Криопротекторные характеристики дипептида L-карнозина (β-аланил-L-гистидина)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Дипептид (β-аланил-L-гистидин) обнаружен в значительных количествах в мышцах и в головном мозге млекопитающих, особенно в обонятельных структурах. L-карнозин проявляет многие протективные эффекты при действии на клетки различных цитотоксических факторов. Срезы обонятельной коры мозга крыс мы использовали для изучения криопротективных характеристик L-карнозина в процессе криосохранения (КС). Анализировали изменения активности N-метил-D-аспартатных рецепторов (NMDAR) при регистрации NMDA-потенциалов, вызываемых электрической стимуляцией латерального обонятельного тракта. Срезы мозга преинкубировали с L-карнозином (20 мМ) в искусственном цереброспинальном растворе, замораживали (–10°C,) и после длительного КС (30 сут) отогревали до 37°С. До и после КС определяли изменения амплитуд NMDA-потенциалов. Обнаружено, что дипептид оптимизировал рН замораживающего раствора после КС и сохранял активность NMDAR, определяемых по амплитуде NMDA-потенциалов. L-карнозин после КС способствовал дегидратации избыточной свободной воды из срезов. Дипептид ингибировал развитие глутаматной эксайтотоксичности в срезах мозга в процессе КС и сохранял нормальное функционирование NMDAR. Полученные данные доказывают, что L-карнозин проявляет свойства эндогенного криопротектора в нервной ткани.

Об авторах

А. А. Мокрушин

Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: mok@inbox.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Митюшов М.И., Емельянов Н.А., Мокрушин А.А., Войнер И.А., Багаева Т.Р. 1986. Переживающий срез мозга как объект нейрофизиологического и нейрохимического исследования. Л.: Наука. 127 с. (Mityushov M.I., Emelya-nov N.A., Mokrushin A.A., Voiner I.A., Bagaeva T.R. 1986. The surviving slice of the brain as an object of neurophysio-logical and neurochemical research. L.: Nauka. 127 p.)
  2. Мокрушин А.А. 1997. Пептид-зависимые механизмы нейрональной пластичности в обонятельной коре. Автореф. докт. дис. Спб. 40 с. (Mokrushin A.A. 1997. Peptide-dependent mechanisms of neuronal plasticity in the olfactory cortex. Thesis Doct. Diss. St. Petersburg. 40 p.)
  3. Мокрушин А.А. 2016. Эффекты глубокого замораживания и отогревания на ионотропные глутаматергические рецепторные механизмы in vitro. Бюлл. экспер. биол. мед. Т. 161. С. 36. (Mokrushin A.A. 2016. Effects of deep freezing and rewarming on ionotropic glutamatergic receptor mechanisms in vitro. Bull. Exper. Biol. Med. V. 161. P. 36)
  4. Мокрушин А.А. 2020. Влияние длительности криосохранения на активность ионотропных глутаматергических механизмов исследование in vitro. Известия РАН. серия биологическая. 2020. № 1. С. 1–10. (Mokrushin A.A. 2020. The influence of duration cryopreservation on activity of ionotropic glutamatergic mechanisms in vitro study. Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Biological series. 2020. № 1. P. 1–10).
  5. Мокрушин А.А. 2022. Улучшение кислотно-щелочного состава среды для длительного и обратимого криосохранения срезов мозга крыс. Цитология. Т. 64. № 1. С. 96. (Mokrushin A.A. 2022. Improvement of the acidbase composition of the environment for long-term and reversible cryopreservation of rat brain slices. Tsitologiya. V. 64. № 1. P. 96.)
  6. Мокрушин А.А., Боровиков С.Е. 2017. Установка для изучения гипотермических эффектов на переживающих срезах мозга теплокровных. Междунар. журн. прикладных фундам. исследований. Т. 2. С. 214. (Mokrushin A.A., Borovikov S.E. 2017. Device for the study of hypothermic effects on the surviving brain slices of homeotherms. Int. J. Applied Basic Res. V. 2. P. 214.)
  7. Мокрушин А.А., Плеханов А.Ю. 2001. Иммунологическая идентификация эндогенных пептидов, секретируемых клетками переживающих срезов обонятельной коры мозга крыс. Доклады Академии наук. Т. 378. № 4. С. 567. (Mokrushin A., Plekhanov A.Yu. 2001. Immunological identification of endogenous peptides secreted by surviving slices of rat olfactory cortex. Dokl. Biol. Sci. V. 378. P. 227.)https://doi.org/10.1023/a:1019206506211
  8. Пичугин Ю.И. 2013. Теоретические и практические аспекты современной криобиологии. М.: Научно-технический центр криобиологии и анабиоза. 60 c. (Pichugin Y.I. 2013. Theoretical and practical aspects of modern cryobiology. M.: Nauchno-Tekhn. Tsentr Kriobiol. Anabioz. 60 p.)
  9. Стволинский С.Л., Федорова Т.Н., Девятов А.А., Медведев О.С., Белоусова М.А., Рыжков И.Н., Тутельян В.А. 2017. Нейропротективное действие карнозина в условиях экспериментальной фокальной ишемии-реперфузии головного мозга. Журн. неврологии и психиатрии. Т. 12. С. 60. (Stvolinsky S.L., Fedorova T.N., Devyatov A.A., Medvedev O.S., Belousova M.A., Ryzhkov I.N., Tutelyan V.A. 2017. Neuroprotective effect of carnosine in experimental focal ischemia-reperfusion of the brain. J. Neurol. Psychiatry. V. 12. P. 60.)
  10. Bae O., Majid A. 2013. Role of histidine/histamine in carnosine-induced neuroprotection during ischemic brain damage. Brain Res. V. 1527. P. 246. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2013.07.004
  11. Berezhnoy D.S., Stvolinsky S.L., Lopachev A.V., Devyatov A.A., Lopacheva O.M., Kulikova O.I., Abaimov D.A., Fedorova T.N. 2019. Carnosine as an effective neuroprotector in brain pathology and potential neuromodulator in normal conditions. Amino Acids. V. 51. P. 139.
  12. Boldyrev A.A., Aldini G., Derave W. 2013. Physiology and pathophysiology of carnosine. Physiol. Rev. V. 93. P. 1803.
  13. Bonfanti L., Peretto P., De M.S., Fasolo A. 1999. Carnosine-related dipeptides in the mammalian brain. Prog. Neurobiol. V. 59. P. 333.
  14. De Marchis S., Modena C., Peretto P., Migheli A., Margolis F.L., Fasolo A. 2000. Carnosine-related dipeptides in neurons and glia. Biochemistry. V. 65. P. 824.
  15. Hipkiss A.R., Preston J.E., Himsworth D.T., Worthington V.C., Keown M., Michaelis J., Lawrence J., Mateen A., Allende L., Eagles P.A. 1998. Pluripotent protective effects of carnosine, a naturally occurring dipeptide. Ann. N.Y. Acad. Sci. V. 854. P. 37.
  16. Ichikawa J., Yamada R.X., Muramatsu R., Ikegaya Y., Matsuki N., Koyama R. 2007. Cryopreservation of granule cells from the postnatal rat hippocampus. J. Pharmacol. Sci. V. 104. P. 387.
  17. Khama-Murad A.X., Pavlinova L.I., Mokrushin A.A. 2008. Neurotropic effect of exogenous L-carnosine in cultured slices of the olfactory cortex from rat brain. Bull. Exp. Biol. Med. V.146. P. 1–3. https://doi.org/10.1007/s10517-008-0227-y
  18. Khama-Murad A., Mokrushin A., Pavlinova L. 2011. Neuroprotective properties of L-carnosine in the brain slices exposed to autoblood in the hemorrhagic stroke model in vitro. Regul. Pept. V. 167. P. 65.https://doi.org/10.1016/j.regpep.2010.11.007. Epub. 2010 Dec. 9.
  19. Lopachev A.V., Lopacheva O.M., Akkuratov E.E., Stvolinskii S.L., Fedorova T.N. 2017. Carnosine protects a primary cerebellat cell culture from acute NMDA toxicity. Neurochem. J. V. 11. P. 38.
  20. Lopachev A.V., Kazanskaya R.B., Khutorova A.V., Fedorova T.N. 2020. An overview of the pathogenic mechanisms involved in severe cases of COVID-19 infection, and the proposal of salicyl-carnosine as a potential drug for its treatment. Eur. J. Pharmacol. V. 886. P. 173457. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2020.173457
  21. Matsumura K., Hayashi F., Nagashima T. 2021. Molecular mechanisms of cell cryopreservation with polyampholytes studied by solid-state NMR. Commun. Materials. V. 2. P. 116.
  22. Mokrushin A.A., Pavlinova L.I. 2013. Effects of the blood components on the AMPA and NMDA synaptic responses in brain slices in the onset of hemorrhagic stroke. Gen. Ph-ysiol. Biophys. V. 32. P. 489.
  23. Mokrushin A.A., Pavlinova L.I., Borovikov S.E. 2014. Influence of cooling rate on activity of ionotropic glutamate receptors in brain slices at hypothermia. J. Therm. Biol. V. 44. P. 5.
  24. Obrenovitch T.P., Urenjak J. 1997. Altered glutamatergic transmission in neurological disorders: from high extracellular glutamate to excessive synaptic efficacy. Progress Neur-obiol. V. 51. P. 39.
  25. Ouyang L., Tian Y., Bao Y., Xu H., Cheng J., Wang B., Shen Y., Chen Z., Lyu J. 2016. Carnosine decreased neuronal cell death through targeting glutamate system and astrocyte mitochondrial bioenergetics in cultured neuron/astrocyte exposed to ogd/recovery. Brain Res. Bull. V. 124. P. 76.
  26. Pepper E.D., Farrell M.J., Nord G., Finkel S.E. 2010. Antiglycation effects of carnosine and other compounds on the long-term survival of escherichia coli. Appl. Env. Microbiol. V. 76. P. 7925.
  27. Rocha C.C., Kawai G.K.V., de Agostini L. J.D., Angrimani D., Rui B.R., de Cássia B.L, da Silva B., Alonso M.A., Mendes C.M. 2018. Carnosine as malondialdehyde scavenger in stallion seminal plasma and its role in sperm function and oxidative status. Theriogenol. V. 119. P. 10.
  28. Sarkar P.K., Egusa A., Matsuzaki M., Sasanami T. 2021. Effect of anserine and carnosine on sperm motility in the japanese quail. J. Poult. Sci. V. 58. P. 186.
  29. Sassoe-Pognetto M., Cantino D., Panzanelli P., Verdundi C.L., Giustetto M., Margolis F.L., De B.S., Fasolo A. 1993. Presynaptic co-localization of carnosine and glutamate in olfactory neurones. Neuroreport. V. 5. P. 7.
  30. Solana-Manrique C., Sanz F.J., Martínez-Carrión G., Paricio N. 2022. Antioxidant and neuroprotective effects of carnosine: therapeutic implications in neurodegenerative diseases. Antioxidants. V. 11. P. 848.
  31. Teufel M., Saudek V., Ledig J.P., Bernhardt A., Boularand S., Carreau A., Cairns N.J., Carter C., Cowley D., Duverger D. 2003. Sequence identification and characterization of human carnosinase and a closely related non-specific dipeptidase. J. Biol. Chem. V. 278. P. 6521.
  32. Tiedje K., Stevens K., Barnes S., Weaver D. 2010. Beta-alanine as a small molecule neurotransmitter. Neurochem. Int. V. 57. P. 177.
  33. Warren D., Bickler P., Clark J., Gregersen M., Brosnan H., McKleroy W., Gabatto P. 2012. Hypothermia and rewarming injury in hippocampal neurons involves intracellular Ca2+ and glutamate excitotoxicity. Neurosci. V. 207. P. 316.https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2011.12.034. Epub. 2012 Jan. 12.
  34. Zhang X., Song L., Cheng X., Yang Y., Luan B., Jia L., Xu F., Zhang Z. 2011. Carnosine pretreatment protects against hypoxia-ischemia brain damage in the neonatal rat model. Eur. J. Pharm. V. 667. P. 202.
  35. Zemke D., Krishnamurthy R., Majid A. 2005. Carnosine is neuroprotective in a mouse model of stroke. J. Cereb. Blood Flow Metab. V. 25. P. S313.

Дополнительные файлы


© А.А. Мокрушин, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах