Рис. 4. Активация АЦ пептидами (в %) по сравнению с базальной активностью АЦ, принятой за 100%, приведена в тексте. Различия достоверны (р<0.05 )
В экспериментах in vivo в мембранных фракциях мышц куриных эмбрионов разного возраста обнаружен АЦ активирующий эффект инсулина. У 10-дневных куриных эмбрионов он выявлялся уже через 5 мин, более четко выражен через 15 мин, а через 30 мин не проявлялся (рис. 5).
Рис. 5. Различия достоверны (р<0.05)
У 17-дневных куриных эмбрионов выявлено дозозависимое активирующее действие инсулина на активность АЦ через 5 минут (Рис. 6), которое ослабевает через 15 и 30 мин после введения гормона.
Рис. 6. Различия достоверны (р<0.05 )
При введении моллюскам инсулина (0.5 нг/г и 5.0 нг/г) активность АЦ возрастала через 5 мин после введения гормона на +49% и +381%, соответственно, по сравнению с контролем, принятым за 100%. Через 20 мин влияние гормона (0.5 нг/г) на активность АЦ снижается (+22%) и практически исчезает (+6%) через 40 мин (Рис. 7). При введении инсулина (5 нг/г) моллюскам АЦ стимулирующий эффект гормона через 20 мин составлял +110%, а через 40 мин +50% (рис. 7).
Рис. 7. Светлые столбики - базальная активность АЦ. Заштрихованные столбики - инсулин-стимулированная активность АЦ при разных дозах гормона. Различия достоверны (р<0.05 )
Из полученных нами данных следует, что отчетливое влияние инсулина на активность АЦ в мышечных мембранах моллюска (Рис. 7) выявляется при более высокой дозе инсулина, чем у млекопитающих и птиц. Это можно объяснить тем, что у моллюска A.cygnea рецепторы к инсулину не обнаружены (Лейбуш, Чистякова, 2003), а эффект инсулина может реализовываться через ИФР-1 - подобные рецепторы или рецепторы ИПП моллюска, которые способны опосредовать активирующее влияние инсулина на АЦ (Шпаков и др., 2005).
Следует отметить, что проявление АЦ стимулирующего влияния инсулина и инсулиноподобных пептидов во времени имеет сходство в опытах in vitro и in vivo. АЦ активирующий эффект пептидов отчетливо выявляется при коротких сроках влияния пептида (2,5 и 5 мин) при физиологических концентрациях (10-9 -10-8 М), с увеличением времени действия эффект пептидов ослабевает или отсутствует.
АЦ активирующий эффект инсулина, ИФР-1 и ИПП при разных концентрациях в условиях in vitro
Установив оптимальное время действия пептидов инсулинового суперсемейства, при котором происходит активация АЦС (2.5 мин), необходимо было выявить при каких концентрациях АЦ стимулирующий эффект пептидов наиболее выражен. В разных тканях стимулирующий эффект пептидов инсулиновой природы осуществляется через специфичные рецепторы, отличающиеся по сродству к пептиду в гомологичных и негомологичных пептиду тканях.
Проведено исследование влияния инсулина, ИФР-1, ИПП моллюска и ЭФР в течение 2.5 мин при разных концентрациях (10-12 -10-6 М) в мембранных фракциях крыс, кур, моллюсков, а также во фракции, выделенной из культуры клеток куриных миобластов.
В мембранной фракции скелетных мышц крыс стимулирующий АЦ эффект инсулина, ИФР-1, ИПП обнаруживается при концентрациях - 10-11 -10-7 М (Рис. 8). Наиболее выраженный АЦ стимулирующий эффект составляет: для инсулина +250% при 10-8 М; для ИФР-1 +91% при 10-9 М; для ИПП +111% при 10-8 М; для ЭФР +190% при 10-10 М. (Рис. 8).
Можно отметить, что в диапазоне концентраций 10-10 -10-7 М наиболее четко выражен активирующий АЦ эффект инсулина, эффекты других исследованных пептидов инсулиновой природы проявлялись слабее. АЦ стимулирующий эффект ЭФР проявлялся при более низких концентрациях (10-11 -10-10 М).
Рис. 8. Базальная активность АЦ принята за 100%. Время действия пептидов 2.5 мин
Таблица 3.Влияние in vitro разных концентраций инсулина на активность АЦ во фракциях мышечных мембран куриных эмбрионов разного возраста и цыплят
| Объекты(возраст) | 10-сут Эмбрионы |
13-сут Эмбрионы |
16-сут Эмбрионы |
Цыплята 3-сут |
| Воздействия | Активность АЦ (пмоль цАМФ/мин/мг белка) В скобках – Активность АЦ (в%) в присутствии инсулина, по отношению к базальной активности, принятой за 100%. |
|||
Без Инсулина |
14.02±1.10 (100%) |
3.90±0.45 (100%) |
2.01±0.09 (100%) |
8.52±0.41 (100%) |
+инсулин 10-11 М |
16.34±1.35 (117%) |
4.21±0.34 (108%) |
4.81±0.46 (239%) |
10.11±0.55 (119%) |
+ инсулин 10-10 М |
39.14±1.93 (279%) |
10.33±0.89 (265%) |
5.28±0.30 (263%) |
11.24±0.48 (132%) |
+ инсулин 10-9 М |
48.25±2.21 (344%) |
15.92±1.24 (408%) |
10.24±0.62 (509%) |
14.54±0.82 (171%) |
+ инсулин 10-8 М |
19.87±1.44 (142%) |
9.84±0.56 (252%) |
9.92±0.47 (494%) |
19.55±1.13 (238%) |
+ инсулин 10-7 М |
17.13±0.98 (122%) |
4.93±0.45 (126%) |
7.51±0.33 (374%) |
22.21±1.37 (261%) |
+ инсулин 10-6 М |
17.90±1.12 (128%) |
5.12±0.21 (131%) |
1.95±0.22 (97%) |
24.39±1.62 (286%) |
Изучение АЦ стимулирующего эффекта пептидов инсулинового суперсемейства и ЭФР в онтогенезе позволило выявить следующие факты. Наиболее выраженный АЦ активирующий эффект инсулина (10-11 М-10-6 М обнаруживается у куриных эмбрионов (10, 13, 16 суток) и цыплят (3 суток) при концентрации гормона 10-9 М, и составляет у 10-суточных эмбрионов +244%, у 13-суточных +308%, у 16-суточных +409% (Таблица 3), а у 3-х суточных цыплят (+186%) при более высокой концентрации 10-6 М, что может быть связано с переходом эмбрионов в постэмбриональный период, когда процессы роста и дифференцировки заканчиваются.
Проведенные нами исследования действия инсулина и ИФР-1 на активность АЦ в мембранной фракции, выделенной из культуры клеток куриных миобластов (4-й день развития) показали, что наибольший АЦ стимулирующий эффект инсулина (+352%) выявляется при концентрации 10-9 М, а ИФР-1 (+289%) при концентрации 10-10 М (данные в диссертации).
В мембранной фракции мышц моллюска АЦ стимулирующий эффект инсулина, ИФР-1, ИПП и ЭФР выявляется при концентрациях - 10-11 -10-8 М (Рис. 9). Инсулин и ИФР-1 оказывают наиболее выраженное стимулирующее действие на активность АЦ при концентрации 10-8 М (+63% и +54%, соответственно), а ИПП и ЭФР при 10-9 М (+415% и +223%, соответственно).
Таким образом, определен диапазон концентраций, при которых проявляется АЦ активирующий эффект исследуемых пептидов. Следует отметить видоспецифичность действия пептидов. Действие ИПП, выделенного из висцеральных ганглиев моллюска A . cygnea , является более эффективным в ткани моллюска и менее эффективным в тканях позвоночных.
Рис. 9. Базальная активность АЦ принята за 100%. Время действия пептидов – 2.5 мин.
Участие ц-АМФ-зависимой ФДЭ в механизме действия пептидов инсулинового суперсемейства
Уровень цАМФ в клетке зависит не только от АЦ – фермента, осуществляющего его синтез, но и от фосфодиэстеразы (ФДЭ) - фермента, обеспечивающего его деградацию. Исследована динамика во времени активности примембранной формы цАМФ-ФДЭ во фракции скелетных мышц кур. Эта изоформа ФДЭ локализована на внутренней стороне мембраны и способна активироваться инсулином (Houslay, 1985). Нами показано, что активность примембранной цАМФ-ФДЭ не изменяется через 2.5 и 5.0 мин после действия инсулина, увеличивается на +115% через 10 мин и на +179% через 20 мин, по сравнению с базальной активностью фермента, принятой за 100% (Таблица 4).
Таблица 4.Влияниеинсулина (10-8 М) на активность примембранной цАМФ-ФДЭ в скелетных мышц кур в зависимости от времени
| Воздействия | Активность цАМФ-ФДЭ (нмоль АМФ/мин/мг белка) | |||
| 2.5 мин | 5.0 мин | 10.0 мин | 20.0 мин | |
| Без инсулина | 3.37±0.5 (100%) |
3.70±0.33 (100%) |
3.56±0.61 (100%) |
3.21±0.28 (100%) |
| + инсулин | 3.06±0.21 (91%) |
4.07±0.18 (110%) |
7.65±0.23 (215%) |
8.95±0.44 (279%) |
Примечание: в скобках представлена активность цАМФ-ФДЭ (в%) в присутствии инсулина и базальная активность фермента, принятая за 100%
При исследовании действия разных концентраций инсулина (10-9 М-10-7 М) обнаружено, что наиболее выраженное действие гормона (+115%) на активность цАМФ-ФДЭ выявляется через 10 мин при концентрации 10-8 М (данные в диссертации).
Соотношение активности систем АЦ-цАМФ и цАМФ-ФДЭ в реализации действия инсулина на клетку является важным моментом в понимании внутриклеточных механизмов функционирования пептидов инсулиновой природы.
При активации АЦ гормонами скорость синтеза цАМФ начинает превышать скорость его деградации. Повышение уровня цАМФ приводит к активации мишени его действия - ПКА. Сродство ПКА к цАМФ в 100-1000 раз больше, чем у ФДЭ. При усилении синтеза цАМФ происходит сначала насыщение цАМФ-регуляторных центров ПКА, и лишь затем гидролиз цАМФ с участием ФДЭ.
Исходя из представленных нами данных, активирующие эффекты инсулина на АЦ и цАМФ-ФДЭ четко разделены во времени. АЦ активирующий эффект инсулина проявляется через 2.5 и 5 мин и отсутствует через 10 мин. Между тем, цАМФ-ФДЭ активируется инсулином только через 10 минут инкубации с гормоном. Таким образом, активация цАМФ-ФДЭ наступает лишь тогда, когда цАМФ как вторичный посредник выполнит свою функцию, достигнет порогового уровня и осуществит свое активирующее действие на ПКА, а затем и на эффекторные системы (Ткачук, 1983), что согласуется с нашими данными о действии инсулина на активность АЦ и цАМФ-ФДЭ и данными литературы.
В связи с этим основное внимание будет уделено исследованию АЦС, участвующей в осуществлении регуляторного действия пептидов инсулинового суперсемейства на клеточные процессы.
Использование антиинсулиновой сыворотки для доказательства специфичности АЦ стимулирующего эффекта инсулина
Для доказательства АЦ стимулирующего действие инсулина, а не других пептидных гормонов, не относящихся к гормонам инсулинового суперсемейства, была использована анти-инсулиновая сыворотка (АИС), выработанная в лаборатории на инсулин млекопитающих, которая нейтрализует действие инсулина и, как установлено нами подавляет стимулирующее действие инсулина на АЦ. При добавлении нормальной сыворотки (без инсулина) к фракции скелетных мышц крыс и гладких мышц моллюска, активирующий АЦ эффект инсулина составляет +68% у крыс и +41% у моллюсков. При использовании АИС стимулирующий АЦ эффект инсулина отсутствует у крыс (+7%) и моллюсков (-5%) (Табл. 5).
Полученные данные свидетельствуют о том, что обнаруженное нами активирующее действие инсулина на АЦ в мышечных тканях исследуемых объектов осуществляется именно инсулином и является специфичным при действии этого гормона.
Таблица 5. Нейтрализация АЦ стимулирующего эффекта инсулина в мембранных фракциях скелетных мышц крыс и гладких мышц моллюска в присутствии антиинсулиновой сыворотки
Воздействия |
Активность АЦ (пкмоль цАМФ/мин/мг белка) | |
| Нормальная сыворотка | Анти-инсулиновая сыворотка | |
| Гладкие мышцы моллюска Anodonta cygnea | ||
| Без инсулина | 111.18±6.13 (100%) | 148.29±4.31 (100%) |
| Инсулин 10-8 М | 156.76±8.54* (141%) | 158.67±8.16 (107%) |
| Скелетные мышцы крысы | ||
| Без инсулина | 97.34±4.58 (100%) | 115.82±6.49 (100%) |
| Инсулин 10-8 М | 163.49±6.17* (168%) | 110.03±7.12 (95%) |
Примечание: приведены данные из трех независимых экспериментов, повторенных три раза. Значения представлены в виде среднего арифметического с учетом ошибки среднего. Различия достоверны (р< 0.05 (*). В скобках – активность АЦ в%. Базальная активность принята за 100%.
Следующая часть работы посвящена расшифровке структурно-функциональной организации механизма АЦ активирующего действия инсулина и ИФР-1.
В этой части работы мы поэтапно исследовали звенья, которые могут быть вовлечены в реализацию действия инсулиноподобных пептидов, начиная от рецептора и заканчивая эффекторными системами, которые являются конечным звеном реализации сигнала.
Участие рецептора тирозинкиназного типа в реализации АЦ стимулирующего эффекта пептидов инсулинового суперсемейства
Для доказательства участия рецептора тирозинкиназного типа, характерного для пептидов инсулинового суперсемейства в реализации АЦ стимулирующего эффекта пептидов инсулиновой природы, использовали селективные ингибиторы рецепторных тирозинкиназ – тирфостин 47 и генистеин, которые блокируют тирозинкиназную функцию рецептора инсулина и других пептидов инсулиновой природы. Ингибиторы инкубировали с пробами в течение 15 мин после чего в пробу добавляли пептиды (время действия 2.5 мин) при концентрации, вызывающей максимальный АЦ стимулирующий эффект. Влияние этих ингибиторов на активирующие АЦ эффекты инсулина, ИФР-1, ЭФР и для сравнения на эффект изопротеренола (в случае позвоночных) и серотонина (в случае беспозвоночных), которые также действуют активирующим образом на АЦ, но через рецептор серпантинного типа, изучали in vitro во фракции мембранных препаратов мышечной ткани крыс, культуры куриных миобластов, моллюсков.
У крыс в присутствии тирфостина 47 (1.25-5.0 мкМ) активирующий АЦ эффект пептидов снижался при действии инсулина до 50%, при ИФР-1 до 65%, при ЭФР до 50% по отношению к максимальному эффекту пептидов, принятому за 100% (Рис. 10). В присутствии генистеина (1.25-5.0 мкМ) снижение АЦ стимулирующих эффектов всех используемых пептидов у крыс было более выражено. Эффект инсулина снижался до 40%, эффект ИФР-1 до 10%, эффект ЭФР – до 18% (рис. 11). В тоже время у крыс стимулирующий эффект изопротеренола на АЦ (10-6 М) практически не изменялся в присутствии тирфостина 47 и генистеина (0.5-20.0 мкМ).
В культуре клеток 4-х суточных куриных миобластов тирфостин 47 (Рис. 12) и генистеин (данные представлены в диссертации) ингибировали АЦ активирующий эффект инсулина до 43% и 38%, соответственно. Однако, активирующее действие изопротеренола на АЦ в присутствии ингибиторов тирозинкиназ (тирфостина 47 и генистеина) не изменялось (р < 0.05 ). Это свидетельствует о том, что классические рецепторы серпантинного типа не участвуют в механизме действия пептидов инсулиновой природы.
Рис. 10. По оси ординат - снижение стимулирующего эффекта пептидов и изопротеренола на АЦ (принятого за 100%) в присутствии тирфостина 47
Рис. 11. По оси ординат - снижение стимулирующего эффекта пептидов и изопротеренола на АЦ (принятого за 100%) в присутствии генистеина
Рис. 12. По оси ординат - снижение стимулирующего эффекта инсулина и изопротеренола на АЦ (принятого за 100%) в присутствии тирфостина 47
Рис. 13. По оси ординат - снижение стимулирующего эффекта пептидов и серотонина на АЦ (принятого за 100%)
Рис. 14. По оси абсцисс – концентрация генистеина в мкМ; по оси ординат - снижение АЦ стимулирующего эффекта пептидов и серотонина (принятого за 100%) в присутствии генистеина
У моллюсков наиболее выраженное снижение АЦ стимулирующего эффекта пептидов наблюдалось в присутствии тирфостина 47 (2.5 мкМ). Эффект инсулина уменьшался до 20%, эффект ЭФР до 30-35%. (Рис. 13). В присутствии генистеина АЦ стимулирующий эффект пептидов снижался до 25% в случае инсулина (1.25 мкМ генистеин), и до 50-75% в случае ЭФР (5 мкМ генистеин) (рис. 14).
Необходимо подчеркнуть, что у моллюсков A . cygnea активность АЦ увеличивается не в присутствии изопротеренола, а в присутствии серотонина, реализующего свое действие также через рецепторы серпантинного типа (Pertsevaetal., 1992). Исследование действия ингибиторов тирозинкиназ - тирфостина 47 и генистеина (0.5-20.0 мкМ) на стимулирующий АЦ эффект серотонина в мембранной фракции мышечных тканей моллюсков не выявило изменений в действии этого биогенного амина на активность АЦ.
Таким образом, в мембранной фракции крыс, моллюсков и культуры клеток куриных миобластов стимулирующее влияние исследуемых пептидов на АЦ снижалось в присутствии тирфостина 47 и генистеина в диапазоне концентраций - 1.25, 2.5, 5.0, 10, 20 мкМ во всех исследуемых объектах (Рис. 10-14).
Стимулирующее действие изопротеренола (крысы, куры) или серотонина (моллюски) на АЦ, реализуемое через рецепторы серпантинного типа не изменялись в присутствии тирфостина 47 или генистеина в исследуемых объектах (см. Рис. 10-14).
Можно заключить, что в мышечной ткани млекопитающих (крысы), птиц (куры), культуре клеток куриных миобластов и в мышцах моллюсков активирующее действие инсулина, ИФР-1, ЭФР на АЦ осуществляется с участием рецепторов тирозинкиназного типа, специфичных для действия этих пептидов. (Pertseva et al., 1996; Plesneva et al., 2003) .
Участие G-белков в реализации АЦ стимулирующего эффекта инсулина
Для доказательства участия G-белков в действии инсулина на активность АЦ был применен широко распространенный подход, в котором используется набор гуаниновых нуклеотидов, способных в разной степени либо стимулировать ГТФ-азную активность G-белков в присутствии ГТФ и его аналогов - ГТФγS, ГИДФ и тем самым активировать АЦ, либо ингибировать ГТФ-азную активность G-белка в присутствии ГДФβS.
Было исследовано влияние ГТФ и ряда его негидролизуемых аналогов на активность АЦ в присутствии и отсутствии гормона (Табл. 6).
Таблица 6.Влияние гуаниновых нуклеотидов в отсутствии и присутствии инсулина на активность АЦ во фракции мышечных мембран крысы и моллюска
Воздействия |
Животные | |
| Крыса | Моллюск | |
| Активность АЦ (%) | ||
| Контроль | 100±1.01% | 100±1.3% |
| Инсулин (10-8 М) | 222±1.3% (+122%) |
186±1.8% (+86%) |
| ГТФγS (10-5 М) | 242±1.4% (+142%) |
470±9.4% (+370%) |
| ГИДФ (10-5 М) | 236±1.8% (+136%) |
269±4.9% (+169%) |
| ГТФ (10-5 М) | 135±1.05% (+35%) |
163±5.1% (+63%) |
| ГДФβS (10-5 М) | 95±1.2% (-5%) |
92±2.4% (-8%) |
| Инсулин + ГТФγS | 473±2.5% (+373%) [109%] |
726±20.3% (+626%) [170%] |
| Инсулин + ГИДФ | 399±8.2% (+299%) [41%] |
441±12.3% (+341%) [86%] |
| Инсулин + ГТФ | 277±10.1% (+177%) [20%] |
279±8.4% (+179%) [30%] |
| Инсулин + ГДФβS | 102±5.4% (+2%) [-17%] |
105±4.3% (+5%) [-86%] |
Примечание: в круглых скобках – активирующий АЦ эффект используемых агентов в% по отношению к базальной активности, принятой за 100%. В квадратных скобках – потенцирование эффекта гормона в присутствии гуаниновых нуклеотидов в %.
Согласно представленным данным, ГТФγS, ГИДФ, ГТФ стимулируют активность АЦ в мышечных мембранах крыс и моллюсков. При совместном действии инсулина и гуаниновых нуклеотидов происходит усиление (потенцирование) эффекта гормона по сравнению с аддитивным эффектом гормона и гуаниновых нуклеотидов, действующих раздельно - в присутствии ГТФγS, ГИДФ и ГТФ на +109%, +41% и +20% у крыс и на +170%, 86% и 30% у моллюсков (табл. 6). ГДФβS же напротив снижает АЦ стимулирующий эффект инсулина как в мышцах крыс, так и моллюсков.
Потенцирование эффекта инсулина в присутствии ГТФγS, ГИДФ, ГТФ и отсутствие потенцирующего эффекта в присутствии ГДФβS свидетельствует о вовлеченности Gs-белков в АЦ сигнальный механизм действия пептидов инсулинового суперсемейства.
Таблица 7. Влияние коклюшного и холерного токсинов на базальную, инсулин- и ИФР1-стимулируемую активность АЦ в скелетных мышцах крысы и моллюска A.cygnea
| Активность АЦ (пкмоль цАМФ/мин/мг белка) | ||||
| Воздействия | Скелетные мышцы крысы | Гладкие мышцы моллюска | ||
| Без КТ | +КТ | Без КТ | +КТ | |
| Без пептидов | 39.7±3.4 | 48.5±2.0 | 63.2±4.1 | 69.1±9,6 |
| (100%) | (100%) | (100%) | (100%) | |
| Инсулин | 67.9±3.6 | 48.2±2.7 | 200.5±14.4 | 74.2±7.6 |
| 10-9 М | (171%) | (99%) | (317%) | (108%) |
| ИФР-1 | 57.4±2.1 | 43.1±1.6 | 139.2±12.4 | 76.8±7.3 |
| 10-9 М | (145%) | (89%) | (220%) | (111%) |
| Без ХТ | +ХТ | Без ХТ | +ХТ | |
| Без пептидов | 39.6±2.6 | 79.7±2.7 | 47.4±3.0 | 94.3±5.6 |
| (100%) | (100%) | (100%) | (100%) | |
| Инсулин | 69.3±2.8 | 105.8±7.4 | 151.7±9.8 | 134.0±7.5 |
| 10-9 М | (175%) | (133%) | (320%) | (142%) |
| ИФР-1 | 56.7±4.2 | 106.2±6.5 | 100.0±5.4 | 122.6±8.8 |
| 10-9 М | (143%) | (133%) | (210%) | (130%) |
Примечание: В скобках – активность АЦ в%. Активность АЦ без пептидов принята за 100%.
Для выяснения типов G белков, вовлеченных в АЦ сигнальный механизм действия инсулина и ИФР-1 были использованы бактериальные токсины (коклюшный и холерный), которые модифицируют α-субъединицы
8-09-2015, 21:47