ИСТИНА

Проект направлен на экспериментальную проверку гипотезы о прекондиционирующем действии малых доз стрессорных воздействий путем индукции адаптаций организма, усиливающих его способность поддерживать гомеостаз. Согласно этой гипотезе, регуляция гомеостаза реализуется за счет ключевых метаболических систем, воспринимающих сигналы об отклонении от гомеостаза и изменяющих свою функцию в ответ на такие отклонения. В свою очередь, изменение функции этих ключевых ферментов в ответ на сигнал оказывает нормализующее влияние на распределение потоков метаболитов во всей метаболической сети. Существование ключевых мишеней, воспринимающих сигналы, генерируемые под влиянием изменений окружающей среды, позволяет наиболее эффективно регулировать гомеостаз целостного организма и может быть использовано для направленной регуляции метаболизма в терапевтических целях. Разработка методов такой направленной регуляции требует знания как ключевых мишеней, так и специфических условий, в которых они вовлекаются в регуляцию глобального метаболизма. По данным, полученным нами и независимыми исследователями ранее, метаболический узел биохимических реакций с участием 2-оксоглутарата, включая необратимую деградацию этого ключевого метаболита митохондриальным полиферментным 2-оксоглутаратдегидрогеназным комплексом, является существенным для регуляции всей метаболической сети. Данный проект предполагает исследование влияния стрессорных воздействий на пертурбации метаболизма в этом узле и возможности направленной регуляции необратимой деградации 2-оксоглутарата с целью увеличения толерантности к стрессорным воздействиям. Решение поставленных в проекте задач будет проводиться с помощью физиологической, поведенческой и биохимической характеристики животных, подвергшихся действию стрессов разной этиологии, таких как острая гипобарическая гипоксия (метаболический стресс) и острая иммобилизация (эмоциональный стресс). Биохимическая идентификация пертурбаций в узле метаболизма 2-оксоглутарата, а также возможностей направленной регуляции этих пертурбаций будет проводиться на сердце и мозге путем анализа ферментативных активностей, пула метаболитов и гормонов экспериментальных животных. Характеристика механизмов прекондиционирования на метаболическом уровне позволит использовать направленную регуляцию метаболизма в терапевтических целях.

В проекте исследованы молекулярные механизмы, лежащие в основе ответов организма на стресс и обусловливающие прекондиционирующее действие малых доз стрессорных воздействий. Показано, что метаболический стресс разной этиологии, включая острую гипоксию, может вызывать увеличение активности ключевой метаболической системы митохондрий, 2-оксоглутаратдегирогеназного комплекса (ОГДК), известного в качестве лимитирующего поток метаболитов через цикл трикарбоновых кислот. В коре мозга показана высокая положительная корреляция между активностью ОГДК и уровнем глутамата. Ввиду такой корреляции уровень глутамата в коре мозга изменяется при действии стрессов и эффекторов, действующих на ОГДК. Так, при острой гипоксии падает как активность ОГДК, так и уровень глутамата в коре мозга. Аналогичное действие оказывает ингибитор ОГДК сукцинилфосфонат (СФ). При этом изменения уровня глутамата в коре мозга коррелируют с изменениями параметров сердечной деятельности. Негативные последствия острого гипоксического воздействия после введения СФ выражены в существенно меньшей степени как на биохимическом, так и на физиологическом уровне. Такой прекондиционирующий эффект СФ может быть связан с его способностью ингибировать побочную реакцию ОГДК – генерацию активных форм кислорода, возрастающую при характерном для гипоксии увеличении отношения НАДН/НАД+. Положительная корреляция между ОГДК и глутаматом в коре мозга может меняться при перестройке метаболической сети под действием малых доз стрессорных воздействий. Такую перестройку мы наблюдали в результате хронической гипоксии. В отличие от острой гипоксии, хроническая гипоксия приводит в возрастанию активности ОГДК в коре. При этом уровень глутамата остается стабильным, несмотря на изменение активности ОГДК. Мы показали, что в процесс такой адаптации вовлечены сопряженные изменения активности ОГДК и функционально связанных с ним ферментов: малатдегидрогеназы, глутаматдегидрогеназы и малик-фермента. По данным биохимических и физиологических тестов, индуцированное хронической гипоксией изменение корреляции между функцией ОГДК и глутаматом в коре мозга может лежать в основе эффекта прекондиционирования. Так, острая гипоксия после хронической не приводит ни к инактивации ОГДК, ни к снижению глутамата в коре мозга, а физиологические тесты подтверждают отсутствие характерных после острой гипокии отклонений в поведении. Перестройку метаболической сети можно было наблюдать и при внутрибрюшинном введении высоких доз физиологического активатора ОГДК тиамина. Измеряемое у таких животных in vitro снижение активности ОГДК в гомогенатах коры мозга и сердца, по-видимому, отражает компенсаторный ответ на дестабилизацию гомеостаза при росте насыщения ОГДК коферментом тиаминдифосфатом, увеличивающем поток метаболитов через ОГДК in vivo. При этом индуцированное тиамином снижение уровня активной ОГДК не влияет на содержание глутамата в коре мозга. Как и при хронической гипоксии, такое изменение корреляции уровней ОГДК и глутамата сопровождается сопряженными с ОГДК изменениями активностей глутаматдегидрогеназы и малик фермента. В целом, результаты проекта показывают, что молекулярные механизмы прекондиционирования включают изменение степени контроля уровня глутамата со стороны ОГДК в коре мозга, причем аналогичные перестройки метаболизма могут быть индуцированы направленными воздействиями на ОГДК.