Н.Ю. Новоселова, Н.С. Сапронов «Межполушарная асимметрия содержания фосфолипидов синаптосом мозга крыс» (С.23-30)

Н.Ю. Новоселова1, Н.С. Сапронов2
МЕЖПОЛУШАРНАЯ АСИММЕТРИЯ СОДЕРЖАНИЯ ФОСФОЛИПИДОВ СИНАПТОСОМ МОЗГА КРЫС
1ФГБУ «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» РАН, Санкт-Петербург, Россия
2ФГБУ «Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины» Северо-Западного отделения РАН, Санкт-Петербург, Россия

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, Russia
Institute of Experimental Medicine of the NorthWest Branch of the Russian Academy of Medical Sciences, St. Petersburg, Russia

МЕЖПОЛУШАРНАЯ АСИММЕТРИЯ СОДЕРЖАНИЯ ФОСФОЛИПИДОВ СИНАПТОСОМ МОЗГА КРЫС
Н.Ю. Новоселова, Н.С. Сапронов
У беспородных крыс-самцов выявлено наличие количественного доминирования фосфолипидов синаптосом левого полушария по сравнению с правым. Высказано предположение о том, что обнаруженная левополушарная асимметрия содержания фосфолипидов связана не с преобладанием уровня биосинтеза фосфолипидов в левом полушарии, а скорее с увеличенной численностью нейронов и/или нервных окончаний в этом полушарии.
Ключевые слова: нейрохимическая асимметрия, левое полушарие, фосфолипиды, нейроны, синаптосомы.

INTERHEMISPHERIC ASYMMETRY OF PHOSPHOLIPID CONTENT IN RAT BRAIN SYNAPTOSOMES
N.Yu. Novoselova, N.S. Sapronov
In outbred male rats, the presence of quantitative dominance of synaptosomal phospholipids of the left hemisphere is found. It is suggested that the revealed left-hemispheric asymmetry of phospholipid content is associated not with the predominance of the level of phospholipid biosynthesis in the left hemisphere but rather with an increased number of neurons and / or nerve endings in this hemisphere.
Keywords: neurochemical asymmetry, the left hemisphere, phospholipids, neurons, synaptosomes.

Введение. Изучение (примерно в течение 30-40 лет) нейрохимических аспектов межполушарной асимметрии мозга выявило наличие неравномерного распределения в полушариях широкого спектра нейрохимических соединений — нейромедиаторов, свободных аминокислот, нейропептидов, рецепторов ацетилхолина, дофамина, ГАМК и т. д. [10, 23, 24, 30, 33, 37, 38, 41]. Тем не менее, современные представления о нейрохимическом базисе отдельных полушарий, взаимосвязанном, предположительно, с их морфо-функциональной спецификой [14] не являются в полной мере исчерпывающими. Учитывая во многом липидную природу нервной ткани, характеризующуюся высоким содержанием и разнообразием липидных соединений, в значительной мере определяющих ее морфологическую гетерогенность, метаболизм и функциональную активность [12], несомненный интерес представляло выяснение межполушарных особенностей липидной организации мозга. Одними из наиболее важных и распространенных липидов ЦНС являются фосфолипиды - ключевые компоненты клеточных мембран, предшественники вторичных мессенджеров и биологически активных соединений, участвующие в механизмах синаптической трансмиссии, в высших функциях мозга (память), процессах адаптации и в патогенезе разнообразных патологий ЦНС (шизофрения, депрессия, биполярные расстройства, болезнь Альцгеймера и т.д.) [2, 5, 17]. До сих пор в имеющихся работах внимание исследователей уделялось преимущественно выяснению и интерпретации межполушарных особенностей распределения и метаболизма липидных соединений при стрессорных [1, 7, 8, 11, 32] и патологических состояниях [39]. В то же время, с целью дальнейшего раскрытия и понимания механизмов, формирующих нормальную асимметрию мозга, не менее актуальным является изучение липидного статуса отдельных полушарий в физиологических условиях.

Целью настоящей работы был сравнительный анализ содержания и состава фосфолипидов синаптосом левого и правого полушарий мозга интактных крыс.

Материалы и методы. Эксперименты выполнены на 20 беспородных крысах-самцах массой 150-250 г, содержавшихся в стандартных условиях вивария. После рауш-наркоза, животных декапитировали, быстро извлекали головной мозг, отсекали мозжечок и разделяли на левое и правое полушария. Фракцию синаптосом из разных полушарий выделяли методом дифференциального центрифугирования в ступенчатом градиенте плотности сахарозы [29]. Экстракцию общих липидов из синаптосом осуществляли по методу [19]. Состав фосфолипидов в полученных липидных экстрактах анализировали методом двумерной тонкослойной микрохроматографии высокого разрешения [43], используя системы растворителей [40]: 1-ое направление – хлороформ — метанол — 28 % аммиак (65:35:5, по объему), 2-ое направление – хлороформ – метанол – ацетон – уксусная кислота – вода (50:10:20:10:5, по объему). Содержание общих и отдельных фракций фосфолипидов оценивали по количеству липидсвязанного неорганического фосфора по методу [44]. Содержание белка в суспензиях синаптосом определяли модифицированным методом Лоури [31 Результаты обрабатывались статистически с использованием t критерия Стьюдента, при уровне значимости p<0,05.

Рис. 1. Содержание фосфолипидов в синаптосомах левого и правого полушарий
мозга крыс.
*p< 0.05 по отношению к другому полушарию.
Рис. 2. Cостав фосфолипидов (в % от суммы) в синаптосомах левого и правого полушарий мозга крыс.

Примечание: ФС — фосфатидилсерин, ФИ – фосфатидилинозитол, СФМ — сфингомиелин, ФХ — фосфатидилхолин, ФЭА — фосфатидилэтаноламин.

Исследования показали, что количество фосфолипидов выше (на 28%) в синаптосомах левого полушария по сравнению с правым (рис. 1.). При этом межполушарных различий в составе синаптосомальных фосфолипидов не обнаружено (рис. 2.). Повышенное содержание фосфолипидов (на 19%) в гомогенатах сенсомоторной коры левого полушария мозга беспородных крыс-самцов при физиологических условиях выявлено нами также в предыдущей работе [9]. Таким образом, сопоставление полученных нами ранее [9] и в настоящем исследовании данных позволяет предположить, что в формировании левополушарной асимметрии содержания синаптосомальных фосфолипидов существенную роль может играть левосторонняя асимметрия количества фосфолипидов сенсомоторной коры.

Сходная по направленности межполушарная асимметрия содержания и метаболизма липидных соединений в условиях нормы показана ранее в работах аргентинских исследователей [20, 21, 34, 35, 36]. Так, впервые проведенное ими изучение содержания и метаболизма липидных соединений отдельных полушарий в норме и при экспериментальных воздействиях обнаружило наличие у контрольных животных (мышы, крысы-самки) повышенного содержания свободных жирных кислот и дифосфатидилглицерина в левом полушарии [20, 21, 34]. Параллельно опытами in vivo и in vitro с применением радиоактивного фосфора (32Р) продемонстрирована левополушарная асимметрия метаболизма полярных групп общих и индивидуальных (фосфатидная кислота, фосфотидинозитид, полифосфотидинозитиды) фосфолипидов в целых полушариях и во фракции синаптосом мозга интактных крыс [35]. Одновременно в описанной работе обнаружено количественное доминирование (на 30%) сфингомиелина в левом полушарии. Увеличенное включение 32Р в полифосфотидинозитиды синаптосом левого полушария мозга крыс выявлено также при мускариновой холинергической стимуляции [36]. В экспериментах на интактных крысах этими же исследователями установлено, что активность Ca2+/фосфолипид-зависимой протеинкиназы С (PKC) существенно выше (на 50%) в синаптосомах левого полушария по сравнению с правым [22].

В то же время авторы приведенных работ отмечают, что активность таких ферментов липидного метаболизма как диацилглицеролкиназы (фосфорилирующей диацилглицерол до фосфатидной кислоты — предшественника основных фосфолипидов), а также ацилтранферазы и фосфолипазы А2 (катализирующих соответственно включение и отщепление в β — положении жирных кислот фосфолипидов) снижена в левом полушарии [34, 35]. Принимая во внимание вовлеченность перечисленных ферментов в биосинтез и распад фосфолипидов [17], приведенные данные позволяют предположить наличие низкого уровня биосинтеза и распада фосфолипидов в левом полушарии и напротив, высокого — в правом.

Таким образом, предположительно, низкий уровень биосинтеза фосфолипидов в левом полушарии не позволяет объяснить выявленное нами количественное преобладание синаптосомальных фосфолипидов в этом полушарии. Учитывая роль фосфолипидов как основных структурообразующих компонентов клеточных мембран, попыткой интерпретации обнаруженного факта может являться предположение, несомненно требующее экспериментального подтверждения, о повышенном содержании синаптических мембран в левом полушарии вследствие увеличенной численности нейронов и/или нервных окончаний в этом полушарии. Основанием в пользу количественного доминирования нейронов в левом полушарии, по-видимому, могут служить результаты морфологических исследований, свидетельствующие о преобладании в норме плотности нейронов и относительного содержания серого вещества в левом полушарии [25, 26], а также в целом размера этого полушария [14]. Выявленная нами нейрохимическая асимметрия согласуется по направленности с другими типами асимметрии мозга, а именно с доминированием в физиологических условиях таких тесно взаимосвязанных между собой и функциональной активностью нейронов параметров [13, 27] как мозговой кровоток [28], энергетический метаболизм [13] и ЭЭГ [13, 6] в левом полушарии. Не исключено, что преобладание в норме уровня мозгового кровотока, энергетического обмена и ЭЭГ в левом полушарии может являться проявлением повышенной численности нейронов в этом полушарии. Исходя из данных литературы о левополушарной асимметрии содержания дофамина – одного из основных медиаторов ЦНС на более обширную нейрональную сеть в левом полушарии ранее указывали Springer и Deutsch [42]. В целом, формированию более обширной нейрональной сети левого полушария может способствовать, по-видимому, доминирование в этом полушарии более широкого спектра основных нейромедиаторных путей – ацетилхолин-, дофамин- и ГАМКергических [18], включающих, возможно, глутаматергический (недавними исследованиями продемонстрирована левосторонняя латерализация соответствующей системы кортико-стриатного отдела мозга [16]) по сравнению с правым, для которого характерно преобладание норадреналин- и серотонинергических путей [18].

Следует полагать, что увеличенная численность нейронов и/или нервных окончаний в левом полушарии может лежать в основе функциональной специализации этого полушария, в частности, доминантного контроля в отношении таких функций как моторная и кратковременная память. Так, результаты макро- и микроморфологических исследований свидетельствуют о преобладании размера и объема нейропиля моторной коры левого полушария по сравнению с симметричным отделом правого полушария [15]. Высказывается предположение о том, что фронтальная кора левого полушария преимущественно связана с механизмами кратковременной памяти, а фронтальная кора правого полушария – напротив, с механизмами долговременной памяти [3]. При этом в качестве субстратов для кратковременной памяти рассматриваются нейроны, в то время как для долговременной памяти — глиальные клетки [4].

Выводы. Таким образом, у беспородных крыс-самцов выявлено наличие количественного доминирования фосфолипидов синаптосом левого полушария по сравнению с правым. На основании полученных нами данных и анализа литературы высказано предположение о том, что левополушарная асимметрия содержания фосфолипидов связана не с преобладанием уровня биосинтеза фосфолипидов в левом полушарии, а скорее с увеличенной численностью нейронов и/или нервных окончаний в этом полушарии.

Список литературы:

    • Агаджанян Н.А., Макарова И.И., Головко М.Ю. О метаболических взаимотношениях липидов головного мозга крыс при изменении геомагнитной ситуации // Бюлл. экспер. биол. и медицины. — 2001. — Т. 131, № 3. – С. 321-324.
  1. Бурлакова Е.Б. Роль липидов синаптических мембран в передаче и хранении информации. // В сб.: Исследование памяти (Корж Н.Н. отв. ред.). – М.: Наука, 1990. – С. 146-153.
  2. Галимов Р.Р. Нарушения памяти у больных паркинсонизмом и их коррекция транскраниальной магнитной стимуляцией: автореф. дис. … канд. мед. наук. – Казань, 2008. – 22 c.
  3. Дергачев В.В. // Молекулярные и клеточные механизмы памяти. – М.: Медицина. 1977. — 256 с.
  4. Крепс Е.М. Липиды клеточных мембран. — Л.: Наука, 1981. — 339 с.
  5. Колышкин В.В. Асимметрия функционального состояния полушарий головного мозга крыс при адаптации к новым климато-географическим условиям. // Физиология человека – 1983. — Т. 9, № 2. – С. 195-202.
  6. Левшина И.П., Гуляева Н.В. Зависимость влияния острого стресса на латерализацию продуктов перекисного окисления липидов в мозге от типологических особенностей поведения крыс // Бюлл. экспер. биол. и мед. — 1991. — Т. 106. — С. 568-70.
  7. Наливаева Н.Н., Клементьев Б.И., Плеснева С.А. и др. Влияние гипоксии на состояние клеточных мембран правого и левого полушарий мозга эмбрионов крыс // Журн. эволюцион. биохим. и физиол. — 1998. — Т. 34, № 4. — С. 485-491.
  8. Новоселова Н.Ю., Рейхардт Б.А., Сапронов Н.С. Асимметрия в содержании фосфолипидов в моторных отделах головного и спинного мозга крыс. // ДАН. — 2006. — Т. 407, № 6. — С. 839-841.
  9. Рахимов Р.Н., Рахимова Н.Н., Хакман П.Ю., Риандур А.В. Асимметрия пула свободных аминокислот в некоторых участках мозга // Бюлл. эксп. биол. и мед. — 1989. — Т. 107, № 6. – С. 676-678.
  10. Степаничев М.Ю. Состояние липидной компоненты мембран мозга крыс при стрессе: зависимость от возраста и индивидуально-типологических особенностей поведения // Нейрохимия. — 1995. — Т. 12, Вып. 3. – С. 40-45.
  11. Таранова Н.П. Липиды центральной нервной системы при повреждающих воздействиях. — Л.: Наука, 1988. — 158 с.
  12. Фокин В.Ф., Пономарева Н.В. Энергетическая физиология мозга. — М.: Антидор, 2003. — 288 с.
  13. Червяков А.В., Фокин В.Ф. Морфометрический и биохимический аспекты функциональной межполушарной асимметрии. // Журнал. Асимметрия. – 2007. — Т.1, №1. – С. 47-56.
  14. Amunts K., Schaug G., Schleicher A. et al. Asymmetry in the Human Motor Cortex and Handedness. // Neuroimage. – 1996. — Vol. 4. — P. 216-222.
  15. Capper-Loup C., Rebell D., Kaelin-Lang A. Hemispheric lateralization of the corticostriatal glutamatergic system in the rat. // J. Neural. Transm. – 2009. – Vol. 116, № 9. – P. 1053-1057.
  16. Farooqui A.A., Horrocks L.A., Farooqui T. Glycerophospholipids in brain: their metabolism, incorporation into membranes, functions, and involvement in neurological disorders. // Chem. Phys. Lipids. – 2000. – Vol. 106, № 1. – P.1-29.
  17. Flor-Henry P. Observations, reflections and speculations on the cerebral determinants of mood and on the bilaterally asymmetrical distributions of the major neurotransmitter systems. // Acta Neurol. Scand. Suppl. — 1986. — V.109. — P. 75-89. Review.
  18. Folch J., Lees M., Sloane-Stanly G.H. A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues. // J. Biol. Chem. – 1957. — Vol. 226. — P. 497-509.
  19. Ginobili de Martinez M.S., Rodriguesz de Turco E.B., Barrantes F.J. Endogenous asymmetry of rat brain lipids and dominance of the right crerbral hemisphere in free fatty acid response to electroconvulsive shock. // Brain. Res. – 1985. — Vol.339. — P. 315-321.
  20. Ginobili de Martinez M.S., Rodriguesz de Turco E.B., Barrantes F.J. Asymmetry of diacylglycerol metabolism in rat cerebral hemispheres. // J. of Neurochem. – 1986. Vol. 46. – P. 382-386.
  21. Ginobili de Martinez M.S., Barrantes F.J. Ca2+ and phospholipid-dependent protein kinase activity in rat cerebral hemispheres. // Brain Res. – 1988. — Vol. 440. — P. 386-390.
  22. Guarneri P., Guarneri R., Zarcone D. et al. Lateral differences in the GABAergic system of the rat striatum. // Ital. J. Neurol. Sci. – 1985. — Vol. 6. – P. 173-176.
  23. Guarneri P., Guarneri R., La-Bella V. et al. Lateral differences in GABA binding sites in rat brain. // Neurochem. Res. — 1988. – Vol.13. — P. 209-211.
  24. Gur R.C., Packer I.K., Hungerbuhler J.P. et al. Differences in the distribution of gray and white matter in human cerebral hemispheres. // Science. — 1980. — V. 207. — P. 1226-1228.
  25. Gur R.C., Turetsky B.I., Matsui M. et al. Sex differences in brain gray and white matter in healthy young adults: correlations with cognitive performance. // J. Neurosci. — 1999. — V. 19, № 10. — P. 4065-4072.
  26. Jayasundar R. Human brain: biochemical lateralization in normal subjects. // Neurol India. – 2002. — Vol. 50. — P. 267-271.
  27. Kaufman J.A., Phillips-Conroy J.E., Black K.J., Perlmutter J.S. Asymmetric regional cerebral blood flow in sedated baboons measured by positron emission tomography (PET) // Am. J. Phys. Anthropol. — 2003. — V. 121, № 4. — P. 369-77.
  28. Lapetina E.G., Soto E.F., De Robertis E. Gangliosides and acetylcholinesterase in isolated membranes of the rat-brain cortex. // Biochem. Biophis. Acta. – 1967. — Vol. 135. — P. 33-43.
  29. Larisch R., Meyer W., Klimke A. et al. Left-right asymmetry of striatal dopamine D2 receptors. // Nucl. Med. Commun. – 1998. – Vol. 19. – P. 781-787.
  30. Markwell M.A., Suzanne M.H., Bieber L.L. A modification of the Lowry procedure to simplify protein determination in membrane and lipoprotein samples. // J. Analyt. Biochem. – 1978. — Vol. 87. — P. 206-211.
  31. Novak G. Lateralization of neocortical dopamine recertors and dopamine level in normal Wistar rats. // Pol. J. Pharmacol. Pharm. — 1989. — Vol. 41. — P. 133-137.
  32. Pediconi M.F., Rodriguesz de Turco E.B. Free fatty acid content and release kinetics as manifestations of cerebral lateralization in mouse brain. // J. Neurochem. – 1984. – Vol. 43. P — 1-7.
  33. Pediconi M.F., Barrantes F.J. Brain asymmetry in phospholipid polar head group metabolism: parallel in vivo and in vitro studies. // Neurochem. Res. – 1990. – Vol. 15. — P. 25-32.
  34. Pediconi M.F., Barrantes F.J. Phospholipid metabolism under muscarinic cholinergic stimulation exhibits brain asymmetry. // Neurochem. Res. – 1993. — Vol. 18. – P. 559-564.
  35. Pediconi M.F., Roccamo de Fernandez A.M., Barrantes F.J. Asymmetric distribution and down-regulation of muscarinic acetylcholine receptor in rat cerebral cortex. // Nerochem. Res. — 1993. — Vol. 18, №5. – P. 565-572.
  36. Riehemann S., Volz H.P., Smesny S. et al. Phosphorus 31 magnetic resonance spectroscopy in schizophrenia research. Pathophysiology of cerebral metabolism of high-energy phosphate and membrane phospholipids. // Nervenarzt. – 2000. — Vol. 71, № 5. – P. 354-63.
  37. Rouser G., Siakotos A.N., Fleisher S. Quantitative analysis of phospholipids by thin-layer chromatography and phophorus analysis of spots. // Lipids. — 1966. – Vol. 1. — P. 85-86.
  38. Schneider L.H., Murphy R.B., Coons E.E. Lateralization of striatal dopamine (D2) receptors in normal rats. // Neurosci Lett. — 1982. — Vol. 33, № 3. — P.281-284.
  39. Springer S.P., Deutsch G. // Left brain, right brain. — NY (4th. ed.): W.H. Freeman and Company, 1993. – 368 p.
  40. Svetashev V.I., Vaskovsky V.E. A simplified technique for thin-layer microchromatography of lipids. // J. Chromatogr. – 1972. — Vol. 67. № 2. – P. 376-378.
  41. Vaskovsky V.E., Kostetsky E.V., Vasendin I.M. Universal reagent for phospholipid analysis. // J. Chromatogr. – 1975. – Vol. l. – P. 129-141.
  42. Nalivaeva N., Plesneva A., Chekulaeva U. et al. Hypoxic hypoxia induces different biochemical changes in the cortex of the right and left hemispheres of rat brain. // Mol. Chem. Neuropathol. — 1995. V. 25, № 2-3. — Р. 255-263.
  43. Ramirez M, Prieto I, Vives F, De Gasparo M, Alba F. Neuropeptides, neuropeptidases and brain asymmetry. // Curr. Protein Pept. Sci. — 2004. — Vol. 5. — P. 497-506.
Комментарии и пинги к записи запрещены.

Комментарии закрыты.

Дизайн: Polepin