Л.Л. Клименко, А.И. Деев «КОНЦЕНТРАЦИЯ ЛИПОФУСЦИНА В КОРЕ БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА КРЫС КАК ПРЕДИКТОР РАЗЛИЧНОЙ СКОРОСТИ СТАРЕНИЯ ПОЛУШАРИЙ» (С. 23-27)

Л.Л. Клименко*, А.И. Деев**

КОНЦЕНТРАЦИЯ ЛИПОФУСЦИНА В КОРЕ БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА КРЫС КАК ПРЕДИКТОР РАЗЛИЧНОЙ СКОРОСТИ СТАРЕНИЯ ПОЛУШАРИЙ

*Институт химической физики им. Н.Н.Семенова РАН,

**Национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова, Москва, Россия

N.N. Semenov Institute of chemical physics Russian Academy of Science

N.I. Pirogov National research medical University, Moscow, Russia

КОНЦЕНТРАЦИЯ ЛИПОФУСЦИНА В КОРЕ БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА КРЫС КАК ПРЕДИКТОР РАЗЛИЧНОЙ СКОРОСТИ СТАРЕНИЯ ПОЛУШАРИЙ
Л.Л. Клименко, А.И. Деев
Накопление липофусцина в коре больших полушарий головного мозга крыс является нелинейной функцией возраста: оно синхронизировано с возрастной динамикой активности антоксидантных ферментов. На всем протяжении онтогенеза у подопытных крыс сохраняется превышение концентрации липофусцина в правом полушарии. Вероятно, правое полушарие стареет быстрее левого полушария.
Ключевые слова: липофусцин, хронологический и функциональный возраст мозга, полушария головного мозга
THE CONCENTRATION OF LIPOFUSCIN IN THE CEREBRAL CORTEX OF RAT BRAIN AS A PREDICTOR OF DIFFERENT RATE OF AGING HEMISPHERES
L.L. Klimenko, A.I. Deev
The accumulation of lipofuscin in the cerebral cortex of rat brain is non-linear function of age. This function is synchronized with the age activity of antioxidantnyh enzymes. Throughout the ontogeny of rats a higher concentration of lipofuscin in the right hemisphere is maintained. It is possible that right hemisphere of rats is aging faster than the left one.
Key words: lipofuscin, cerebral cortex, age activity, right hemisphere, left hemisphere

Введение. Липофусцин, или «пигмент старения» играет особую и до сих пор дискутируемую роль в процессе старения мозга. Существует обширная литература, в которой показана линейная связь между возрастом нервных тканей и поглощением ими кислорода и накоплением липофусцина. Результаты многих исследований указывают на то, что липофусцин в нервных клетках является в большей степени показателем функциональной активности, чем возраста нейронов.

Исходя из тезиса о функциональном различии полушарий (доминантного и субдоминантного), можно предположить, что полушария одного хронологического возраста различаются своим функциональным возрастом.

Липофусцин (ЛФ) образуется в цитоплазме в виде желтых и коричневых гранул. В основе его генезе лежат процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ) и последующей полимеризации альдегидов с аминогруппами белков. В результате полимеризации образуются соединения типа Шиффовых оснований фосфолипидов, благодаря которым ЛФ приобретает свойство флуоресценции с максимумом испускания в области 420-460 нм и с областью возбуждения от 340 до 395 нм (Gilissen, Staneva-Dobrovski, 2013; Ottis, Koppe, Oniskoetal., 2012; Sohal, 1981).

Традиционно липофусцин считается показателем старости клеток, а его накопление в нейронах является общепризнанным и универсальным показателем старения нервной системы (Tigges, Herndon, Rosene, 1995; Hiramatsu, Edamatsu, Mori, 1992; Mizuno, 1990; Piyanova, Albayram, Rossietal., 2013; Eldred, Miller, Stark, Feeney-Burns, 1998; Sparapani, Dall’Olio, Gandolfietal., 1998; Butterfield, Howard, Yatinetal., 1997).

ЛФ накапливается в различных структурах мозга неравномерно, что связано с функциональными и метаболическими особенностями различных образований мозга (Hiramatsu, Edamatsu, Mori, 1992; Mizuno, 1990; Piyanova, Albayram, Rossietal., 2013). Липофусцин считается маркером не только хронологического, но и функционального возраста клеток и формирует одну из адаптивных метаболических систем, связанных со свободнорадикальными реакциями организма.

Цели и задачи. Цель этой работы — исследование скорости старения полушарий головного мозга крыс.

Материалы и методы. В работе исследовали 150 крыс-самцов линии Вистар в возрасте от 3 до 34 месяцев. Для определения доминатности полушарий использовали моторную асимметрию, т.е. предпочтение стороны побежки в Т-образном лабиринте (Клименко, Деев, Протасова и др., 1999а; Клименко, Деев, Протасова и др., 1999б).

Концентрацию липофусцина в коре больших полушарий головного мозга определяли методом синхронного сканирования люминесценции, который обычно применяется для анализа многокомпонентных смесей и для решения данной задачи был использован впервые (Рабек, 1985). Метод предусматривает одновременное сканирование монохроматоров возбуждения и регистрацию с фиксированным сдвигом по длинам волн. Оптимальным является сдвиг, равный расстоянию между максимумами возбуждения и флуоресценции. В этом случае спектры дают оптимальную информацию о многокомпонентной смеси. Синхронные спектры состоят из нескольких пиков и имеют вид, характерный для каждого соединения. Для определения концентрации ЛФ в коре больших полушарий была использована флуоресцентная спектроскопия с синхронным возбуждением, при этом сдвиг волн возбуждения и испускания составлял 60 нм. Регистрировали синхронные спектры белка (по флуоресценции триптофанилов) и липофусцина.

Участок из моторной области коры головного мозга гомогенизировали в 1 мл физиологического раствора. Спектры флуоресценции регистрировали в цилиндрических кварцевых кюветах диаметром 5 мм на спектрофлуориметре HitahiMPF-4. Параметром, характеризующим накопление липофусцина в полушариях, служило отношение интенсивности флуоресценции липофусцина (lem=440нм) к интенсивности флуоресценции триптофанила (lem=350 нм). Таким образом, концентрация липофусцина нормировалось на концентрацию белка в пробе.

Результаты и их обсуждение. На рис. 1 приведена динамика концентрации липофусцина в коре больших полушарий головного мозга крыс в возрасте от 3 до 34 месяцев. Как видно на графиках, накопление ЛФ происходит с различной скоростью в разные возрастные периоды. В молодом возрасте (3-9 месяцев) происходит быстрое накопление ЛФ, и его концентрация в правом полушарии увеличивается от 13,3±1,3 до 33±2,0 относительных единиц. В возрасте от 9 до 20 месяцев динамическая кривая ЛФ выходит на плато: его концентрация в этом диапазоне практически не меняется. Переломный момент наступает в 20 месяцев, когда концентрация ЛФ резко уменьшается и к 22 месяцам достигает 27±1,8 отн. ед. и более не изменяется вплоть до позднего возраста — 34 месяца. Такая тенденция в динамике концентрации характерна как для левого, доминантного (D), так и для правого, субдоминантного (S) полушария.

Klimenko_1_3_2014

Рис.1. Концентрация липофусцина в правом (S) и левом (D) полушариях в разные возрастные периоды

В течение всего периода онтогенеза подопытных крыс наблюдается достоверное превышение концентрации ЛФ в правом, субдоминантном полушарии по отношению к левому, доминантному полушарию.

Известно, что в процессе онтогенеза существует ряд критических периодов, связанных с созреванием мозга, когда значительно меняется его деятельность. Эти периоды соответствуют основным периодам жизни: достижению половой зрелости, репродуктивному периоду и периоду угасания репродуктивной функции. С этими периодами совпадают изменения в активности защитных ферментных систем, под контролем которых протекают процессы свободнорадикального окисления (Клименко, Деев, Фокин, 1987; Клименко, Деев, Протасова и др., 1999а; Клименко, Деев, Протасова и др., 1999б). Многофазность динамических кривых связана с соответствующими возрастными изменениями активности защитных ферментов: супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза, так же как и ферментная система глутатионтрансфераза – глутатионредуктаза, в процессе онтогенеза претерпевают изменения активности, которые можно описать М-образной кривой, при этом переломные моменты этой кривой приходятся на те же возрастные периоды, что и в наших графиках. В наших опытах высокая скорость накопления продуктов ПОЛ в раннем возрасте (до 10 месяцев) соответствует высокой активности в этом периоде онтогенеза как СОД, так и глутатионредуктазы. В периоде от 9 до 22 месяцев происходит снижение активности СОД и увеличение активности глутатионпероксидазы, достигающей максимума к 24 месяцам. В возрасте 20 месяцев, когда активность СОД и глутатионредуктазы минимальна, а активность глутатионпероксидазы еще не достигла своего максимального значения, концентрация липофусцина достигает самого высокого значения. В позднем возрасте при повышении активности глутатионзависимых пероксидаз происходит снижение концентрации продуктов свободнорадикального окисления.

Несмотря на традиционное представление о ЛФ как о пигменте старения, наше исследование демонстрирует, что накопление ЛФ – не монотонная функция возраста: скорость накопления максимальна в молодом возрасте и различна в полушариях. В правом полушарии скорость накопления ЛФ в период от 3 до 9 месяцев в 16,83 раза выше, чем в зрелом возрасте (от 9 до 20 месяцев). Такое большое различие в скорости накопления ЛФ в разные периоды онтогенеза ассоциируется как с высокой интенсивностью свободнорадикальных реакций – «в молодости старение идет быстрее», – так и с высокими затратами энергии, сопровождающими созревание мозга.

Различная скорость накопления ЛФ и межполушарная концентрационная асимметрия, выявленная во всех возрастных периодах, ассоциируется с представлением о различии в скорости старения полушарий. Благодаря тому, что в течение всего периода онтогенеза крыс сохраняется превышение концентрации липофусцина в правом полушарии, можно сказать, что в полушариях головного мозга часы старения идут с разной скоростью: субдоминантное, правое полушарие стареет быстрее, а доминантное, левое полушарие дольше остается «молодым».

Выводы

  1. Накопление липофусцина в коре больших полушарий головного мозга крыс не является линейной функцией возраста: оно синхронизировано с возрастной динамикой активности антоксидантных ферментов.
  2. На всем протяжении онтогенеза у подопытных крыс сохраняется превышение концентрации липофусцина в правом, субдоминантном полушарии. Это означает, что оно стареет быстрее левого, доминантного полушария.
Список литературы:
  1. Клименко Л.Л., Деев А.И., Фокин В.Ф. Корреляция содержания флуорисцирующих компонентов старения в гомогенатах коры мозга с уровнем постоянного потенциала мозга в позднем онтогенезе у крыс // Биофизика. – 1987. – Т. 36, Вып.4. – С. 691-692.
  2. Клименко Л.Л., Деев А.И., Протасова О.В. и др. Синхронизация изменений уровня постоянного потенциала и концентрации продуктов перекисного окисления липидов головного мозга в онтогенезе крыс // Биофизика. – 1999а. – Т. 44, № 3. – С. 540-544.
  3. Клименко Л.Л., Деев А.И., Протасова О.В. и др. Системная организация функциональной межполушарной асимметрии: Зеркало асимметрии // Биофизика. – 1999б. – Т. 44, № 5. – С. 916-920.
  4. Рабек Я. Экспериментальные методы в фотохимии и фотофизике. – М.: Мир, 1985. – С. 799-801.
  5. Butterfield D. A., Howard B. J., Yatin S. et al. Free radical oxidation of brain proteins in accelerated senescence and its modulation by N-tert-buty l-alpha-phenylnitrone // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1997. – V. 94, No. 2. – Р. 674-678.
  6. Eldred G.E., Miller G.V., Stark W.S., Feeney-Burns L. Lipofuscin: resolution of discrepant fluorescence data // Science. – 1982. – V. 216, No. 4547. – Р. 757-759.
  7. Gilissen E.P., Staneva-Dobrovski L. Distinct types of lipofuscin pigment in the hippocampus and cerebellum of aged cheirogaleid primates // Anat Rec (Hoboken). – 2013. Dec. – 296 (12). – Р. 1895-1906.
  8. Hiramatsu M., Edamatsu R., Mori A. Free radicals, lipid peroxidation, SOD activity, neurotransmitters and choline acetyltransferase activity in the aged rat brain // Exs. – 1992. – V. 62. – P. 213-218.
  9. Mizuno Y. The role of oxygen free radicals in the aging of the brain // Nippon Ronen Igakkai Zasshi. – 1990. – V. 27, No. 2. – Р. 182-187.
  10. Ottis P., Koppe K., Onisko B. et al. Human and rat brain lipofuscin proteome // Proteomics. – 2012. Aug. – 12 (15-16). – Р. 2445-2454.
  11. Piyanova A., Albayram O., Rossi C.A. et al. Loss of CB1 receptors leads to decreased cathepsin D levels and accelerated lipofuscin accumulation in the hippocampus // Mech Ageing Dev. – 2013.Sep. – 134 (9). – P. 391-399.
  12. 12. Sohal R.S. Age-pigments. ed. E. Amsterdam. – N.Y.-Oxford. – 1981. – 394 р.
  13. 13. Sparapani M., Dall’Olio R., Gandolfi O. et al. Aging and oxidative stress in neurodegeneration // Biofactors. – 1998. – V. 148. – P. 103-112.
  14. 14. 14. Tigges J., Herndon J.G., Rosene D.L. Mild age-related changes in the dentate gyrus of adult rhesus monkeys // Acta-Anat-Basel. – 1995. – V. 153, No. 1. – Р. 39-48.
Комментарии и пинги к записи запрещены.

Комментарии закрыты.

Дизайн: Polepin