметричного димети- ларгинина значимо не меняется, несмотря на значительный рост экскреции этой аминокислоты с мочой. Напротив, на фоне сохранной почечной экскреции аргинина, монометиларгинина и симметричного диметиларгинина, уровень аргинина в системном кровотоке снижается, а симметричного диметиларгинина значительно увеличивается.
Выявлено, что содержание аргинина и его метилированных аналогов в почечной ткани при остром повреждении почек, индуцированном глицерином, уменьшается вдвое.
Впервые продемонстрировано, что при остром повреждении почек в организме возрастает продукция симметричного диметиларгинина, несмотря на то, что общий метаболизм монометиларгинина (предшественника симметричного диметиларгинина) не изменяется.
Установлено, что активность диметиларгинин диметиламино- гидролазы и скорость продукции аргинина в почечной ткани уменьшаются под влиянием острой почечной недостаточности. Подавление активности диметиларгинин диметиламиногидролазы в ткани почки не приводит к повышению концентрации асимметричного диметиларгинина в плазме за счёт увеличения его экскреции с мочой.
Впервые выявлено, что при остром повреждении почек, как в крови, так и в почечной ткани уменьшается отношение АРГ/(ММА+АДМА). Изменение баланса субстрата и эндогенных ингибиторов NO-синтазы приводит к снижению биодоступности оксида азота (количество эндогенного оксида азота, доступного для клеток-мишеней) в организме.
Научно-практическая значимость
Данная работа носит преимущественно фундаментальный характер и существенно расширяет представления о механизмах регуляции уровня циркулирующих в крови аргинина и его метилированных аналогов. Полученные данные также демонстрируют вклад изменений метаболизма аргинина и метиларгининов в снижение синтеза оксида азота и являются шагом к разработке способов коррекции нарушений биодоступности оксида азота при патологии почек.
Полученные результаты работы могут быть использованы в учебно-методическом процессе на биологических и медицинских факультетах ВУЗов.
Положения, выносимые на защиту
-
-
Острое повреждение почек у крыс не оказывает влияния на почечную экскрецию аргинина, монометиларгинина, симметричного диметиларгинина и увеличивает экскрецию асимметричного диме- тиларгинина. При этом продукция симметричного диметиларгинина в организме увеличивается, а метаболизм монометиларгинина не изменяется.
-
Ферментативный путь элиминации асимметричного димети- ларгинина в почечной ткани при остром повреждении почек подавляется, однако это нарушение не приводит к повышению концентрации асимметричного диметиларгинина в плазме крови за счёт компенсаторного увеличения его почечной экскреции.
-
Продукция аргинина почечной тканью при остром повреждении почек подавляется, а его концентрация в крови и ткани почки снижается, что приводит к уменьшению количества субстрата NO- синтазы (аргинина) на единицу её эндогенных ингибиторов (монометиларгинина и асимметричного диметиларгинина) и, как следствие, к снижению биодоступности оксида азота в почке и в целом организме.
Апробация работы
Материалы, изложенные в диссертации, представлены на XXI съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (г. Калуга, 1925 сентября 2010 г.), на XLVII ERA-EDTA Congress (г. Мюнхен, Германия, 25-28 июня 2010 г.), 5th International Symposium on ADMA (г. Чикаго, США, 11-12 ноября 2010 г.), на I всероссийской научной конференции молодых учёных «Проблемы биомедицинской науки третьего тысячелетия» (г. Санкт-Петербург, 21-22 декабря 2010 г.), на конкурсе молодых учёных ФГБУ «НИИ физиологии» СО РАМН на лучшую научно-исследовательскую работу (г. Новосибирск, 22 марта 2012 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ (из них - 5 статей в центральной печати).
Объем и структура диссертации
Похожие диссертации на Метаболизм аргинина и его метилированных аналогов в физиологических условиях и при остром повреждении почек у крыс
-
