Особливості клітинно-молекулярних перебудов в тканинах організму при експериментальному паркінсонізмі та хворобі Паркінсона
No Thumbnail Available
Date
2024
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Останні досягнення в області фізіології, молекулярної фізіології та біохімії дозволяють стверджувати, що значну частину нейродегенеративних форм патології можна віднести до так званих мітохондріальних захворювань. Саме до числа таких нейродегенеративних порушень, без сумніву, можна віднести і хворобу Паркінсона (ХП), що є однією з найбільш поширених патологій такого типу, після хвороби Альцгеймера. Механізми виникнення хвороби Паркінсона до теперішнього часу лишаються до кінця нез’ясованими. Однак існує декілька гіпотез відносно її патогенезу. Вони пов’язують захворювання, зокрема, з дисфункцією мітохондрій і убіквітин-протеосомальною дисфункцією, дією окисного стресу, запаленням, апоптозом. Разом з тим, визначити, яким конкретно чином настільки різні патогенетичні події викликають ХП, поки що не вдалося, тому це питання є досить актуальним на сьогодні. Різні генотипи пацієнтів, що страждають на ХП, свідчать про наявність не одного, а декількох молекулярно-патогенетичних шляхів розвитку захворювання.
У зв’язку із зазначеним мета представленого дисертаційного дослідження полягала у визначенні особливостей клітинно-молекулярних перебудов в тканинах головного мозку, міокарду і легень при експериментальному паркінсонізмі, в клітинах крові при хворобі Паркінсона та з'ясуванні можливості застосування нових коригуючих підходів.
Для досягнення поставленої мети нами вирішувалися наступні завдання:
1. Оцінити ультраструктуру міокарду, тканин довгастого мозку, стріатуму, легень та структурні зміни мітохондрій (МХ) в них при моделюванні експериментального паркінсонізму.
2. З'ясувати роль модуляції активності АТФ-залежних мітохондріальних К+-каналів в розвитку нейродегенерації при експериментальному паркінсонізмі.
3. Дослідити функціональний стан мітохондрій в тканинах при експериментальному паркінсонізмі.
4. Вивчити зміни експресії генів (PINK1, DJ1,) при експериментальному паркінсонізмі.
5. Оцінити морфофункціональний стан клітин крові (тромбоцитів та лейкоцитів) у пацієнтів з хворобою Паркінсона.
6. З'ясувати можливості попередження розвитку супутніх патологій та корекції пошкоджень, що виникають в тканинах, при експериментальному паркінсонізмі та у пацієнтів з хворобою Паркінсона за допомогою препарату Капікор.
Об’єкт дослідження: тканини довгастого мозку, серця та легень, при експериментальному паркінсонізмі, а також клітини крові пацієнтів з хворобою Паркінсона.
Предмет дослідження: зміни структур та властивостей тканин мозку, серця, легень та клітин крові при моделюванні паркінсоноподібного стану та при хворобі Паркінсона.
При проведенні досліджень застосовувалися наступні методи: електронна мікроскопія з наступним морфометричним аналізом; полярографічне дослідження функцій МХ; генетичні дослідження при оцінці рівня експресії мРНК генів DJ1 та PINK1, задіяних у розвитку паркінсонізму; статистичні методи аналізу отриманих результатів.
Дослідження проведені на 57 статевозрілих щурах-самцях лінії Вістар масою 250-300 г. Всі тварини утримувалися в віварії Інституту Фізіології ім. О. О. Богомольця та мали вільний доступ до їжі та води. Щури були розподілені на 6 груп: 1) контрольні (n=8), 2) тварини, котрим ротенон вводили однократно п/ш в дозі 0,3 мг/100 г маси тіла (n=10), 3) тварини, котрим ротенон вводили п/ш, щоденно протягом 2-х тижнів в дозі 0,3 мг/100 г маси тіла (n=10), 4) тварини, котрим ротенон вводили п/ш, щоденно протягом 2-х тижнів в дозі 0,3 мг/100 г маси тіла з паралельним застосуванням урідину – активатора АТФ-залежного К+ каналу, в/о в дозі 0,3 мг/100 г маси тіла (n=10), 5) тварини, котрим ротенон вводили п/ш, щоденно протягом 2-х тижнів в дозі 0,3 мг/100 г маси тіла з паралельним застосуванням урідину – в/о в дозі 0,3 мг/100 г маси тіла та 5-гидроксидеканоат (5НД) – інгібітора АТФ-залежного К+ каналу, в дозі 0,5 мг/100 г маси тіла (n=7), 6) тварини котрим ротенон вводили п/ш, щоденно протягом 2-х тижнів в дозі 0,3 мг/100 г маси тіла з паралельним застосуванням препарату Капікор - в/о, щоденно протяглм 2-х тижнів в дозі 0,5 мг/100 г маси тіла (n=12).
Також було проведено обстеження пацієнтів (n = 22), що мали встановлений діагноз хвороби Паркінсона зі стадією хвороби 3,0 за Хен-Яром, котрі перебували на базисній терапії леводопавмісними препаратами в комбінації з іншими протипаркінсонічними засобами (агоністи дофамінових рецепторів, амантадин, холінолітики тощо). Після обстеження пацієнтам застосовували препарат Капікор за схемою: 2 капсули на добу протягом 2 міс. (АТ «Олайнфарм», Латвія); 1 капсула містить - 180 мг мельдоній дигидрата і 60 мг гамма-бутиробетаїн дигидрата.
Капікор позиціонується виробниками як комбінований антиішемічний цереброкардіоваскулярний препарат, відновлюючий функцію ендотелію. Проте він має ширші можливості, оскільки мельдонію дигідрат впливає на індукцію біосинтезу NO, захищає клітини від токсичного впливу вільних радикалів, нормалізує оксидантний гомеостаз на клітинному рівні, позитивно впливає на функцію ендотелію; гамма-бутиробетаїну дигідрат гальмує транспорт довголанцюгових жирних кислот і їх метаболітів в мітохондріях, завдяки зниженню біосинтезу карнітину, що сприяє збереженню аеробного шляху метаболізму в умовах тканинної гіпоксії, запобігає виснаженню запасів АТФ і креатинфосфату в клітинах. Отже цей препарат може одночасно позитивно впливати на зменшення вмраженності як ендотеліальної, так і мітохондріальної дисфункції.
Під час аналізу стану тканин у групі тварин з однократним введення ротенону наявність мітохондріальної, а також ендотеліальної дисфункції та оксидативного стресу було виявлено у повній мірі у мозковій тканині, частково — у тканині серця; у тканині легень такий вплив виражених змін не викликав.
Електорнномікроскопічні дослідження проведені на ротеноновій моделі у щурів з пролонгованою дією ротенону показали істотні зміни в морфофункціональному стані тканин довгастого мозку, стріатуму, серця та легень. Одними з основних ознак початку деструктивних змін були якісні та кількісні зміни характеристик мітохондрій у клітинах досліджуваних тканин. До ознак паркінсоноподібного стану при моделюванні паркінсоніму слід також віднести порушення ультраструктури мієліну у ткананах мозку, з набряком та деструкцією мієлінових волокон, зміни гематоенцефалічного, аерогематичного та гістогематичного бар’єрів.
В роботі вперше вивчені та комплексно охарактеризовані органоспецифічні зміни ультраструктури тканин мозку - довгастого мозку та стріатуму, і вісцеральних органів – серця та легень при моделюванні паркінсоноподібного стану. Доведено, що при експериментальному паркінсонізмі відбуваються процеси демієлінізації в тканинах мозку. Вперше показано, що мітохондріальна дисфункція та пошкодження мієліну пов'язані з модуляцією активності мітохондріальних АТФ-залежних К+ каналів. Процес активації мітохондріальних КАТФ - каналів за допомогою їх активатора уридіну призводила до суттєвої нормалізації ультраструктури мієліну.
Доведено, що при розвитку паркінсоноподібного стану порушення ультраструктури тканин, розвиток мітохондріальної, а також ендотеліальної дисфункції спостерігається не тільки у відділах головного мозку – більш виражено в довгастому мозку, менш в стріатумі, але й в інших тканинах органзму – більш виражено в міокарді, меншою мірою в тканині легень.
Вперше описано та кількісно проаналізовано експресію мРНК генів DJ1 та PINK1 в тканинах довгастого мозку, стріатуму, серця та легень при паркінсонізмі і виявлена їх різноспрямованість та органоспецифічність.
Проведено дослідження окисного фосфорилювання в мітохондріях головного мозку, міокарді та тканині легень за окиснення різних субстратів. Використання екзогенних субстратів окиснення дало змогу оцінити функціонування всіх ланок дихального ланцюга мітохондрій.
Проведені генетичні дослідження вперше показали, що зміни рівня експресії мРНК гена DJ1 при експериментальному паркінсонізмі (ЕП) були односпрямованими в усіх досліджуваних тканинах, а саме - підвищеними. Попри односпрямованість змін, підвищення експресії мРНК гена DJ1 при ЕП, як не дивно, було переважно більш вираженим не у тканинах мозку, а у тканинах досліджуваних вісцеральних органів. В тканинах мозку зміни експресії мРНК гена PINK1 – зниження - також була суттєво менш вираженою, ніж в легенях та міокарді.
Електронномікроскопічне та морфометричне вивчення тромбоцитів (Т) у пацієнтів з ХП може вказувати на дисфункцію серотонінергічної ситстеми, а також бути свідченням порушення регуляторних ефектів серотоніну відносно скоротливої здатності судинної стінки, оскільки Т є резервуарами серотоніну, що надходить з плазми крові, його кількість, накопичена в δ-гранулах, опосередковано свідчить про обмін серотоніну, котрий у обстежуваних пацієнтів значно знижений. Також показано, що Т пацієнтів з ХП значно збільшена кількість α-гранул, які серед іншого містять фактори згортання крові. Отже мабуть, підвищується і схильність до тромбоутворення, що в комплексі може сприяти формуванню патології серцево-судинної системи. Значні порушення були виявлені в ультраструктурі мітохондрій в клітинах крові у пацієнтів, що є прямим свідченням того, що при ХП, принаймні в клітинах крові, розвивається мітохондріальна дисфункція. Отримані результати можуть вказувати на деякі механізми, що приймають участь у формуванні та перебігу патологічного процесу при хворобі Паркінсона.
Ознаки мітохондріальної (МД), а також ендотеліальної (ЕД) дисфункції з органоспецифічним характером сприяють розвитку вторинної тканинної гіпоксії. За таких умов коригуючі заходи мають включати антигіпоксанити, до яких, зокрема, належить препарат Капікор (К). В роботі показано, що під впливом Капікору дійсно суттєво зменшувалися прояви мітохондріальної, а також ендотеліальної дисфункції, причому більш помітна нормалізація ультраструктури спостерігалася в тканинах з первісно вираженішими пошкодженнями, а саме – в довгастому мозку та міокарді.
Було встановлено, що Капікор може, як виявилося, ефективно знижувати не тільки вираженість мітохондріальної дисфункції, а й впливати на рівень експресії мРНК генів, в нашому випадку DJ1 і PINK1, тим самим, впливаючи на механізми розвитку паркінсонізму, що ймовірно може сприяти поліпшенню якості життя пацієнтів з ХП і попереджувати розвиток супутніх патологій.
При електронномікроскопічному дослідженні клітин крові у пацієнтів з ХП після лікування за допомогою Капікору встановлено його безсумнівний позитивний вплив. Особливо це стосується стану мітохондріального апарату тромбоцитів та лейкоцитів, котрі також були долучені до дослідження. Включення в комплексну терапію ХП, препарата, який не впливає на основну патогенетичніу ланку захворювання (нейродегенерація), ймовірно, здатне до певної міри запобігати формуванню (або зменшувати прояви) супутньої патології, обумовленої порушеннями, що відбуваються в судинній стінці, і розвитком мітохондріальной дисфункції.
Description
Путій Ю.В. Особливості клітинно-молекулярних перебудов в тканинах організму при експериментальному паркінсонізмі та хворобі Паркінсона. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 091 – біологія. – Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, Київ, 2024.
Keywords
хвороба Паркінсона, експерименальний паркінсонізм, нервова система, нейродегенерація, ротенон, мітохондріальна дисфункція, ендотеліальна дисфункція, мітохондрії, тромбоцити, лейкоцити, мієлін, морфологічні зміни, оксидативний стрес, АТФ-залежні К+-канали, гіпоксія, уридін, капікор