Вплив нікотину на функції мітохондрій
By fluorescent flow cytometry and immunoenzyme techniques, it is shown that nicotine influences the calcium influx into mitochondria through nicotinic acetylcholine receptors expressed on the outer mitochondria membrane.
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/123456789/6245 |
| 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: | Вплив нікотину на функції мітохондрій / Г.Л. Гергалова, О.Ю. Лихмус, Л.М. Коваль, В.О. Чернишов, С.В. Комiсаренко, М.В. Скок // Доп. НАН України. — 2008. — № 11. — С. 164-168. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859948458726653952 |
|---|---|
| author | Гергалова, Г.Л. Лихмус, О.Ю. Коваль, Л.М. Чернишов, В.О. Комісаренко, С.В. Скок, М.В. |
| author_facet | Гергалова, Г.Л. Лихмус, О.Ю. Коваль, Л.М. Чернишов, В.О. Комісаренко, С.В. Скок, М.В. |
| citation_txt | Вплив нікотину на функції мітохондрій / Г.Л. Гергалова, О.Ю. Лихмус, Л.М. Коваль, В.О. Чернишов, С.В. Комiсаренко, М.В. Скок // Доп. НАН України. — 2008. — № 11. — С. 164-168. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | By fluorescent flow cytometry and immunoenzyme techniques, it is shown that nicotine influences the calcium influx into mitochondria through nicotinic acetylcholine receptors expressed on the outer mitochondria membrane.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:15:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
11 • 2008
БIОХIМIЯ
УДК 577.27
© 2008
Г.Л. Гергалова, О. Ю. Лихмус, Л. М. Коваль, В. О. Чернишов,
академiк НАН України С. В. Комiсаренко, М. В. Скок
Вплив нiкотину на функцiї мiтохондрiй
By fluorescent flow cytometry and immunoenzyme techniques, it is shown that nicotine influ-
ences the calcium influx into mitochondria through nicotinic acetylcholine receptors expressed
on the outer mitochondria membrane.
Нiкотиновi ацетилхолiновi рецептори (нАХР) — це лiгандозалежнi iоннi канали, якi опосе-
редковують швидку синаптичну передачу i регулюють активнiсть iнших рецепторiв та ви-
вiльнення медiаторiв у нервовiй системi [1]. Експресiю нАХР знайдено також у незбудливих
клiтинах ссавцiв, де цi рецептори є провiдниками дiї ендогенного ацетилхолiну i нiкотину,
що потрапляє в органiзм при палiннi тютюну [2, 3]. Крiм того, подiбнi рецептори знаходять
у нижчих тваринах, рослинах i навiть бактерiях [4], це свiдчить про унiверсальну роль
ацетилхолiну як еволюцiйно давнього медiатору.
Нiкотин справляє багато негативних ефектiв на тканини i органи людей: викликає стан
залежностi, порушує метаболiзм кератиноцитiв шкiри, пружнiсть судин, викликає патологiї
дихальних шляхiв, знижує iмунну реактивнiсть. Разом з цим при деяких нейродегенератив-
них захворюваннях, таких як хвороби Паркiнсона i Альцгеймера, нiкотин має позитивний
вплив, регулюючи рiвень допамiну в мозку та уповiльнюючи процеси дегенерацiї [5]. Було
припущено, що одним iз протективних механiзмiв дiї нiкотину є вплив на функцiї мiто-
хондрiй мозку [6].
Важливими функцiями мiтохондрiй є забезпечення клiтин енергiєю АТФ, що утворю-
ється в ланцюзi окисно-вiдновних реакцiй, та запуск процесiв апоптозу шляхом звiльнення
цитохрому с. Було показано, що нiкотин пiдтримував вiдновно-окиснювальний стан мiто-
хондрiй, запобiгав появi вiльного цитохрому с [7], знижував продукцiю супероксидних ра-
дикалiв, прямо зв’язуючись з комплексом I дихального ланцюга мiтохондрiй, та iнгiбував
активнiсть НАДН-убiхiнон редуктази [8]. Цi ефекти нiбито не залежали вiд рецептора до
нiкотину. Однак в роботi [9] холiнергiчний антагонiст мекамiламiн зменшував протективну
дiю нiкотину на активацiю каспази-3 i нагромадження радикалiв кисню. В iнших дослiд-
женнях специфiчний агонiст α7-вмiсного субтипу нАХР 2,4-диметоксибензiлiден анабазеїн
запобiгав зниженню мембранного потенцiалу мiтохондрiй гiпокампу пiд дiєю етанолу, i його
дiя блокувалась антагонiстом α7 нАХР метиллiкаконiтином (МЛА) [10]. Цi данi свiдчили
164 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №11
про можливу участь нАХР в дiяльностi мiтохондрiй. Однак експресiю цих рецепторiв так
щiльно пов’язують виключно з плазматичною мембраною, що детальнi дослiдження їх на-
явностi на субклiтинних органелах не проводилися.
Згiдно з ендосимбiонтною гiпотезою, мiтохондрiї походять iз прадавнiх бактерiй, що збе-
регли певну автономiю у складi вищих органiзмiв [11]. Зважаючи на знаходження нАХР-по-
дiбного рецептора в бактерiальних клiтинах [4], ми поставили питання про можливу екс-
пресiю нАХР у мiтохондрiях вищих тварин.
Для з’ясування цього мiтохондрiї було видiлено iз печiнки мишей лiнiї С57Bl/6 за
стандартною методикою [12]. Чистоту видiлення контролювали протоковою цитофлуори-
метрiєю на приладi EPICS-XL (Coulter-Beckman) за включенням нонiл акридин оранжу
(НAO) — специфiчного лiганду кардiолiпiну, характерного для внутрiшнiх мембран мiто-
хондрiй. Життєздатнiсть мiтохондрiй оцiнювали за показниками мембранного потенцiа-
лу при зв’язуваннi потенцiалчутливого флуоресцентного зонду тетраметилродамiн метилу
(ТМРМ). Наявнiсть нАХР у видiленому препаратi мiтохондрiй визначали методами про-
токової цитофлуориметрiї та сендвiч-iмуноферментного аналiзу (IФА) за зв’язуванням ан-
титiл, специфiчних до рiзних субодиниць нАХР. У сендвiч-IФА використовували детер-
гентнi лiзати мiтохондрiй, видiлених з печiнки мишей дикого типу та нокаутних за гена-
ми α7 або β2 субодиниць нАХР. Планшети для IФА покривали кролячими антитiлами
проти великого позаклiтинного фрагменту α7(1–207), а зв’язування α7-вмiсного рецеп-
тора детектували за допомогою бiотинiльованих антитiл проти α7(179–190) i кон’югата
екстравiдину з пероксидазою (Sigma, USA). Включення iонiв Ca
2+ до мiтохондрiй оцiню-
вали за зниженням мембранного потенцiалу та за флуоресценцiєю Ca
2+-чутливого зонду
Fluo 3-AM.
За зв’язуванням НАО чистота видiленого препарату мiтохондрiй становила 95%. Ве-
личина мембранного потенцiалу мала середнє значення флуоресценцiї ТМРМ у межах
10–15 ум. од. та знижувалась на 90–95% при додаваннi 0,1 мкмоль iонофори СССР. За
даними електронної мiкроскопiї препарат мiстив мiтохондрiї з цiлiсними зовнiшнiми i до-
бре вираженими внутрiшнiми мембранами (рис. 1).
За даними протокової цитофлуориметрiї, видiленi мiтохондрiї зв’язували антитiла про-
ти α7, але не β2 субодиницi нАХР (рис. 2, а). У сендвiч-IФА мiтохондрiї мишей, нокаут-
них за геном α7 субодиницi нАХР, давали значно нижчий сигнал, нiж мiтохондрiї мишей
дикого типу (див. рис. 2, б ). Нiкотин, доданий до суспензiї мiтохондрiй, знижував мем-
бранний потенцiал на 10–12%. При цьому значно знижувалась вiдповiдь мiтохондрiй на
Ca
2+ (рис. 3). Додавання МЛА не впливало на мембранний потенцiал, але пригнiчувало
вiдповiдь на Ca
2+. Як показано на рис. 4, i нiкотин, i МЛА знижували кiлькiсть Ca
2+,
що надходив усередину мiтохондрiй при додаваннi його ззовнi. Очевидно, ефект нiкотину
мiг бути пов’язаний iз зниженням ним мембранного потенцiалу, в той час як дiя анта-
гонiсту була вочевидь пов’язана з нАХР. Ефект, подiбний до дiї нiкотину, спостерiгався
також при додаваннi до мiтохондрiй холiну, який є ефективним агонiстом α7 нАХР. Це
означало, що в препаратi присутнi α7-вмiснi нАХР, якi регулюють процеси входу Ca
2+ до
мiтохондрiй.
Поряд з окисно-вiдновними процесами, нагромадження Ca
2+ i його вивiльнення є однiєю
iз важливiших функцiй мiтохондрiй. За сучасними уявленнями, Ca
2+ потрапляє всередину
мiтохондрiй за допомогою двох транспортних систем, локалiзованих на внутрiшнiй мембра-
нi: так званого унiпортеру i механiзму швидкого нагромадження (rapid accumulation mode,
RaM) [12]. Незважаючи на велику кiлькiсть публiкацiй, будова i детальнi механiзми дiї цих
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №11 165
Рис. 1. Характеристики видiленого препарату мiтохондрiй:
а — за даними електронної мiкроскопiї; б — за розмiром та гранулярнiстю в протоковiй цитофлуориметрiї;
в, г — за iнтенсивнiстю флуоресценцiї у вiдсутностi (в) або присутностi (г) НАО
систем досi не визначенi. Зокрема, фiзiологiчнi концентрацiї Ca
2+ у цитоплазмi нормальних
клiтин у 2–3 рази нижчi, нiж необхiдно для функцiонування унiпортеру. Тому вважають, що
iснують додатковi механiзми збiльшення локальної концентрацiї Ca
2+ мiж зовнiшньою та
внутрiшньою мембранами мiтохондрiй. Отриманi нами данi дозволяють припустити, що та-
ким механiзмом може бути транспорт Ca
2+, прямо чи непрямо опосередкований α7 нАХР,
локалiзованими на зовнiшнiй мембранi.
Зовнiшню мембрану мiтохондрiй довго вважали вiльно проникною для Ca
2+ завдяки
наявностi в нiй потенцiалзалежних анiонних каналiв, якi утворюють пори, достатнi для
166 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №11
Рис. 2. Зв’язування антитiл проти нАХР з мiтохондрiями:
а — в протоковiй цитофлуориметрiї: 1 — антитiла проти α7 субодиницi, 2 — антитiла проти β2 субодиницi,
3 — неспецифiчнi iмуноглобулiни; б — у сендвiч-IФА: 4 — лiзат мозку мишей дикого типу, 5 — лiзат моз-
ку α7-нокаутiв, 6, 7 — лiзати мiтохондрiй мишей дикого типу, 8, 9 — лiзати мiтохондрiй β2, α7 нокаутiв
вiдповiдно; n = 5; * — p < 0,005 вiдносно lg G; ** — p < 0,005 вiдносно дикого типу
Рис. 3. Вплив нiкотину та метиллiкаконiтiну на
мембранний потенцiал мiтохондрiй та його зниже-
ння при додаваннi 0,8 мкмоль СаCl2; n = 5; * —
p < 0,005 вiдносно контролю з ТМРМ
Рис. 4. Змiни флуоресценцiї мiтохондрiй, заван-
тажених зондом Fluo-3AM, при додаваннi рiзних
комбiнацiй Ca
2+ та лiгандiв нАХР:
1 — контроль; 2 — 0,8 мкмоль СаСl2; 3 —
0,8 мкмоль СаСl2 та 1 мкмоль нiкотин; 4 — 5 нмоль
МЛА та 0,8 мкмоль СаСl2; 5 — 5 нмоль МЛА,
0,8 мкмоль СаСl2 та 1 мкмоль нiкотин; n = 3
проходження молекул невеликого розмiру. Однак останнi данi показують, що транспорт
Ca
2+ через зовнiшню мембрану — це контрольований процес [13]. нАХР α7 субтипу є ви-
соко проникними для Ca
2+, а також здатними регулювати функцiонування iнших iонних
каналiв [14]. У мембранах електричного органу морського вугра Torpedo, багатих на аце-
тилхолiновi рецептори, знайдено гомологи мiтохондрiальних потенцiалзалежних анiонних
каналiв та транспортного бiлка для АТФ/АДФ [15]. Цi данi свiдчать на користь можли-
вого зв’язку нАХР i мiтохондрiальних Ca
2+-транспортних систем, що пiдтверджує нашу
гiпотезу.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №11 167
Автори висловлюють подяку проф. Ж.-П. Шанже, докт. I. Клоез-Тайаранi (Iнститут Пас-
тера, Париж) за надання можливостi використання органiв нокаутних мишей в межах дослiд-
жень за пiдтримки стипендiї EMBO (Л. Коваль) i докт. Л. Г. Бабiч за консультативну пiд-
тримку.
1. Paterson D., Nordberg A. Neuronal nicotinic receptors in the human brain // Progress in Neurobiology. –
2000. – 61. – P. 75–111.
2. Grando S. A. Cholinergic control of epidermal cohesion // Experimental Dermatology. – 2006. – 15, No 4. –
P. 265–282.
3. Kawashima K., Fujii T. The lymphocytic cholinergic system and its biological function // Life Sciences. –
2003. – 72. – P. 2101–2109.
4. Bosquet N., Prado de Carvalho L., Cartaud J. et al. A prokaryotic proton-gated ion channel from the
nicotinic acetylcholine receptor family // Nature. – 2007. – 445. – P. 116–119.
5. Picciotto M.R., Zoli M. Neuroprotection via nAChRs: the role of nAChRs in neurodegenerative disorders
such as Alzheimer’s and Parkinson’s disease // Front Biosci. – 2008. – 13. – P. 492–504.
6. Aliev G., Sevidova D., Lamb B.T. et al. Mitochondria and vascular lesions as a central target for the
development of Alzheimer disease-like pathology in transgenic mice // Neurol. Res. – 2003. – 25, No 6. –
P. 665–674.
7. Xie Y.X., Bezard E., Zhao B. L. Investigating the receptor-independent neuroprotective mechanisms of
nicotine in mitochondria // J. Biol. Chem. – 2005. – 280, No 37. – P. 32405–32412.
8. Cormier A., Morin C., Zini R. et al. In vitro effects of nicotine on mitochondrial respiration and superoxide
anion generation // Brain Res. – 2001. – 900, No 1. – P. 72–79.
9. Liu Q., Zhao B. Nicotine attenuates beta-amyloid peptide-induced neurotoxicity, free radical and calcium
accumulation in hippocampal neuronal cultures // Br. J. Pharmacol. – 2004. – 141, No 4. – P. 746–754.
10. Li Y., Meyer E.M., Walker D.W. et al. Alpha7 nicotinic receptor activation inhibits ethanol-induced
mitochondrial dysfunction, cytochrome c release and neurotoxicity in primary rat hippocampal neuronal
cultures // J. Neurochem. – 2002. – 81, No 4. – P. 853–858.
11. Karlberg O., Cauback B., Kurland C.G., Andersson S.G. The dual origin of the yeast mitochondrial
proteome // Yeast. – 2000. – 17. – P. 170–187.
12. Gunter T.E., Yule D. I., Gunter K.K. et al. Calcium and mitochondria // FEBS Lett. – 2004. – 53. –
P. 96–102.
13. Csordбs G., Madesh M., Antonsson B., Hajnуczky G. tcBid promotes Ca(2+) signal propagation to the
mitochondria: control of Ca(2+) permeation through the outer mitochondrial membrane // EMBO J. –
2002. – 21, No 9. – P. 2198–2206.
14. Wheeler D.G., Barrett C. F., Tsien R.W. L-type calcium channel ligands block nicotine-induced signaling
to CREB by inhibiting nicotinic receptors // Neuropharmacology. – 2006. – 51, No 1. – P. 27–36.
15. Blanton M.P., Lala A.K., Cohen J. B. Identification and characterization of membrane-associated po-
lypeptides in Torpedo nicotinic acetylcholine receptor-rich membranes by hydrophobic photolabeling //
Biochim. Biophys. Acta. – 2001. – 1512, No 2. – P. 215–224.
Надiйшло до редакцiї 04.03.2008Iнститут бiохiмiї iм. О.В. Палладiна
НАН України, Київ
168 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №11
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6245 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:15:37Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гергалова, Г.Л. Лихмус, О.Ю. Коваль, Л.М. Чернишов, В.О. Комісаренко, С.В. Скок, М.В. 2010-02-22T12:17:42Z 2010-02-22T12:17:42Z 2008 Вплив нікотину на функції мітохондрій / Г.Л. Гергалова, О.Ю. Лихмус, Л.М. Коваль, В.О. Чернишов, С.В. Комiсаренко, М.В. Скок // Доп. НАН України. — 2008. — № 11. — С. 164-168. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6245 577.27 By fluorescent flow cytometry and immunoenzyme techniques, it is shown that nicotine influences the calcium influx into mitochondria through nicotinic acetylcholine receptors expressed on the outer mitochondria membrane. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Біохімія Вплив нікотину на функції мітохондрій Article published earlier |
| spellingShingle | Вплив нікотину на функції мітохондрій Гергалова, Г.Л. Лихмус, О.Ю. Коваль, Л.М. Чернишов, В.О. Комісаренко, С.В. Скок, М.В. Біохімія |
| title | Вплив нікотину на функції мітохондрій |
| title_full | Вплив нікотину на функції мітохондрій |
| title_fullStr | Вплив нікотину на функції мітохондрій |
| title_full_unstemmed | Вплив нікотину на функції мітохондрій |
| title_short | Вплив нікотину на функції мітохондрій |
| title_sort | вплив нікотину на функції мітохондрій |
| topic | Біохімія |
| topic_facet | Біохімія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6245 |
| work_keys_str_mv | AT gergalovagl vplivníkotinunafunkcíímítohondríi AT lihmusoû vplivníkotinunafunkcíímítohondríi AT kovalʹlm vplivníkotinunafunkcíímítohondríi AT černišovvo vplivníkotinunafunkcíímítohondríi AT komísarenkosv vplivníkotinunafunkcíímítohondríi AT skokmv vplivníkotinunafunkcíímítohondríi |