АНТЕРОГРАДНЫЙ ТРАНСПОРТ БЕЛКОВ АКСОНАМИ

Since 1999
ISSN 2226-7425
Fundamental studies
АНТЕРОГРАДНЫЙ ТРАНСПОРТ БЕЛКОВ
АКСОНАМИ МОТОНЕЙРОНОВ СПИННОГО МОЗГА КРЫС,
АПТИРОВАННЫХ И НЕ АДАПТИРОВАННЫХ
К ВОЗДЕЙСТВИЮ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
А.Г. Мустафин
Кафедра биологии
Российский национальный исследовательский медицинский университет
имени Н.И. Пирогова
Продолжительная неинтенсивная физическая нагрузка (плавание без груза в течение 12 ± 2 ч) вызвала замедление
скорости быстрого аксонального транспорта в двигательных волокна седалищного нерва крыс на 18%, а также снижение среднего уровня транспортируемых протеинов в 2 раза по сравнению с контролем. Сравнительно более
короткая, но более интенсивная физическая активность (плавание с грузом 1/11 веса тела в течение 60 ± 10 мин)
приводит к повышению скорости на 10% и среднего уровня транспортируемых протеинов в 2 раза. Ежедневное
плавание (3 ч без груза или 10—15 мин с грузом) в течении 20 дней возвращает указанные показатели к уровню
контрольных. Компенсаторно-адаптивные перестройки быстрого компонента антероградного транспорта свидетельствуют о его возможном вовлечении в трофические взаимосвязи между нейроном и клеткой мишенью.
Ключевые слова: аксональный транспорт белков, мотонейроны спинного мозга крыс, адаптация к физической
нагрузке.
Нервные клетки, находящиеся в деятельном состоянии, отличает ряд особенностей, как морфологического характера, так и специфические перестройки пластического и энергетического обмена.
В процессе тренировки повышается резистентность клеток, органов и систем к происходящим
при нагрузке изменениям. Как известно, скорость
быстрого компонента аксонального транспорта
(АТ) зависит от протекания окислительных реакций в клетке: он замедляется, если в нервном волокне не будет обеспечена оптимальная концентрация АТФ. Вместе с тем, проведение возбуждения
сопровождается заметными изменениями содержания макроэргических фосфатов и баланса ионов
в нервных волокнах. Количество транспортируемого аксонами материала, по всей вероятности,
может зависеть от ряда процессов: синтеза и деградации или изменения поступления белков в транспортные системы.
Исследовали влияние физической нагрузки
плаванием разной длительности и интенсивности
на быстрый компонент АТ белков в двигательных
волокнах седалищного нерва адаптированных
и неадаптированных к физической нагрузке плаванием крыс.
В опытах использовали самцов белых крыс массой 280—320 г. Животных ежедневно заставляли
плавать в воде с температурой 33—35° в течение
3 часов без груза и 10—15 мин. с грузом, масса которого составляла 1/11 веса тела животного. Через
5, 10 и 20 дней предварительной адаптации, животных подвергали нагрузке плаванием в течение
12 ± 2 ч без груза или в течение 60 ± 10 мин. с грузом. Плавание прекращали, когда оно сменялось
нырянием, т.е. когда животные периодически поднимались к поверхности воды для дыхания. Затем
определяли скорость быстрого компонента АТ
и уровень радиоактивности транспортируемого
материала в двигательных волокнах седалищного
нерва. Те же показатели АТ были изучены при
плавании предварительно не адаптированных
крыс и у контрольных животных.
Скорость быстрого компонента АТ по двигательным волокнам седалищного нерва крыс, плававших 12 ± 2 часа, снизилась на 18% от контроля,
а количество транспортируемого аксонами белка
уменьшилось более чем в 2 раза. Сходные изменения показателей АТ обнаружены у животных
после 5 и 10 дней ежедневного 3-х часового плавания. Однако после 20 дней мышечной тренировки
отмечена адаптивная перестройка метаболического
ответа мотонейронов, к длительной нагрузке плаванием, заключающаяся в статистически значимом
увеличением скорости и уровня радиоактивности
~ 49 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий
и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390
Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта
по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999
ISSN 2226-7425
The journal of scientific articles “Health & education millennium”, 2014, volume 16, no. 4
АТ до цифр близких к интактным животным. Подобные результаты получены при исследовании
влияния на АТ значительно более интенсивной, но
кратковременной нагрузки (плавание 60 ± 10 мин.
с грузом 1/11 массы тела): скорость транспорта возросла на 10%, а уровень радиоактивности транспортного материала увеличивается более чем
в 2 раза. Однократная ежедневная 10—15 минутная мышечная нагрузка в течение 5 и 10 дней зна-
чимо не изменяла эффект гиперфункции, нейроцитов на показатели АТ в условиях интенсивного
стимулирования плаванием. Эффект тренировки
сказывается на животных после 20 дней однократных нагрузок: скорость быстрого компонента АТ
составила 391,62 ± 19,72, а уровень радиоактивности транспортируемого материала 3,69 ± 0,22, что
статистически не отличается от контрольных показателей.
Таблица 1
Скорость АТ и уровень радиоактивности транспортируемого материала
аксонами мотонейронов контрольных и подвергнутых физической нагрузки крыс
Вид воздействия
Контроль
Плавание неадаптированных крыс
Тренировка 5 суток
Тренировка 10 суток
Тренировка 20 суток
Плавание без груза 12±2ч
Плавание с грузом 1/11 массы тела
60 ± 10 мин
Скорость АТ,
мм/сут
Уровень радиоактивности транспортируемого
материала
Скорость АТ,
мм/сут
Уровень радиоактивности транспортируемого
материала
392,42 ± 10,23
322,0 ± 8,71*
3,93 ± 0,29
1,92 ± 0,2*
392,42 ± 10,2
431,51 ± 9,58*
3,93 ± 0,29
8,08 ± 0,41*
351,63 ± 10,11*
360,51 ± 19,35
387,62 ± 11,05
2,23 ± 0,16*
2,47 ± 10,11*
3,16 ± 0,21
426,0 ± 10,71*
432,0 ± 12,05*
391,62 ± 19,7
6,79 ± 0,49*
7,55 ± 0,52*
3,69 ± 0,22
* Достоверные в сравнении с контролем отличия (Р < 0,05).
Наши результаты согласуются с данными ряда
авторов, показавших зависимость быстрого компонента АТ от функционального состояния нервных
клеток [2; 4; 6]. Реактивные ответы нейроцитов
к воздействию мышечных нагрузок на начальных
этапах адаптации зависят от интенсивности стимуляции и от длительности ее действия [1; 3; 5].
Адаптивная перестройка метаболических процессов нервных клеток у тренированных животных
сопровождается активацией компенсаторных процессов, устраняющих изменения показателей
транспортных потоков внутри нейроплазмы, вызванных физической нагрузкой. Т.о. зависимость
АТ от степени функциональной нагрузки и тренированности к ней свидетельствует, что транспорт
веществ из тел нейронов в аксоны является необходимым условием существования нервных клеток, а также вероятно играет существенную роль
в замещении расходуемых в отростках веществ.
Кроме того, компесаторно-адаптивные перестройки быстрого компонента антероградного транс-
порта свидетельствуют о возможном его вовлечении в трофические взаимосвязи между нейроном
и клеткой-мишенью.
ЛИТЕРАТУРА
1. Alberts B. et al. Molecular biology of the cell. 5th ed.
Garland Science, 2008.
2. Commons K.G., Beck S.G., Bey V.W. Two populations of glutamatergic axons in the rat dorsal raphe nucleus
defined by the vesicular glutamate transporters 1 and 2.
Eur J Neurosci. 2005;21(6):1577—86.
3. De Vos K.J., Grierson A.J., Ackerley S., Miller C.C.
Role of axonal transport in neurodegenerative diseases. Ann.
Rev. Neurosci. 2008, 31, 151—173.
4. Kirby L.G., Pan Y.Z., Freeman-Daniels et al. Cellular effects of swim stress in the dorsal raphe nucleus. Psychoneuroendocrinology. 2007; 32(6):712—23.
5. Hirokawa N., Takemura R. Molecular motors and
mechanisms of directional transport in neurons. Nature Reviews Neuroscience. 2005, 6, 201—214.
6. Perrot R. Julien JP. Real-time imaging reveals defects
of fast axonal transport induced by disorganization of intermediate filaments // FASEB Journal. 2009. Vol. 23.
Р. 3213—3225..
~ 50 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий
и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390
Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта
по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999
ISSN 2226-7425
Fundamental studies
ANTEROGRADE TRANSPORT OF PROTEINS IN THE AXONS
OF SPINAL CORD MOTONEUROHES OF ADAPTEDS
AND NONADAPTEDS BY PHYSIKAL LOADINGS RATS
A.G. Mustafin
Biology Department,
N.Y. Pirogov Russian National Research Medical University,
Moscow, Russia
The prolonged no intensive physical activity by swimming without load (12 ± 2 h) provokes a decreases of the rate, of fast
axonal transport in the motor fibers of the sciatic nerve by 18% and the overall amount of transported proteins by a factor
of 2 as compared with control. The relatively short-term but more intensive activity (swimming with the load 1/11 body weight
during 60 ± 10 min.) results in an increase of the rate by 10% and the overall amount of fast transported proteins by 2 times.
Daily swimming (3 h. without load and 10—15 min. with load) during 20 days returns the above parameters to controls.
The compensative-adaptive changes of fast anterograde transport perhaps are the fact that it may be involved in trophic communication between neuron and tagent cell.
Key words: axonal transport of proteins, the motor neurons of the spinal cord of rats, adaptation to physical stress.
REFERENCES
1. Alberts B. et al. Molecular biology of the cell. 5th ed.
Garland Science, 2008.
2. Commons K.G., Beck S.G., Bey V.W. Two populations of glutamatergic axons in the rat dorsal raphe nucleus
defined by the vesicular glutamate transporters 1 and 2.
Eur J Neurosci. 2005;21(6):1577—86.
3. De Vos K.J., Grierson A.J., Ackerley S., Miller C.C.
Role of axonal transport in neurodegenerative diseases, Ann.
Rev. Neurosci., 2008, 31, pp. 151—173.
4. Kirby L.G., Pan Y.Z., Freeman-Daniels et al. Cellular effects of swim stress in the dorsal raphe nucleus, Psychoneuroendocrinology, 2007, 32(6), pp. 712—23.
5. Hirokawa N., Takemura R. Molecular motors and
mechanisms of directional transport in neurons, Nature Reviews Neuroscience, 2005, 6, pp. 201—214.
6. Perrot R. Julien JP. Real-time imaging reveals defects
of fast axonal transport induced by disorganization of intermediate filaments, FASEB Journal, 2009, vol. 23,
рp. 3213—3225.
~ 51 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий
и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390
Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта
по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)