Особенности циркадного ритма размеров митохондрий гепатоцитов крыс в условиях темновой депривации и хронической алкогольной интоксикации

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Обоснование. Циркадные ритмы функций и процессов в организме в норме строго согласованы между собой и с факторами внешней среды, что обеспечивает поддержание функционирования органов и систем на оптимальном уровне. В ранее проведённых исследованиях показано, что темновая депривация и хроническая алкогольная интоксикация, действуя как по отдельности, так и совместно, вызывают существенные нарушения в циркадном ритмостазе. Однако исследований, посвящённых изучению циркадных ритмов органоидов гепатоцитов в экспериментальных условиях, нами не обнаружено.

Цель исследования — изучение суточной динамики площади поперечного сечения митохондрий гепатоцитов у крыс обоего пола в условиях темновой депривации, хронической алкогольной интоксикации и совместного действия этих факторов.

Материалы и методы. Работа выполнена на 80 самцах и 80 самках крыс аутбредного стока Вистар в возрасте 6 мес, разделённых на 4 группы каждого пола: 1-я группа содержалась при фиксированном световом режиме; 2-я группа — в условиях темновой депривации 24 ч в сутки; 3-я группа — в тех же условиях, что и животные контрольной группы, но подвергалась хронической алкогольной интоксикации; 4-я группа — в условиях темновой депривации и хронической алкогольной интоксикации. Длительность эксперимента составляла 3 нед. Образцы печени после фиксации и проводки традиционными методами анализировали при помощи просвечивающего электронного микроскопа. Для оценки митохондриального аппарата гепатоцитов применяли микроморфометрические методы. Построение графиков и статистическую обработку результатов выполняли в программе GraphPad Prism v. 8.41. Хронобиологическую обработку результатов осуществляли с использованием программы CosinorEllipse2006-1.1.

Результаты. В гепатоцитах крыс экспериментальных групп обоего пола обнаружен циркадный ритм площади поперечного сечения митохондрий со сходными параметрами. Темновая депривация и хроническая алкогольная интоксикация, действуя как отдельно, так и совместно, вызывают перестройку циркадных ритмов размеров митохондрий, в большей степени выраженную у самцов.

Заключение. Проведённое исследование свидетельствует о том, что циркадный ритм размеров митохондрий оказывается зависим от режима освещения и токсического действия этанола и его метаболитов. Циркадный ритм размеров митохондрий гепатоцитов самок по сравнению с самцами более устойчив к действию темновой депривации и алкогольной интоксикации.

Об авторах

Давид Александрович Арешидзе

Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского

Автор, ответственный за переписку.
Email: labcelpat@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3006-6281
SPIN-код: 4348-6781

канд. биол. наук

Россия, Москва

Список литературы

  1. Чибисов С.М., Раппопорт С. И., Благонравов М. Л. Хронобиология и хрономедицина. Москва: Издательство РУДН, 2018. 828 с.
  2. Forger D. B. Biological clocks, rhythms, and oscillations: the theory of biological timekeeping. Cambridge (MA): MIT Press, 2017.
  3. McKenna H., van der Horst G. T.J., Reiss I., Martin D. Clinical chronobiology: a timely consideration in critical care medicine // Crit Care. 2018. Vol. 22, N 1. P. 124. doi: 10.1186/s13054-018-2041-x
  4. Walker W.H. 2nd, Bumgarner J. R., Walton J. C., et al. Light pollution and cancer // Int J Mol Sci. 2020. Vol. 21, N 24. P. 9360. doi: 10.3390/ijms21249360
  5. Chaix A., Lin T., Le H. D., et al. Time-restricted feeding prevents obesity and metabolic syndrome in mice lacking a circadian clock // Cell Metab. 2019. Vol. 29, N 2. P. 303–319. doi: 10.1016/j.cmet.2018.08.004
  6. Panda S., Poirier G. G., Kay S. A. tej defines a role for poly(ADP-ribosyl)ation in establishing period length of the arabidopsis circadian oscillator // Dev Cell. 2002. Vol. 3, N 1. P. 51–61. doi: 10.1016/s1534-5807(02)00200-9
  7. Roenneberg T., Merrow M. The circadian clock and human health // Curr Biol. 2016. Vol. 26, N 10. P. R432–R443. doi: 10.1016/j.cub.2016.04.011
  8. Zimmet P., Alberti K. G.M.M., Stern N., et al. The circadian syndrome: is the metabolic syndrome and much more! // J Intern Med. 2019. Vol. 286, N 2. P. 181–191. doi: 10.1111/joim.12924
  9. Nicolaides N.C., Chrousos G. P. Sex differences in circadian endocrine rhythms: clinical implications // Eur J Neurosci. 2020. Vol. 52, N 1. P. 2575–2585. doi: 10.1111/ejn.14692
  10. Walton J.C., Bumgarner J. R., Nelson R. J. Sex differences in circadian rhythms // Cold Spring Harb Perspect Biol. 2022. Vol. 14, N 7. P. a039107. doi: 10.1101/cshperspect.a039107
  11. Kim P., Oster H., Lehnert H., et al. Coupling the circadian clock to homeostasis: the role of period in timing physiology // Endocr Rev. 2019. Vol. 40, N 1. P. 66–95. doi: 10.1210/er.2018-00049
  12. Shi D., Chen J., Wang J., et al. Circadian clock genes in the metabolism of non-alcoholic fatty liver disease // Front Physiol. 2019. Vol. 10. P. 423. doi: 10.3389/fphys.2019.00423
  13. de Assis L. V.M., Demir M., Oster H. The role of the circadian clock in the development, progression, and treatment of non-alcoholic fatty liver disease // Acta Physiol (Oxf). 2023. Vol. 237, N 3. P. e13915. doi: 10.1111/apha.13915
  14. Michel S., Meijer J. H. From clock to functional pacemaker // Eur J Neurosci. 2020. Vol. 51, N 1. P. 482–493. doi: 10.1111/ejn.14388
  15. Li H., Zhang S., Zhang W., et al. Endogenous circadian time genes expressions in the liver of mice under constant darkness // BMC Genomics. 2020. Vol. 21, N 1. P. 224. doi: 10.1186/s12864-020-6639-4
  16. Areshidze D.A., Kozlova M. A., Makartseva L. A., et al. Influence of constant lightning on liver health: an experimental study // Environ Sci Pollut Res Int. 2022. Vol. 29, N 55. P. 83686–83697. doi: 10.1007/s11356-022-21655-3
  17. Sato K., Meng F., Francis H., et al. Melatonin and circadian rhythms in liver diseases: functional roles and potential therapies // J Pineal Res. 2020. Vol. 68, N 3. P. e12639. doi: 10.1111/jpi.12639
  18. Stevens R.G., Davis S., Mirick D. K., et al. Alcohol consumption and urinary concentration of 6-sulfatoxymelatonin in healthy women // Epidemiology. 2000. Vol. 11, N 6. P. 660–665. doi: 10.1097/00001648-200011000-00008
  19. Audebrand A., Désaubry L., Nebigil C. G. Targeting GPCRs against cardiotoxicity induced by anticancer treatments // Front Cardiovasc Med. 2020. Vol. 6. P. 194. doi: 10.3389/fcvm.2019.00194
  20. Talib W.H., Alsayed A. R., Abuawad A., et al. Melatonin in cancer treatment: current knowledge and future opportunities // Molecules. 2021. Vol. 26, N 9. P. 2506. doi: 10.3390/molecules26092506
  21. Voigt R.M., Forsyth C. B., Keshavarzian A. Circadian rhythms: a regulator of gastrointestinal health and dysfunction // Expert Rev Gastroenterol Hepatol. 2019. Vol. 13, N 5. P. 411–424. doi: 10.1080/17474124.2019.1595588
  22. Huang M.C., Ho C. W., Chen C. H., et al. Reduced expression of circadian clock genes in male alcoholic patients // Alcohol Clin Exp Res. 2010. Vol. 34, N 11. P. 1899–1904. doi: 10.1111/j.1530-0277.2010.01278.x
  23. Aviram R., Adamovich Y., Asher G. Circadian organelles: rhythms at all scales // Cells. 2021. Vol. 10, N 9. P. 2447. doi: 10.3390/cells10092447
  24. Wang J., Mauvoisin D., Martin E., et al. Nuclear proteomics uncovers diurnal regulatory landscapes in mouse liver // Cell Metab. 2017. Vol. 25, N 1. P. 102–117. doi: 10.1016/j.cmet.2016.10.003
  25. Yeung J., Naef F. Rhythms of the genome: circadian dynamics from chromatin topology, tissue-specific gene expression, to behavior // Trends Genet. 2018. Vol. 34, N 12. P. 915–926. doi: 10.1016/j.tig.2018.09.005
  26. Wai T., Langer T. Mitochondrial dynamics and metabolic regulation // Trends Endocrinol Metab. 2016. Vol. 27, N 2. P. 105–117. doi: 10.1016/j.tem.2015.12.001
  27. Braakman I., Bulleid N. J. Protein folding and modification in the mammalian endoplasmic reticulum // Annu Rev Biochem. 2011. Vol. 80. P. 71–99. doi: 10.1146/annurev-biochem-062209-093836
  28. Chedid A., Nair V. Diurnal rhythm in endoplasmic reticulum of rat liver: electron microscopic study // Science. 1972. Vol. 175, N 4018. P. 176–179. doi: 10.1126/science.175.4018.176
  29. Ma D., Panda S., Lin J. D. Temporal orchestration of circadian autophagy rhythm by C/EBPβ // EMBO J. 2011. Vol. 30, N 22. P. 4642–4651. doi: 10.1038/emboj.2011.322
  30. Kozlova M.A., Kirillov Y. A., Makartseva L. A., et al. Morphofunctional state and circadian rhythms of the liver under the influence of chronic alcohol intoxication and constant lighting // Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, N 23. P. 13007. doi: 10.3390/ijms222313007
  31. Areshidze D.A., Kozlova M. A. Morphofunctional state and circadian rhythms of the liver of female rats under the influence of chronic alcohol intoxication and constant lighting // Int J Mol Sci. 2022. Vol. 23, N 18. P. 10744. doi: 10.3390/ijms231810744
  32. Степанов А.В., Байдюк Е. В., Сакута Г. А. Характеристики митохондрий кардиомиоцитов крыс с хронической сердечной недостаточностью // Цитология. 2016. Т. 58, № 11. С. 875–882. EDN: XXRUJH
  33. Tsang A.H., Astiz M., Leinweber B., Oster H. Rodent models for the analysis of tissue clock function in metabolic rhythms research // Front Endocrinol (Lausanne). 2017. Vol. 8. P. 27. doi: 10.3389/fendo.2017.00027
  34. Балканов А.С., Розанов И. Д., Голанов А. В., и др. Состояние эндотелия капилляров перитуморальной зоны после адъювантной лучевой терапии глиобластомы головного мозга // Клиническая и экспериментальная морфология. 2021. Т. 10, № 1. С. 33–40. EDN: KOULJY doi: 10.31088/CEM2021.10.1.33-40
  35. Курбат М.Н., Кравчук Р. И., Островская О. Б. Влияние мелатонина на морфологию митохондрий и других клеточных компонентов гепатоцита // Гепатология и гастроэнтерология. 2018. Т. 2, № 2. С. 138–142. EDN: TTCMUQ
  36. Otsuka K., Watanabe H. Experimental and clinical chronocardiology // Chronobiologia. 1990. Vol. 17, N 2. P. 135–163.
  37. Cornelissen G. Cosinor-based rhythmometry // Theor Biol Med Model. 2014. Vol. 11. P. 16. doi: 10.1186/1742-4682-11-16
  38. Jacobi D., Liu S., Burkewitz K., et al. Hepatic Bmal1 regulates rhythmic mitochondrial dynamics and promotes metabolic fitness // Cell Metab. 2015. Vol. 22, N 4. P. 709–720. doi: 10.1016/j.cmet.2015.08.006
  39. Oliva-Ramírez J., Moreno-Altamirano M.M., Pineda-Olvera B., et al. Crosstalk between circadian rhythmicity, mitochondrial dynamics and macrophage bactericidal activity // Immunology. 2014. Vol. 143, N 3. P. 490–497. doi: 10.1111/imm.12329
  40. Jornayvaz F.R., Shulman G. I. Regulation of mitochondrial biogenesis // Essays Biochem. 2010. Vol. 47. P. 69–84. doi: 10.1042/bse0470069
  41. de Goede Goede P., Wefers J., Brombacher E. C., et al. Circadian rhythms in mitochondrial respiration // J Mol Endocrinol. 2018. Vol. 60, N 3. P. R115–R130. doi: 10.1530/JME-17-0196
  42. Manella G., Asher G. The circadian nature of mitochondrial biology // Front Endocrinol (Lausanne). 2016. Vol. 7. P. 162. doi: 10.3389/fendo.2016.00162
  43. Darshi M., Mendiola V. L., Mackey M. R., et al. ChChd3, an inner mitochondrial membrane protein, is essential for maintaining crista integrity and mitochondrial function // J Biol Chem. 2011. Vol. 286, N 4. P. 2918–2932. doi: 10.1074/jbc.M110.171975
  44. Vue Z., Garza-Lopez E., Neikirk K., et al. 3D reconstruction of murine mitochondria reveals changes in structure during aging linked to the MICOS complex // Aging Cell. 2023. Vol. 22, N 12. P. e14009. doi: 10.1111/acel.14009
  45. Mizuno M., Kuno A., Yano T., et al. Empagliflozin normalizes the size and number of mitochondria and prevents reduction in mitochondrial size after myocardial infarction in diabetic hearts // Physiol Rep. 2018. Vol. 6, N 12. P. e13741. doi: 10.14814/phy2.13741
  46. Mazure N.M., Brahimi-Horn M.C., Pouysségur J. Hypoxic mitochondria: accomplices in resistance // Bull Cancer. 2011. Vol. 98, N 5. P. 40–46. doi: 10.1684/bdc.2011.1360
  47. Zhuang Y., Jiang W., Zhao Z., et al. Ion channel-mediated mitochondrial volume regulation and its relationship with mitochondrial dynamics // Channels (Austin). 2024. Vol. 18, N 1. P. 2335467. doi: 10.1080/19336950.2024.2335467

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Суточная динамика площади поперечного сечения митохондрий гепатоцитов: а — самцы, b — самки. ТД — темновая депривация, ХАИ — хроническая алкогольная интоксикация.

Скачать (37KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Результаты косинор-анализа суточного ритма площади поперечного сечения митохондрий гепатоцитов: а — самцы, b — самки. ТД — темновая депривация, ХАИ — хроническая алкогольная интоксикация.

Скачать (86KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».