Változások a membrán ceramid medencéiben a patkány Soleus izomzatában a rövid távú használaton kívüli válaszként

Alekszej M. Petrov

1 Idegtudományi Intézet, Kazan Állami Orvostudományi Egyetem, Butlerova st. 49, 420012 Kazan, Oroszország; ur.relbmar@lavorifez (A.L.Z.); moc.liamg@ygoloisyffg (G.F.Z.)

2 Szinaptikus folyamatok biofizikai laboratóriuma, Kazan Biokémiai és Biofizikai Intézet, Szövetségi Kutatóközpont „RAS Kazan Scientific Center”, P. O. Box 30, Lobachevsky Str., 420111 2/31, Kazan, Oroszország

Maria N. Šalagina

3 Izhevszki Állami Orvosi Akadémia Kórélettani és Immunológiai Tanszéke, Kommunarov St. 281, 426034 Izsevszk, Oroszország; ur.liam@aluvu (M.N.S.); ur.xednay@tsvrimidalv (V.A.P.); ur.liam@vs-nikhcevo (S.V.O.); [email protected] (N.G.O.); ur.xobni@yek1d (A.V.S.); ur.liam@anidnyrb_i (I.G.B.)

Vladimir A. Protopopov

Valerij G. Szergejev

4 Fiziológiai, Sejtbiológiai és Biotechnológiai Tanszék, Természettudományi Intézet, Udmurti Állami Egyetem, Egyetem St. 1, 426034 Izsevszk, Oroszország; ur.xednay@oibllec

Szergej V. Ovechkin

Natalia G. Ovchinina

Alekszej V. Szekunov

Andrej L. Zefirov

1 Idegtudományi Intézet, Kazan Állami Orvostudományi Egyetem, Butlerova st. 49, 420012 Kazan, Oroszország; ur.relbmar@lavorifez (A.L.Z.); moc.liamg@ygoloisyffg (G.F.Z.)

Guzalia F. Zakirjanova

1 Idegtudományi Intézet, Kazan Állami Orvostudományi Egyetem, Butlerova st. 49, 420012 Kazan, Oroszország; ur.relbmar@lavorifez (A.L.Z.); moc.liamg@ygoloisyffg (G.F.Z.)

Irina G. Bryndina

3 Kórélettani és Immunológiai Tanszék, Izsevszk Állami Orvosi Akadémia, Kommunarov St. 281, 426034 Izsevszk, Oroszország; ur.liam@aluvu (M.N.S.); ur.xednay@tsvrimidalv (V.A.P.); ur.liam@vs-nikhcevo (S.V.O.); [email protected] (N.G.O.); ur.xobni@yek1d (A.V.S.); ur.liam@anidnyrb_i (I.G.B.)

Társított adatok

Absztrakt

1. Bemutatkozás

A hosszan tartó űrrepülés, az ágynyugalom és az immobilizáció elkerülhetetlenül különböző mértékű izomveszteséghez vezet a megelőző ellenintézkedések ellenére is [1,2,3,4,5,6]. Az izomterhelés szimulálásához a leggyakrabban alkalmazott módszer a hátsó szár felfüggesztése (HS). Ez egy általánosan elfogadott modell a használaton kívüli izom atrófiájának és diszfunkciójának kialakulásához [7,8,9,10].

Számos tanulmány derítette ki azokat a morfológiai, funkcionális és biokémiai változásokat, amelyek az atrófiás izmokban rejlenek és 4–7 napos használat után alakulnak ki. A használaton kívüli vázizmok megfigyelt atrófiás folyamatának mechanizmusait azonban jobban meg lehetne becsülni és meg lehetne érteni, ha a kirakodás kezdeti és előrehaladott szakaszában egyaránt tanulmányozzuk. Noha egyes paraméterek változása jelentősen eltérhet az izomterhelés kezdetén a hosszú távú expozícióhoz képest, a korai események válhatnak az izom atrófia kiváltásának kulcspontjaivá [11,12,13,14,15,16,17,18, 19,20].

A szfingolipid metabolizmusban végzett farmakológiai beavatkozás ígéretes terápiás stratégia a neuromuszkuláris rendellenességek kezelésében. A mai napig egyre több bizonyíték mutat rá a szfingolipidek, köztük a gerincmolekulájuk ceramid (Cer) fontos szerepére a vázizom működésének szabályozásában [21,22]. A vázizmokban a Cer felhalmozódást számos táplálkozási és stresszes ingerre reagálva észlelték, például magas zsírtartalmú étrend, szabad zsírsav-túlkínálat, böjt, reperfúzió és oxidatív károsodások következtében [23,24,25]. Korábban kimutattuk [26], hogy a Cer mennyisége megnő az akut és hosszú távú HS-nek kitett rágcsáló-izomzat izomzatában. Egyes patkányokon és embereken végzett vizsgálatok szintén megerősítették az izom-Cer felhalmozódását használaton kívül [27,28,29].

Ismert, hogy a Cer a sejtekben három fő útvonalon áll elő: de novo szintézis, a szfingomielin szfingomielinázok (SMázok) általi hidrolízise és a szfingozin reacilációja (megmentési útvonal) útján [30]. Adataink azt mutatták, hogy egy használaton kívüli egyetlen izomban Cer előállítható elsősorban SMase által közvetített hidrolízissel [31]. Az SMázok különböző sejtrészekben működhetnek [32], és hatásukat a membrán sorrendjére a modell és a sejtmembránok ismertették [33,34]. A termelt Cer képes Cer-dúsított mikrodoméneket képezni, amelyek ezt követően spontán módon egyesülnek nagy platformokká, megkönnyítve ezzel a stresszhez kapcsolódó jeleket lefordító jelzőmolekulák csoportosulását [35]. A savas SMase (aSMase) szinergikusan működhet a semleges SMase-sel (nSMase) [36]. Az aSMase és az nSMase aktivitást egyaránt indukálhatja a TNFα [37,38], és a TNFα ezen hatását a vázizmok is megmutatták [39,40].

Az SMázok által végzett szfingomielin-hidrolízis jelentősen befolyásolja a koleszterin- és a szfingolipidekben gazdag membrán mikrodomain (raft) integritását, és a lipid-raft koleszterin Cer által történő elmozdulása lehet az egyik mechanizmus [41,42]. A Cer hatásának egy másik útja a plazmamembránban a normálisan létező lipid aszimmetria elvesztése, amely kulcsfontosságú tényező a membrán mechanikai stabilitásának fenntartásához, a myotubulus képződéséhez, a vezikuláris transzporthoz és a jelátvitelhez [43,44,45,46].

Korábban a lipid tutaj jelentős szétesését mutattuk ki 6–12 h HS-nek kitett patkánytengely-izmokban [17]. Fontos, hogy a savas szfingomielináz funkcionális inhibitorainak (FIASMA) családjába tartozó klomipraminnal történő előkezelés szelektíven elősegítette a tutaj integritásának megőrzését a szinaptikus (junkcionális) régiókban [18]. Feltételeztük, hogy a HS kezdeti periódusa a Cerase felhalmozódásával jár együtt a lipid tutajokon az SMase aktiválása miatt; továbbá a csatlakozási és az extranfunkcionális rekeszek egyedi funkciós és metabolikus tulajdonságok miatt a Cer-lerakódás sajátos jellemzőivel rendelkezhetnek. Ennek a hipotézisnek a teszteléséhez biokémiai módszerekkel és fluoreszcens jelölésekkel vizsgáltuk a Cer eloszlást a junkcionális és az extrajunctionalis régiókban, valamint a Cer, sphingomyelin, aSMase, nSMase és TNFα receptor 1 (TNFR1) tartalom változását a lipid raft frakcióban. felfüggesztett soleus izmokból. Ezzel párhuzamosan tesztelték a klomipramin előkezelés hatékonyságát és a lipid aszimmetriában bekövetkező változásokat.