Molekulski mehanizmi metaboličke regulacije u hibernaciji i tokom aklimacije na hladnoću kod tekunice (Spermophilus citellus)
Molecular mechanisms of metabolic regulation in hibernation and during cold-acclimation in European ground squirrel (Spermophilus citellus)
2014
Аутори:
Vučetić, Milica M.Остала ауторства
Korać, BatoBuzadžić, Biljana
Korać, Aleksandra
Otašević, Vesna
Storey, Kenneth B.
Тип документа:
Докторска теза (Објављена верзија)
Метаподаци
Приказ свих података о документуАпстракт:
Fenomen hibernacije predstavlja fascinantan primer plastičnosti kod sisara. Hibernirajući sisari podliježu složenom nizu biohemijskih, fizioloških i bihevioralnih promjena u odgovoru na senzonske energetski-zahtijevne periode kuplovane sa redukovanom dopstupnošću hrane. Cilj disertacije je da se ispitaju promjene ćelijskog metabolizma u tkivima i organima tekunica, ključnim za održanje ukupne energetske homeostaze - mrko i bijelo masno tkivo (engl. brown adipose tissue, BAT i white adipose tissue, WAT), mišići i jetra, tokom perioda aklimacije na nisku temperaturu, kao i u fazi hibernacije.
Efekat aklimacije/hibernacije na metaboličko remodeliranje u tkivima i organima tekunica praćen je određivanjem: mitohondrijalnog kapaciteta (genska i/ili proteinska ekspresije komponenti respiratornog lanca i ATP sintaze); termogenog kapaciteta (ekspresija dekuplujućeg proteina 1); ekspresionih profila enzima ključnih metaboličkih puteva: glikolize, β-oksidacije, Krebsovog ciklusa, metabolizama triacilglicerola i glikogena. Ispitivani su i transkripcioni faktori uključeni u metaboličku regulaciju, kao i enzimi antioksidativne odbrane. Takođe, ispitivane su promjene u BAT i depoima WAT na strukturnom i ultrastrukturnom nivou.
Mužjaci evropske tekunice Spermophilus citellus su početkom septembra podijeljeni u dvije grupe: kontrolnu, koja je boravila na sobnoj temeraturi (22 ± 1 ºC) i grupu aklimiranu na nisku temperaturu (4 ± 1 ºC). Aktivne, eutermične tekunice, koje nisu ušle u duboku hibernaciju tokom aklimacije, žrtvovane su nakon 1, 3, 7, 12, odnosno 21 dan. Tekunice koje su ušle u hibernaciju žrtvovane su nakon 2-5 dana trajanja hibernacije (kontinuirana rektalna temperatura 4 ºC). BAT, subkutano, retroperitonealno i epididimalno WAT (sWAT, rWAT i eWAT), skeletni mišić (musculus quadriceps) i jetra su uzorkovani odmah po žrtvovanju. Kako bi se ispitali mehanizmi metaboličke regulacije u BAT, specifični za hibernatore, paralelno je rađena komparativna studija aklimacije pacova na nisku temperaturu.
Rezultati pokazuju da je, prilikom izlaganja hibernirajućih životinja niskoj temperaturi, ćelijski metabolizam u svim ispitivanim tkivima/organima inicijalno podređen održanju eutermije, tj. termogenom procesu koji se odvija u skeletnim mišićima i BAT. U ranom periodu izlaganja hladnoći, u skeletnim mišićima i BAT, dolazi do indukcije termogeneze (drhteće i nedrhteće), koja je metabolički podržana razlaganjem šećera. Međutim, produkcija toplote u oba termogena organa asocirana je sa energetskim disbalansom, koji je tokom produžene aklimacije najvjerovatnije odgovoran za supresiju puteva potrošnje energije (primarno termogeneze) i pripremu tekunica za ulazak u stanje hipotermije/hipometabolizma. Najveći dio goriva za termogenezu, u ranoj fazi aklimacije, obezbijeđuje se iz visceralnih depoa WAT (posebno eWAT), u kojima je detektovano smanjenje površine adipocitnog profila, usled intenzivne lipolize. Kasnije tokom izlaganja hladnoći, kada se termogeni kapacitet BAT suprimira, u sva tri ispitivana depoa WAT indukovana je aktivnost AMP-aktivirane protein kinase (AMPK), „blokirana” lipoliza i putevi potrošnje energije, a stimulisan oksidativni metabolizam. Jetra tokom aklimacije ima centralno mjesto koordinacije lipidnog i ugljenohidratnog metabolizma.
Rezultati disertacije pokazuju da je u fazi duboke hibernacije termogeni kapacitet BAT i skeletnih mišića značajno suprimiran. Takođe, hipoksija-inducibilni factor-1 (HIF-1) ima centralnu ulogu u metaboličkom remodeliranju termogenih organa u fazi hibernacije. Osim suprimiranja energetski-zahtijevnih termogenih procesa, HIF-1 u uslovima hipometabolizma ima ulogu i u regulaciji, tj. indukciji glikolitičkog puta, važne komponente energetske homeostaze tokom hibernacije. Slično reprogramiranje metabolizma dešava se i u visceralnim depoima WAT. Jetra u hibernaciji ostvaruje veoma sličnu metaboličku strategiju kao pri uslovima gladovanja: indukcija katabolizma lipida i supresija razlaganja glukoze, uz istovremenu indukciju glukoneogeneze.
Rezultati disertacije ukazuju da je u hibernaciji kapacitet za oksidaciju lipida povećan u svim ispitivanim tkivima/organima, osim u visceralnim depoima WAT. U BAT, intenziviranje puteva oksidacije masnih kiselina primarno služi održanju neophodnog nivoa termogeneze, dok je u skeletnim mišićima i jetri povezano sa adaptacijom na hipotermične/hipometaboličke uslove hibernacije. Uočljuv manji stepen interorganske komunikacije kada je lipidni metabolizam u pitanju, sugeriše da se tokom hibernacije uspostavlja određeni stepen tkivne autonomnosti.
Generalno se može zaključiti da karakteristično tkivno-zavisno remodelovanje energetskog metabolizma predstavlja centralnu osovinu i uslov fiziološke plastičnosti
hibernatora koja im omogućava brojne prednosti u odnosu na nehibernirajuće srodnike i preživljavanje u nepovoljnim uslovima sredine, bilo da su aktivni i eutermični ili letargični i hipotemični.
Кључне речи:
Tekunica; Hibernacija; Energetski metabolizam; Aklimacija na hladnoću; Transkripciona regulacija; Antioksidativna odbranaИзвор:
University of Belgrade, Faculty of Biology, 2014, 1-191Финансирање / пројекти:
- Бело или/и мрко: значај масног ткива у одржању укупне редокс зависне метаболичке контроле у физиолошким адаптацијама и метаболичким поремећајима (RS-MESTD-Basic Research (BR or ON)-173055)
URI
http://eteze.bg.ac.rs/application/showtheses?thesesId=1104https://fedorabg.bg.ac.rs/fedora/get/o:7844/bdef:Content/download
http://vbs.rs/scripts/cobiss?command=DISPLAY&base=70036&RID=1024705714
http://nardus.mpn.gov.rs/123456789/2163
https://radar.ibiss.bg.ac.rs/handle/123456789/2430