BDNF-опосредованная регуляция функционального состояния митохондрий клеток головного мозга в условиях гипоксии

Т.А. Астраханова, М.Д. Уразов, А.В. Усенко, Е.В. Митрошина, Т.А. Мищенко, Н.А. Щелчкова, М.В. Ведунова

Ключевые слова: нейротрофический фактор головного мозга; BDNF; TrkB-сигнализация; острая гипобарическая гипоксия; окислительное фосфорилирование; нейропротекция.

2018, том 10, номер 3, стр. 88.

DOI: https://doi.org/10.17691/stm2018.10.3.10

Полный текст статьи

html pdf

2927

2811

Аннотация
Список литературы
Как цитировать в References

Цель исследования — изучить влияние TrkB-опосредованного действия нейротрофического фактора головного мозга (BDNF) на выживаемость животных и активность дыхательной цепи митохондрий при моделировании острой гипобарической гипоксии in vivo.

Материалы и методы. Эксперименты in vivo выполнены на мышах линии СВА массой 20–25 г. Для моделирования острой гипобарической гипоксии животных помещали в барокамеру, в которой создавали давление 220–240 мм рт. ст., что соответствует высоте 10 000 м над уровнем моря. Оценивали скорость потребления кислорода митохондриями клеток головного мозга при действии гипоксии с помощью респирометра высокого разрешения OROBOROS Oxygraph-2k (OROBOROS Instruments, Австрия).

Результаты. Установлено, что превентивное применение BDNF увеличивает выживаемость животных линии CBA после моделирования острой гипобарической гипоксии, а также оказывает положительное влияние на работу I комплекса дыхательной цепи митохондрий.

Заключение. Нейротрофический фактор BDNF повышает устойчивость животных к действию острой гипобарической гипоксии и оказывает влияние на работу дыхательной цепи митохондрий посредством TrkB-сигнализации. Антигипоксический эффект BDNF реализуется за счет сохранения активности NADH-зависимого пути окисления субстратов и синтеза АТФ.

Лукьянова Л.Д., Кирова Ю.И., Сукоян Г.В. Сигнальные механизмы адаптации к гипоксии и их роль в системной регуляции. Биологические мембраны 2012; 29(4): 238–252.
Duchen M. Mitochondria in health and disease: perspectives on a new mitochondrial biology. Mol Aspects Med 2004; 25(4): 365–451, https://doi.org/10.1016/j.mam.2004.03.001.
Wheaton W.W., Chandel N.S. Hypoxia. 2. Hypoxia regulates cellular metabolism. Am J Physiol Cell Physiol 2011; 300(3): 385–393, https://doi.org/10.1152/ajpcell.00485.2010.
Hernansanz-Agustín P., Ramos E., Navarro E., Parada E., Sánchez-López N., Peláez-Aguado L., Cabrera-García J.D., Tello D., Buendia I., Marina A., Egea J., López M.G., Bogdanova A., Martínez-Ruiz A. Mitochondrial complex I deactivation is related to superoxide production in acute hypoxia. Redox Biol 2017; 12: 1040–1051, https://doi.org/10.1016/j.redox.2017.04.025.
Görlach A., Dimova E.Y., Petry A., Martínez-Ruiz A., Hernansanz-Agustín P., Rolo A.P., Palmeira C.M., Kietzmann T. Reactive oxygen species, nutrition, hypoxia and diseases: рroblems solved? Redox Biol 2015; 6: 372–385, https://doi.org/10.1016/j.redox.2015.08.016.
Olmez I., Ozyurt H. Reactive oxygen species and ischemic cerebrovascular disease. Neurochem Int 2012; 60(2): 208–212, from: https://doi.org/10.1016/j.neuint.2011.11.009.
Chaturvedi R.K., Flint Beal M. Mitochondrial diseases of the brain. Free Radic Biol Med 2013; 63: 1–29, https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2013.03.018.
Galkin A., Abramov A.Y., Frakich N., Duchen M.R., Moncada S. Lack of oxygen deactivates mitochondrial complex I: implications for ischemic injury? J Biol Chem 2009; 284(52): 36055–36061, https://doi.org/10.1074/jbc.m109.054346.
Markham A., Cameron I., Franklin P., Spedding M. BDNF increases rat brain mitochondrial respiratory coupling at complex I, but not complex II. Eur J Neurosci 2004; 20(5): 1189–1196, https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2004.03578.x.
Vedunova М.V., Sakharnova Т.А., Mitroshina E.V., Shishkina T.V., Astrakhanova T.A., Mukhina I.V. Antihypoxic and neuroprotective properties of BDNF and GDNF in vitro and in vivo under hypoxic conditions. Sovremennye tehnologii v medicine 2014; 6(4): 38–47.
Stragier E., Massart R., Salery M., Hamon M., Geny D., Martin V., Boulle F., Lanfumey L. Ethanol-induced epigenetic regulations at the Bdnf gene in C57BL/6J mice. Mol Psychiatry 2015; 20(3): 405–412, https://doi.org/10.1038/mp.2014.38.
Методические рекомендации по экспериментальному изучению препаратов, предлагаемых для клинического изучения в качестве антигипоксических средств. Под ред. Лукьяновой Л.Д. М; 1990.
Егорова М.В., Афанасьев С.А. Выделение митохондрий из клеток и тканей животных и человека: современные методические приемы. Сибирский медицинский журнал 2011; 26(1–1): 22–28.
Vedunova M.V., Mishchenko T.A., Mitroshina E.V., Mukhina I.V. TrkB-mediated neuroprotective and antihypoxic properties of brain-derived neurotrophic factor. Oxid Med Cell Longev 2015; 2015: 453901, https://doi.org/10.1155/2015/453901.
Skaper S.D. Neurotrophic factors: an overview. Methods Mol Biol 2018; 1727: 1–17, https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7571-6_1.
Kristián T. Metabolic stages, mitochondria and calcium in hypoxic/ischemic brain damage. Cell Calcium 2004; 36(3–4): 221–233, https://doi.org/10.1016/j.ceca.2004.02.016.
Лукьянова Л.Д. Сигнальная роль митохондрий при адаптации к гипоксии. Фізіологічний журнал 2013; 59(6): 141–154.

Astrakhanova Т.А., Urazov М.D., Usenko А.V., Mitroshina Е.V., Mishchenko Т.А., Schelchkova N.А., Vedunova М.V. BDNF-Mediated Regulation of the Brain Mitochondria Functional State in Hypoxia. Sovremennye tehnologii v medicine 2018; 10(3): 88, https://doi.org/10.17691/stm2018.10.3.10