Ефект ацетил-L-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi
A close relation between the impaired energy metabolism and the serotonin release from isolated synaptic terminals is established. These data suggest a substantial role of mitochondria in the derangement of the synaptic function associated with diabetes. Positive neuromodulatory role of acetyl-L-car...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4952 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Ефект ацетил-L-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi / Т.М. Кучмеровська, I.О. Шиманський, Г.В. Донченко, Л.В. Янiцька, В.М. Копелевич, А.П. Клименко // Доп. НАН України. — 2008. — № 6. — С. 168-172. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859592054238085120 |
|---|---|
| author | Кучмеровська, Т.М. Шиманський, I.О. Донченко, Г.В. Янiцька, Л.В. Копелевич, В.М. Клименко, А.П. |
| author_facet | Кучмеровська, Т.М. Шиманський, I.О. Донченко, Г.В. Янiцька, Л.В. Копелевич, В.М. Клименко, А.П. |
| citation_txt | Ефект ацетил-L-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi / Т.М. Кучмеровська, I.О. Шиманський, Г.В. Донченко, Л.В. Янiцька, В.М. Копелевич, А.П. Клименко // Доп. НАН України. — 2008. — № 6. — С. 168-172. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | A close relation between the impaired energy metabolism and the serotonin release from isolated synaptic terminals is established. These data suggest a substantial role of mitochondria in the derangement of the synaptic function associated with diabetes. Positive neuromodulatory role of acetyl-L-carnitine on the serotoninergic system is found. It is most likely to be mediated by it’s normalizing effect on the energy metabolism.
|
| first_indexed | 2025-11-27T16:28:44Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
6 • 2008
БIОХIМIЯ
УДК 616.379-008.64:577.117
© 2008
Т.М. Кучмеровська, I.О. Шиманський, член-кореспондент НАН
України Г.В. Донченко, Л.В. Янiцька, В.М. Копелевич,
А.П. Клименко
Ефект ацетил-L-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю
та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi
A close relation between the impaired energy metabolism and the serotonin release from isolated
synaptic terminals is established. These data suggest a substantial role of mitochondria in the
derangement of the synaptic function associated with diabetes. Positive neuromodulatory role
of acetyl-L-carnitine on the serotoninergic system is found. It is most likely to be mediated by
it’s normalizing effect on the energy metabolism.
Вiдомо, що бiльшiсть змiн у центральнiй нервовiй системi (ЦНС) при цукровому дiабетi
(ЦД) є вторинними стосовно цереброваскулярних та метаболiчних порушень. Проте спе-
цифiчнi змiни у функцiонуваннi нейротрансмiтерних систем та транспорту через гемато-
енцефалiчний бар’єр можуть бути первинними у розвитку когнiтивних дисфункцiй, пси-
хiчних (депресiї), нейрологiчних та нейроендокринних порушень при дiабетичнiй енцефа-
лопатiї [1]. Найбiльш вивченими при ЦД є класичнi нейротрансмiтернi системи групи мо-
ноамiнiв, зокрема нашi попереднi дослiдження свiдчать про порушення за даної патологiї
процесiв як спонтанного, так i iндукованого вивiльнення, а також зворотного поглинання
серотонiну, дофамiну та γ-амiномасляної кислоти iзольованими синаптичними закiнчення-
ми головного мозку щурiв.
Дослiдженнями виявлено, що мiтохондрiї можуть вiдiгравати важливу роль у процесах
поглинання i вивiльнення медiаторiв та забезпечували нормальне функцiонування нейро-
трансмiтерних систем [2]. Вiдомо, що у функцiонуваннi мiтохондрiй iстотну роль вiдiграє
L-карнiтин. Вiн бере участь у транспортi жирних кислот через внутрiшню мiтохондрiальну
мембрану до матриксу, де вони oкиснюються, продукуючи енергiю в рiзних тканинах [3].
Карнiтин бере участь й у β-oкисненнi довголанцюгових жирних кислот, а також сприяє
клiтиннiй деiнтоксикацiї, стимулює бiосинтез ацетилхолiну з холiну, оптимiзує метаболiчнi
реакцiї за участю коферменту А та обмiн глюкози й бiлка [4].
Акумуляцiя довголанцюгових жирних кислот, а також порушення їх β-oкиснення вна-
слiдок дефiциту L-карнiтину та/або його етирифiкованих похiдних може негативно вплива-
ти на функцiю нервових клiтин при дiабетi, зокрема, порушуючи цiлiснiсть цитоплазматич-
ної та мiтохондрiальної мембран, внутрiшньоклiтинний метаболiзм та енергоутворення [5].
168 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №6
Метою даної роботи було вивчити можливий зв’язок мiж рiвнем L-карнiтину, функцiо-
нальним станом мiтохондрiй та порушеннями процесiв вивiльнення серотонiну iзольованими
синаптичними закiнченнями головного мозку щурiв, а також з’ясувати можливий механiзм
нейропротекторної дiї ацетил-L-карнiтину (AL-карнiтин).
Дослiдження проводили на моделi шеститижневого експериментального дiабету, який
iндукували введенням стрептозотоцину в дозi 60 мг/кг маси тiла внутрiшньочеревин-
но. Пiсля чотирьох тижнiв розвитку стрептозотоцинового дiабету щурам протягом двох
тижнiв вводили AL-карнiтин у дозi 150 мг/кг внутрiшньочеревинно. Рiвень глюкози
в кровi визначали за допомогою глюкометра Precision Xtra Plus (MediSense UK Ltd.,
Oxon, UK).
Синаптосоми головного мозку видiляли методом диференцiйного центрифугування в
градiєнтi густини сахарози методом Aбiтa [6]. При дослiдженнi процесу вивiльнення серото-
нiну спочатку синаптосоми (1 мг бiлка/мл середовища) навантажували [2-14C]серотонiном
(57 мКи/ммоль, кiнцева концентрацiя якого становила 1,48 мкмоль/л) в iнкубацiйному се-
редовищi такого складу: NaCl 126; KСl 5; MgCl2 14,2; CaCl2 1,0; глюкоза 10,0; Na-фосфатний
буфер, pH 7,4–100, до якого додавали iнгiбiтор моноамiнооксидази iпронiазид (10−5 моль/л)
для запобiгання розщепленню мiченого медiатору. Пiсля закiнчення iнкубацiї (10 хв при
37 ◦С) проби швидко фiльтрували та фiльтри GF/C “Whatman” з навантаженим мiченим
нейромедiатором помiщали у перфузiйнi камери, пiд’єднанi до перистальтичного насосу
i промивали iнкубацiйним середовищем (3 мл) зi швидкiстю 1,0 мл/хв. Фракцiї з радiо-
активнiстю, що вивiльнилася, збирали кожної хвилини упродовж 3 хв i пiдраховували ра-
дiоактивнiсть у сцинтиляцiйнiй рiдинi РС-103. Вивiльнення серотонiну виражали в процен-
тах [7].
Мiтохондрiї видiляли методом диференцiйного центрифугування [6]. Мембранний по-
тенцiал мiтохондрiй визначали за поглинанням родамiну 123 (Rh123) [8].
Активнiсть Na+,K+-АТРази дослiджували спектрофотометром за методом, який базу-
ється на визначеннi кiнцевого продукту АТРазних реакцiй — фосфату, пiсля утворення ним
забарвленого комплексу з молiбдатом амонiю [9]. Вмiст L-карнiтину визначали у плазмi
кровi та головному мозку радiоферментним методом [10]; рiвень АТР та сорбiтолу — фер-
ментативно у депротеїнiзованих та деiонiзованих кислотних екстрактах, згiдно з даними
роботи [11]; вмiст бiлка — методом Лоурi. Статистичний аналiз отриманих даних здiйсню-
вали, використовуючи стандартний t-критерiй Стьюдента для некорельованих виборок.
Пiсля шести тижнiв розвитку дiабету рiвень глюкози в кровi щурiв пiдвищувався у 4,7
раза у порiвняннi з контрольними тваринами.
Як свiдчать данi, представленi на рис. 1, дiабет призводив до iстотного зниження рiвня
L-карнiтину як у плазмi кровi, так i в мозку стосовно контролю. Рiвень карнiтину в плазмi
кровi досить часто використовується як показник забезпеченостi карнiтином органiзму в цi-
лому. Тому знижений рiвень L-карнiтину у головному мозку можна пояснити його низькою
бiодоступнiстю внаслiдок порушеного бiосинтезу та, не виключено, низькою активнiстю
мембранних транспортерiв карнiтину.
У мiтохондрiях, видiлених з мозку дiабетичних щурiв, на 21% пiдвищувалась флуорес-
ценцiя Rh123, що вказує на зниження їх мембранного потенцiалу (рис. 2). Цi змiни су-
проводжувалися зниженням вмiсту АТР у синаптосомах головного мозку щурiв (рис. 3),
що може свiдчити про iндуковнi дiабетом порушення у функцiонуваннi електронно-транс-
портного ланцюга та енергетичного спряження процесу перенесення електронiв iз синтезом
АТР (окисне фосфорилювання AДP).
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №6 169
Рис. 1. Загальний вмiст L-карнiтину в плазмi кровi та гомогенатi мозку; M ±m, n = 5–7.
Тут i на рис. 2, 3: 1 — контроль; 2 — дiабет (Д); 3 — Д + AL-карнiтин.
Плазма: (53,5± 4,7) нмоль/мл; мозок: (1,3± 0,1) нмоль/мг бiлка (прийнято за 100%)
Рис. 2. Мiтохондрiальний мембранний потенцiал (delta psi); M ±m, n = 5
Рис. 3. Вмiст АТР у синаптосомах мозку; M ±m, n = 5–7
Вiдомо, що ацетил-L-карнiтин впливає на холiнергiчну трансмiсiю головного мозку [12],
тому важливим є вивчення впливу та можливого моделювального ефекту ацетил-L-карнiти-
ну на вивiльнення синаптосомами головного мозку iнших нейромедiаторiв, зокрема серото-
нiну. В порiвняннi з контролем, розвиток дiабету призвiв до 40,3% пiдвищення спонтанного
170 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №6
Рис. 4. Вивiльнення [2-14C]серотонiну iз синаптосом головного мозку щурiв (M ±m).
Результати представленi як процент вивiльнення [2-14C]серотонiну вiд загального [2-14C]серотонiну (серо-
тонiн у синаптосомах + серотонiн, що секретується).
1 — контроль (К); 2 — К + 30 ммоль/л KCl; 3 — дiабет (Д); 4 — Д + AL-карнiтин; 5 — Д + 30 ммоль/л KCl
вивiльнення серотонiну синаптичними закiнченнями (рис. 4). Це супроводжувалось зни-
женням активностi Na+,K+-ATPази в синаптичних мембранах до (4,83± 1,08) у порiвняннi
з (6,95±1,49) мкмоль Рнеорган. за годину на мiлiграм бiлка у контролi. Вiдомо, що ефективне
функцiонування Na+,K+-помпи сприяє створенню градiєнтiв одновалентних катiонiв через
цитоплазматичну мембрану, визначаючи величину мембранного потенцiалу, яка зумовлює
динамiчнiсть процесiв зворотного поглинання та вивiльнення нейромедiаторiв синаптични-
ми закiнченнями [13]. Зниження активностi Na+,K+-ATPази можна пояснити встановленим
дефiцитом АТР та виявленим триразовим зростанням вмiсту сорбiтолу мозку (не наведе-
но), який порушує осмолярнiсть клiтин та розподiл одновалентних катiонiв усерединi та
ззовнi клiтини.
Результатом як внутрiшньоклiтинного акумулювання сорбiтолу, так i зниження актив-
ностi Na+,K+-ATPази може бути зниження трансмембранного цитоплазматичного потен-
цiалу нервових закiнчень. У свою чергу, можна припустити, що пiдвищене вивiльнення
серотонiну за даної патологiї iндукується змiнами трансмембранного цитоплазматичного
потенцiалу [14].
Iндуковане in vitro калiєвою деполяризацiєю вивiльнення серотонiну було в два рази
вищим за дiабет у порiвняннi з контролем (див. рис. 4). Це свiдчить про те, що вивiльнений
серотонiн при дiї КСl переважно походить з його везикульованого пулу та може вказувати
на пiдвищену за умов ЦД нейросекрецiю серотонiну.
Потенцiйна терапевтична роль ацетилкарнiтину в лiкуваннi церебральної iшемiї, яка су-
проводжує розвиток дiабетичної нейропатiї, полягає у впливi на механiзми, що включають
бiльш швидке вiдновлення та покращення енергетичного обмiну мозку, а також зниження
рiвня L-карнiтину протягом ранньої постiшемiчної реперфузiї [15]. Дiйсно, введення AL-кар-
нiтину призводило до вiдновлення вмiсту L-карнiтину в плазмi кровi та головному мозку
(див. рис. 1) та значно зменшувало мiтохондрiальнi дисфункцiї, пiдвищуючи як мембранний
потенцiал мiтохондрiй (див. рис. 2), так i вмiст ATP (див. рис. 3).
Таким чином, встановлено, що введення AL-карнiтину частково нормалiзувало
Na+,K+-ATPазну активнiсть ((6,50± 1,70) мкмоль Рнеорган. за годину на мiлiграм бiлка)
та спонтанне вивiльнення серотонiну (див. рис. 4). Проте AL-карнiтин практично не впли-
вав на iндуковане КСl вивiльнення серотонiну при дiабетi (не наведено). Слiд вiдзначити,
що iндукована КСl деполяризацiя та вивiльнення серотонiну є АТР-незалежним процесом.
Пiд дiєю високих концентрацiй KСl спостерiгається його прямий вплив на мембранний по-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №6 171
тенцiал через змiну iонних потокiв. Отже, рiзний вплив хронiчного введення AL-карнiтину
на спонтанне та iндуковане KСl вивiльнення серотонiну вказує на його здатнiсть моди-
фiкувати переважно тi мембранноасоцiйованi процеси, якi залежать вiд рiвня клiтинного
енергоутворення. Нами не виявлено будь-якого iстотного впливу AL-карнiтину на рiвень
глюкози в плазмi кровi та рiвень сорбiтолу в головному мозку.
Встановлення тiсного взаємозв’язку мiж порушеним енергетичним метаболiзмом та про-
цесом вивiльнення серотонiну свiдчить про важливу роль мiтохондрiй в iндукцiї дисфункцiй
нервових закiнчень при цукровому дiабетi. Позитивна нейромодуляторна дiя AL-карнiтину
на серотонiнергiчну медiаторну систему переважно може опосередковуватися його норма-
лiзуючим впливом на енергетичний метаболiзм.
1. Adili F., Larijani B., Haghighatpanah M. Diabetic patients: Psychological aspects // Ann. N.Y. Acad.
Sci. – 2006. – 1084. – P. 329–349.
2. Nicholls D.G. Bioenergetics and transmitter release in the isolated nerve terminal // Neurochem. Res. –
2003. – 10. – 1433–1441.
3. Wolfgang M., Kurama T., Dai Y. et al. The brain-specific carnitine palmitoyltransferase – 1c regulates
energy homeostasis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2006. – 103, No 19. – P. 7282–7287.
4. Mingrone G. Carnitine in type 2 diabetes // Ann. N.Y. Acad. Sci. – 2004. – 1033, No 99–107. – P. 5121–
5126.
5. Hagen T.M., Wehr C.M., Ames B.N. Mitochondrial decay in aging. Reversal through supplementation of
acetyl-L-carnitine and N-tert-butyl-alpha-phenyl-nitrone // Ibid. – 1998. – 20, No 854. – P. 214–223.
6. Abita I. P., Chicheportiche R., Schweitz M. Effect of neurotoxins (veratridine, sea anemonetoxin, tetrodo-
toxin) on transmitter accumulation. Release by nerve terminals in vitro // Biochem. – 1977. – 16, No 9. –
P. 1838–1864.
7. Mitsuko O., Kazunori M., Michihiro F. Differential calcium dependence between the release of endogenous
dopamine and noradrenaline from rat brain synaptosomes // J. Neurochem. – 1990. – 54, No 6. – P. 1947. –
1952.
8. Zhao Kesheng, Zhao Guo-Min, Wu D. et al. Cell-permeable peptide antioxidants targeted to inner mi-
tochondrial membrane inhibit mitochondrial swelling oxidative cell death, and reperfusion injury // J. Biol.
Chem. – 2004. – 279, No 33. – P. 34682–34690.
9. Rathbun W.B., Betlach M.V. Estimation of enzymatically produced orthophosphate in the presence of
cysteine and adenosine triphosphate // Anal. Biochem. – 1969. – 28, No 1–3. – P. 436–445.
10. Cederblad G, Lindstedt S. A method for the determination of carnitine in the picomol range // Clin. Chim.
Acta. – 1972. – 37. – P. 235–243.
11. Bergmeyer H.U. Methods of Enzymatic Analysis. – New York: Verlag Chemie, Weinheim. – 1974. – Vol. 4. –
2300 p.
12. Drago F., Continella G., Pennisi G. et al. Behavioral effects of acetyl-L-carnitine in the male rat //
Pharmacol Biochem Behav. – 1986. – 24, No 5. – P 1393–1396.
13. Therien A.G., Blostein R. Mechanisms of sodium pump regulation // Amer. J. Phys. Cell. Physiol. –
2000. – 279. – С. 541–566.
14. Tuz K., Peсa-Segura C., Franco R., Pasantes-Morales H. Depolarization, exocytosis and amino acid release
evoked by hyposmolarity from cortical synaptosomes // Eur. J. Neurosci. – 2004. – 19, No 4. – P. 916–924.
15. Ido Y., McHowat J., Chang K.C. et al. Neural dysfunction and metabolic imbalances in diabetic rats.
Prevention by acetyl-L-carnitine // Diabetes. – 1994. – 43, No 12. – P 1469–1477.
Надiйшло до редакцiї 20.12.2007Iнститут бiохiмiї iм. О.В. Палладiна
НАН України, Київ
Нацiональний медичний унiверситет
iм. О.О. Богомольця, Київ
172 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №6
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4952 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-27T16:28:44Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кучмеровська, Т.М. Шиманський, I.О. Донченко, Г.В. Янiцька, Л.В. Копелевич, В.М. Клименко, А.П. 2009-12-29T13:53:14Z 2009-12-29T13:53:14Z 2008 Ефект ацетил-L-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi / Т.М. Кучмеровська, I.О. Шиманський, Г.В. Донченко, Л.В. Янiцька, В.М. Копелевич, А.П. Клименко // Доп. НАН України. — 2008. — № 6. — С. 168-172. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4952 616.379-008.64:577.117 A close relation between the impaired energy metabolism and the serotonin release from isolated synaptic terminals is established. These data suggest a substantial role of mitochondria in the derangement of the synaptic function associated with diabetes. Positive neuromodulatory role of acetyl-L-carnitine on the serotoninergic system is found. It is most likely to be mediated by it’s normalizing effect on the energy metabolism. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Біохімія Ефект ацетил-L-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi Article published earlier |
| spellingShingle | Ефект ацетил-L-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi Кучмеровська, Т.М. Шиманський, I.О. Донченко, Г.В. Янiцька, Л.В. Копелевич, В.М. Клименко, А.П. Біохімія |
| title | Ефект ацетил-L-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi |
| title_full | Ефект ацетил-L-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi |
| title_fullStr | Ефект ацетил-L-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi |
| title_full_unstemmed | Ефект ацетил-L-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi |
| title_short | Ефект ацетил-L-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi |
| title_sort | ефект ацетил-l-карнiтину на мiтохондрiальну функцiю та вивiльнення серотонiну при цукровому дiабетi |
| topic | Біохімія |
| topic_facet | Біохімія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4952 |
| work_keys_str_mv | AT kučmerovsʹkatm efektacetillkarnitinunamitohondrialʹnufunkciûtavivilʹnennâserotoninupricukrovomudiabeti AT šimansʹkiiio efektacetillkarnitinunamitohondrialʹnufunkciûtavivilʹnennâserotoninupricukrovomudiabeti AT dončenkogv efektacetillkarnitinunamitohondrialʹnufunkciûtavivilʹnennâserotoninupricukrovomudiabeti AT ânicʹkalv efektacetillkarnitinunamitohondrialʹnufunkciûtavivilʹnennâserotoninupricukrovomudiabeti AT kopelevičvm efektacetillkarnitinunamitohondrialʹnufunkciûtavivilʹnennâserotoninupricukrovomudiabeti AT klimenkoap efektacetillkarnitinunamitohondrialʹnufunkciûtavivilʹnennâserotoninupricukrovomudiabeti |