Ушкодження кальційзахоплюючої функції мітохондрій при експериментальній хворобі Альцгеймера
Методом двохвильового вимiрювання внутрiшньоклiтинної концентрацiї кальцiю з використанням флуоресцентного барвника fura-2/AM виявлено ушкоджуючий вплив бiлка β-амiлоїду (основного компонента сенiльних бляшок при хворобi Альцгеймера) на кальцiйзахоплюючу функцiю мiтохондрiй нейронiв культури гiпокам...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8669 |
| 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: | Ушкодження кальційзахоплюючої функції мітохондрій при експериментальній хворобі Альцгеймера / Т.Ю. Король, О.П. Костюк // Доп. НАН України. — 2009. — № 6. — С. 186-190. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859853082929659904 |
|---|---|
| author | Король, Т.Ю. Костюк, О.П. |
| author_facet | Король, Т.Ю. Костюк, О.П. |
| citation_txt | Ушкодження кальційзахоплюючої функції мітохондрій при експериментальній хворобі Альцгеймера / Т.Ю. Король, О.П. Костюк // Доп. НАН України. — 2009. — № 6. — С. 186-190. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Методом двохвильового вимiрювання внутрiшньоклiтинної концентрацiї кальцiю з використанням флуоресцентного барвника fura-2/AM виявлено ушкоджуючий вплив бiлка β-амiлоїду (основного компонента сенiльних бляшок при хворобi Альцгеймера) на кальцiйзахоплюючу функцiю мiтохондрiй нейронiв культури гiпокампа щурiв.
Damaging action of β-amyloid peptide (main component of senile plaques in Alzheimer’s disease) on the calcium uptake function of mitochondria of rat hippocampal cell culture has been revealed by means of the calcium microfluorometry method using fluorescent dye fura-2/AM.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:42:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 612.825.8:616.89-008.46+577.352.4
© 2009
Т.Ю. Король, О. П. Костюк
Ушкодження кальцiйзахоплюючої функцiї мiтохондрiй
при експериментальнiй хворобi Альцгеймера
(Представлено академiком НАН України П. Г. Костюком)
Методом двохвильового вимiрювання внутрiшньоклiтинної концентрацiї кальцiю з ви-
користанням флуоресцентного барвника fura-2/AM виявлено ушкоджуючий вплив бiлка
β-амiлоїду (основного компонента сенiльних бляшок при хворобi Альцгеймера) на каль-
цiйзахоплюючу функцiю мiтохондрiй нейронiв культури гiпокампа щурiв.
Нейродегенерацiя, асоцiйована з хворобою Альцгеймера, залучає складну систему клiтин-
них та молекулярних взаємодiй, включаючи компоненти збуджуючої вiдповiдi, зокрема,
ексайтотоксичне та окисне пошкодження, що призводить до метаболiчних порушень, не-
нормальних вiдкладень бiлка, цитоскелетних аномалiй та клiтинної смертi. Накопичення
протеїну β-амiлоїду (Аβ) в мозку, а саме у гiпокампi, медiобазальних вiддiлах лобних ча-
стин мозку, а також амiгдалярних ядрах, медiальних вiддiлах скроневих частин кори [1]
у виглядi сенiльних бляшок є визначальною ознакою при манiфестацiї дiагнозу даної хво-
роби, i цей феномен тiсно пов’язаний з порушеннями когнiтивної дiяльностi [2]. β-Амiлоїд
являє собою основний патологiчний маркер при хворобi Альцгеймера та є нерозчинним де-
риватом великого трансмембранного глiкопротеїну — бiлка-попередника амiлоїдного пепти-
ду (АРР) [3]. Точна функцiя останнього невiдома, але найбiльш iмовiрним є те, що вiн бере
безпосередню участь у синаптогенезi [4]. В органiзмi людини в умовах як норми, так i па-
тологiї була виявлена велика кiлькiсть рiзновидiв β-амiлоїдiв, котрi рiзняться довжиною
амiнокислотного ланцюга (вiд 39 до 43 амiнокислотних залишкiв) [5]. Експериментально
було показано, що при хворобi Альцгеймера збiльшується концентрацiя порiвняно довгих
молекул амiлоїдiв, а саме молекул iз 42 амiнокислотними залишками [3, 5].
Вiдомо, що кальцiй має iстотне значення для функцiонування клiтини взагалi i нейронiв
зокрема. Iони кальцiю вiдiграють важливу роль в опосередкуваннi таких процесiв, як екзо-
цитоз i, вiдповiдно, синаптична передача, транскрипцiя генiв, синаптична пластичнiсть [6].
Змiни концентрацiї кальцiю всерединi клiтини вiдбуваються завдяки функцiонуванню не
тiльки мембранних каналiв, але й внутрiшньоклiтинних кальцiйрегулюючих структур (ен-
доплазматичного ретикулуму, мiтохондрiй) та ензимiв (кальцiйзалежних АТФаз). Дослiд-
ження останнiх рокiв дають пiдгрунтя вважати, що мiтохондрiї беруть безпосередню участь
у регуляцiї внутрiшньоклiтинної концентрацiї кальцiю не тiльки при його патологiчному
рiвнi, але й у фiзiологiчних умовах [7]. Вiдкриття в останнi роки нових флуоресцентних
iндикаторiв iонiв кальцiю зробило доступним дослiдження мiтохондрiального захоплення
кальцiю в живих клiтинах. Кальцiєвi сигнали у клiтинах, завантажених мiтохондрiальним
барвником екворiном, супроводжувались швидким та потужним збiльшенням внутрiшньо-
мiтохондрiальної концентрацiї кальцiю [7, 8].
Встановлено, що β-амiлоїд може порушувати кальцiєвий гомеостаз шляхом посилен-
ня вивiльнення кальцiю з внутрiшньоклiтинних депо ендоплазматичного ретикулуму [9],
а також внаслiдок утворення каналiв, сформованих самим β-амiлоїдом [10] та, вiдповiдно,
186 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №6
призводити до порушення функцiонування мiтохондрiй. Як вiдомо з лiтературних джерел,
Гiбсон був одним з перших, хто запропонував iдею того, що ХА обов’язково супроводжує-
ться порушенням енергетичного метаболiзму нейрона [11].
У данiй роботi ми намагались прослiдкувати змiни у функцiонуваннi кальцiйзахоплю-
ючої функцiї мiтохондрiй у культивованих нейронах гiпокампа щурiв за умов 24-годинної
iнкубацiї з β-амiлоїдом.
Матерiали та методи. Експерименти проводили на культивованих нейронах гiпокам-
па самцiв щурiв лiнiї Вiстар. Для отримання експериментальної моделi хвороби Альцгей-
мера β-амiлоїд додавали до культурального середовища в кiнцевiй концентрацiї 2 мкМ
за 24 год до експериментiв для вимiрювання внутрiшньоклiтинної концентрацiї кальцiю
([Ca
2+]i) в нейронах культури гiпокампа. Культивування нейронiв гiпокампа здiйснювали
за методикою, описаною ранiше в [12]. Для вимiрювання [Ca
2+]i культивованi клiтини гi-
покампа завантажували мембранопроникною формою барвника fura-2/АМ у концентрацiї
5 мкМ. Сигнали, якi вiдповiдали двом довжинам хвиль збудження, зберiгали за допомогою
комп’ютера з програмним забезпеченням “Tida” (“Batelle”, ФРН). Змiни [Ca
2+]i в цитоплазмi
клiтин гiпокампа розраховували за формулою Grynkiewicz [13].
Числовi данi представленi як середньоарифметичнi ± середньоквадратична похибка
(SEM) (M ± m).
Пiсля кожного результату наводиться значення n, яке дорiвнює кiлькостi дослiджених
клiтин у незалежних експериментах.
Для оцiнки достовiрностi вiдмiнностей використовувалась величина P , розрахована з ви-
користанням t-тесту Ст’юдента. Критерiєм достовiрностi вiдмiнностей було обрано значе-
ння P < 0,05.
Результати та їх обговорення. Для дослiдження впливу мiтохондрiй на амплiтуду
та кiнетику кальцiєвих сигналiв, викликаних гiперкалiєвою деполяризацiєю, ми викори-
стовували позаклiтинну аплiкацiю СССР (carbonyl cyanide 3-chlorophenylhydrazone) — про-
тонофора, який у концентрацiї 1–10 мкМ викликає руйнування протонного градiєнта на
внутрiшнiй мембранi мiтохондрiй та блокує роботу мiтохондрiального унiпортера, що при-
зводить до порушення акумулювання мiтохондрiями цитозольного кальцiю та пiдвищення
концентрацiї [Ca
2+]i.
У контрольних умовах амплiтуда кальцiєвого транзiєнта у вiдповiдь на аплiкацiю гiпер-
калiєвого розчину становила 508±30 нМ (n = 15). При деполяризацiї ж контрольних клiтин
гiперкалiєвим розчином в присутностi СССР (10 мкМ) вiдбувалось додаткове пiдвищення
[Ca
2+]i (рис. 1), амплiтуда якого достовiрно перевищувала величину кальцiєвого транзiєн-
та, викликаного прикладанням гiперкалiєвого розчину, досягаючи значення 625 ± 39 нМ
(P < 0,05, n = 15). Крiм того, вiдбувалось уповiльнення фази спаду транзiєнта, особливо
виражене протягом його перших кiлькох десяткiв секунд. Це вказує на те, що мiтохондрiї
певною мiрою обмежують амплiтуду кальцiєвого транзiєнта, викликаного деполяризацiєю,
загальмовуючи його початкову фазу, а також на те, що концентрацiя кальцiю у мiтохон-
дрiях зростає пiд час наростання та пiд час спаду транзiєнта.
Пiсля преiнкубацiї культури нейронiв гiпокампа з β-амiлоїдом вiдбувалась змiна кiне-
тики кальцiєвих сигналiв, викликаних прикладанням СССР, розчиненого в гiперкалiєвому
розчинi в концентрацiї 10 мкМ, порiвняно з вiдповiдними значеннями при застосуваннi гi-
перкалiєвого розчину без СССР (рис. 2). Спiввiдношення амплiтуд транзiєнтiв достовiрних
змiн не зазнало: при аплiкацiї гiперкалiєвого розчину значення амплiтуди транзiєнта стано-
вило 644±62 нМ, а при прикладаннi гiперкалiєвого розчину з СССР — 697±66 нМ (n = 9).
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №6 187
Рис. 1
Рис. 2
Для оцiнки впливу β-амiлоїду на функцiонування унiпортера мiтохондрiй, були побудо-
ванi графiки, що являли собою результат усереднення та нормування п’ятнадцяти кальцi-
євих транзiєнтiв, отриманих при прикладаннi гiперкалiєвого розчину з СССР до нейронiв
гiпокампа, культивованих у контрольних умовах (рис. 3, крива 1 ) та пiсля iнкубацiї з β-амi-
лоїдом (рис. 3, крива 2 ). З рис. 3 видно, що пiсля впливу β-амiлоїду кальцiєвi транзiєнти
значно розширились, а це може свiдчити про наявнiсть надлишкової кiлькостi кальцiю
в мiтохондрiях пiсля преiнкубацiї клiтин культури гiпокампа з β-амiлоїдом. Надлишкова
кiлькiсть кальцiю вiдповiдає кривiй 3 на рис. 3, яка є рiзницею усереднених нормованих
транзiєнтiв 2 i 1.
У наших попереднiх експериментах було встановлено, що пiсля преiнкубацiї з β-амiлої-
дом вiдбувалось пiдвищення рiвня внутрiшньоклiтинної концентрацiї кальцiю [12]. Iмовiрно,
з метою стабiлiзацiї рiвня концентрацiї кальцiю мiтохондрiї iнтенсивнiше поглинають на-
длишкову його кiлькiсть, принаймнi у станi спокою клiтини. Очевидно, з цiєї причини ми
спостерiгаємо розширений транзiєнт пiсля застосування СССР порiвняно з транзiєнтом,
отриманим у контролi.
У нейронах культури гiпокампа пiвширини деполяризацiйних кальцiєвих транзiєнтiв
при впливi мiтохондрiального протонофора СССР у концентрацiї 10 мкМ зросли з 11 ±
188 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №6
Рис. 3
± 3 с у контрольних умовах до 32 ± 6 с пiсля преiнкубацiї з β-амiлоїдом (P < 0,02,
n = 15).
Отже, результати нашої роботи вказують на те, що пiсля iнкубацiї з β-амiлоїдом кальцiй
тривалiший час залишається в цитоплазмi, що може бути обумовлене порушенням функцiо-
нування iнших кальцiйрегулюючих структур. Такi змiни можуть бути обумовленi знижен-
ням мiтохондрiального мембранного потенцiалу та порушенням кальцiйзахоплюючої функ-
цiї мiтохондрiй. Нашi данi зiставнi з результатами дослiдiв, проведених на фiбробластах
пацiєнтiв з хворобою Альцгеймера, в яких було показано погiршення захоплення кальцiю
мiтохондрiями та пiдвищення цитоплазматичної концентрацiї кальцiю [14]. В експериментах
на культивованих нейронах гiпокампа та кортикальних нейронах при застосуваннi β-амiло-
їду було показано залежне вiд концентрацiї Аβ порушення транспорту 3Н-дезоксiглюкози,
що зумовлювано зниження продукування АТФ у нейронах [15]. Отже, погiршення мiтохон-
дрiального метаболiзму може бути наслiдком порушення транспорту глюкози, опосередко-
ваним впливом β-амiлоїду, в кортикальних нейронах та нейронах гiпокампа.
Таким чином, цi факти вказують на безпосередню роль мiтохондрiй у нейродегенерацiї
при хворобi Альцгеймера, а також дозволяють припустити, що рання терапевтична “коре-
кцiя” роботи мiтохондрiй може бути ефективною при запобiганнi розвитку та прогресування
цiєї хвороби у людей похилого вiку.
1. Яхно Н.Н., Преображенская И.С. Болезнь Альцгеймера: патогенез, клиника, лечение // Рус. мед.
журн. – 2002. – 10, № 25. – С. 1143–1146.
2. Rossini P.M., Del Percio C., Pasqualetti P. et al. Conversion from mild cognitive impairment to Alzhei-
mer’s disease is predicted by sources and coherence of brain electroencephalography rhythms // Neurosci. –
2006. – 147. – P. 793–803.
3. LaFerla F.M. Calcium dyshomeostasis and intracellular signalling in Alzheimer’s disease // Nature. –
2002. – 3. – P. 861–872.
4. Mattson M. Cellular actions of β-amyloid precursor protein and its soluble and fibrillogenic derivatives //
Physiol. Rev. – 1997. – 77. – P. 1081–1132.
5. Kang J., Lemaire H.G., Unterbeck A. et al. The precursor of Alzheimer’s disease amyloid A4 protein
resembles a cell surface receptor // Nature. – 1987. – 325. – P. 733–736.
6. Костюк П.Г., Зима В.Л., Магура I. С. та iн. Бiофiзика. – Київ: Обереги, 2001. – 544 с.
7. Rizutto R.M., Brini M., Murgia M. Microdomains with high Ca
2+ close to IP3-sensitive channels that are
sensed by neighboring mitochondria // Science. – 1993. – 262. – P. 744–747.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №6 189
8. Rutter G.A., Theler J.M., Muriga M. еt al. Increased Ca
2+ influx raises mitochondrial free calcium to
micromolar levels in a pancreatic beta-cell line // J. Biol. Chem. – 2003. – 268. – P. 22385–22390.
9. Leissring M.A., Paul B. A., Parker I. et al. Alzheimer’s presenilin-1 mutation potentiates inositol 1,4,5-tri-
sphosphate-mediated calcium signaling in Xenopus oocytes // J. Neurochem. – 1999. – 72, No 3. –
P. 1061–1068.
10. Kawahara M., Kuroda Y. Molecular mechanism of neurodegeneration induced by Alzheimer’s beta-amyloid
protein: channel formation and disruption of calcium homeostasis // Brain Res. Bull. – 2000. – 53, No 4. –
P. 389–397.
11. Gibson G. E., Sheu K. F., Blass J. P. Abnormalities of mitochondrial enzymes in Alzheimer’s disease //
J. Neural. Transm. – 1998. – 105. – P. 855–870.
12. Король Т.Ю., Король С.В., Костюк О.П., Костюк П.Г. Змiни кальцiєвого гомеостазу в культиво-
ваних нейронах гiпокампа, викликанi впливом β-амiлоїду // Нейрофизиология. – 2008. – 40, № 1. –
С. 9–12.
13. Grynkiewicz G., Poenie M., Tsien R.Y. A new generation of Ca
2+ indicators with greatly improved
fluorescence properties // J. Biol. Chem. – 1985. – 260. – P. 3440–3450.
14. Hirai K., Aliev G., Nunomura А. et al. Mitochondrial abnormalities in Alzheimer’s disease // J. Neurosci. –
2001. – 21. – P. 3017–3023.
15. Mark R., Pang Z., Geddes J.W. et al. Amyloid β-peptide impairs glucose transport in hippocampal and
cortical neurons: involvement of membrane lipid peroxidation // J. Neurosci. – 1997. – 17, No 3. – P. 1046–
1054.
Надiйшло до редакцiї 09.04.2009Iнститут фiзiологiї iм. О.О. Богомольця
НАН України, Київ
T.Yu. Korol, E. P. Kostyuk
Mitochondrial calcium uptake function damaging in experimental
Alzheimer’s disease
Damaging action of β-amyloid peptide (main component of senile plaques in Alzheimer’s disease)
on the calcium uptake function of mitochondria of rat hippocampal cell culture has been revealed by
means of the calcium microfluorometry method using fluorescent dye fura-2/AM.
190 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №6
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-8669 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:42:14Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Король, Т.Ю. Костюк, О.П. 2010-06-14T10:52:07Z 2010-06-14T10:52:07Z 2009 Ушкодження кальційзахоплюючої функції мітохондрій при експериментальній хворобі Альцгеймера / Т.Ю. Король, О.П. Костюк // Доп. НАН України. — 2009. — № 6. — С. 186-190. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8669 612.825.8:616.89-008.46+577.352.4 Методом двохвильового вимiрювання внутрiшньоклiтинної концентрацiї кальцiю з використанням флуоресцентного барвника fura-2/AM виявлено ушкоджуючий вплив бiлка β-амiлоїду (основного компонента сенiльних бляшок при хворобi Альцгеймера) на кальцiйзахоплюючу функцiю мiтохондрiй нейронiв культури гiпокампа щурiв. Damaging action of β-amyloid peptide (main component of senile plaques in Alzheimer’s disease) on the calcium uptake function of mitochondria of rat hippocampal cell culture has been revealed by means of the calcium microfluorometry method using fluorescent dye fura-2/AM. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Біологія Ушкодження кальційзахоплюючої функції мітохондрій при експериментальній хворобі Альцгеймера Mitochondrial calcium uptake function damaging in experimental Alzheimer’s disease Article published earlier |
| spellingShingle | Ушкодження кальційзахоплюючої функції мітохондрій при експериментальній хворобі Альцгеймера Король, Т.Ю. Костюк, О.П. Біологія |
| title | Ушкодження кальційзахоплюючої функції мітохондрій при експериментальній хворобі Альцгеймера |
| title_alt | Mitochondrial calcium uptake function damaging in experimental Alzheimer’s disease |
| title_full | Ушкодження кальційзахоплюючої функції мітохондрій при експериментальній хворобі Альцгеймера |
| title_fullStr | Ушкодження кальційзахоплюючої функції мітохондрій при експериментальній хворобі Альцгеймера |
| title_full_unstemmed | Ушкодження кальційзахоплюючої функції мітохондрій при експериментальній хворобі Альцгеймера |
| title_short | Ушкодження кальційзахоплюючої функції мітохондрій при експериментальній хворобі Альцгеймера |
| title_sort | ушкодження кальційзахоплюючої функції мітохондрій при експериментальній хворобі альцгеймера |
| topic | Біологія |
| topic_facet | Біологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8669 |
| work_keys_str_mv | AT korolʹtû uškodžennâkalʹcíizahoplûûčoífunkcíímítohondríiprieksperimentalʹníihvorobíalʹcgeimera AT kostûkop uškodžennâkalʹcíizahoplûûčoífunkcíímítohondríiprieksperimentalʹníihvorobíalʹcgeimera AT korolʹtû mitochondrialcalciumuptakefunctiondamaginginexperimentalalzheimersdisease AT kostûkop mitochondrialcalciumuptakefunctiondamaginginexperimentalalzheimersdisease |