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 Доступ платный или 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.

Полный текст

Доступ закрыт

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


Периодический печатный журнал зарегистрирован как СМИ Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор): № 0110212 от 08.02.1993.
Сетевое издание зарегистрировано как СМИ Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор): ЭЛ № ФС 77 - 84733 от 10.02.2023.