vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ20.43-ovavilov-2510Research ArticleФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕНЕТИКАPHYSIOLOGICAL GENETICSАпоптоз в печени самцов мышей db/db при развитии ожирения и сахарного диабета 2-го типаApoptosis in the liver of male db/db mice during the development of obesity and type 2 diabetesМичуринаС. В.MichurinaS. V.

Новосибирск

Novosibirsk

ИщенкоИ. Ю.IshchenkoI. Yu.

Новосибирск

Novosibirsk

irenisch@mail.ruАрхиповС. А.ArkhipovS. A.

Новосибирск

Novosibirsk

ЧерепановаМ. А.CherepanovaM. A.

Новосибирск

Novosibirsk

ВасендинД. В.VasendinD. V.

Новосибирск

Novosibirsk

https://orcid.org/0000-0002-9412-3874ЗавьяловЕ. Л.ZavjalovE. L.

Новосибирск

Novosibirsk

Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии – филиал Федерального исследовательского центра Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукРоссияResearch Institute of Clinical and Experimental Lymphology – Branch of the Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationСибирский государственный университет геосистем и технологийРоссияSiberian State University of Geosystems and TechnologiesRussian FederationФедеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202027032020244435440Copyright © Мичурина С.В., Ищенко И.Ю., Архипов С.А., Черепанова М.А., Васендин Д.В., Завьялов Е.Л., 20202020Мичурина С.В., Ищенко И.Ю., Архипов С.А., Черепанова М.А., Васендин Д.В., Завьялов Е.Л.Michurina S.V., Ishchenko I.Y., Arkhipov S.A., Cherepanova M.A., Vasendin D.V., Zavjalov E.L.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/2510

Известно, что ожирение и сахарный диабет приводят к развитию метаболического синдрома и неалкогольной жировой болезни печени. В поддержании клеточного гомеостаза при неалкогольной жировой болезни печени принимают активное участие механизмы запрограммированной клеточной гибели. Белки семейства BCL-2 являются ключевым регулятором физиологического и патологического апоптоза. Используемые в исследовании гомозиготные самцы мышей линии BKS.Cg-Dock7mLeprdb/+/+/J (мыши db/db) характеризуются прогрессирующим ожирением и развитием сахарного диабета 2-го типа (СД2), выраженной гипергликемией с 4–8-й недели жизни и развитием органных поражений после 8–10-й недели. Целью работы было изучить экспрессию молекулярно-клеточных регуляторов апоптоза в клетках печени самцов мышей db/db на разных сроках развития ожирения и сахарного диабета (в возрасте 10 и 18 нед). Проведены иммуногистохимический анализ (с помощью непрямого авидин-биотинового пероксидазного метода) и морфометрическая оценка экспрессии антиапоптотического белка Bcl-2 и проапоптотического протеина Bad в клетках печени исследуемых животных на разных сроках развития ожирения и СД2. В печени исследуемых самцов в возрасте 10 нед установлено превышение значения площади окрашивания на белок Bcl-2 над белком Bad. Индекс соотношения площадей экспрессии Bcl-2/Bad у 10-недельных животных оказался в два раза выше по сравнению с 18-недельными особями, что свидетельствует о наличии условий для блокирования процессов апоптоза в печени мышей db/db более раннего возраста. На 18-й неделе жизни у самцов мышей db/db обнаружено почти трехкратное увеличение площади экспрессии белка Bad на фоне неизменившейся экспрессии белка Bcl-2. Снижение значения соотношения площадей окрашивания Bcl-2/Bad у 18-недельных животных произошло за счет роста площади экспрессии Bad, что подтверждает отсутствие антиапоптотической защиты клеток и создает условия для активации митохондриальной «ветви» апоптоза в печени самцов мышей db/db с выраженными признаками ожирения и СД2.

Obesity and diabetes mellitus are known to lead to the development of metabolic syndrome and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). The mechanisms of programmed cell death are actively involved in maintaining cellular homeostasis along development of NAFLD. Proteins of the BCL-2 family are key regulators of physiological and pathological apoptosis. Homozygous males of BKS.Cg-Dock7mLeprdb/+/+/J mice (db/db mice) are characterized by progressive obesity and the development of type 2 diabetes mellitus (DM2) with severe hyperglycemia at 4–8 weeks and organ lesions at 8–10 weeks of age. The aim of this research was to study the expression of molecular cell regulators of apoptosis in liver cells of db/db mice males at different stages of obesity and diabetes development (at the age of 10 and 18 weeks). Immunohistochemical analysis (using the indirect avidin-biotin peroxidase method) and morphometric evaluation of the expression of the antiapoptotic protein Bcl-2 and the proapoptotic protein Bad in liver cells of studied animals at different stages of obesity and DM2 were carried out. An excess of the value of the Bcl-2 protein staining area over the Bad protein staining area was revealed in the liver of 10-week-old animals. The Bcl-2/Bad expression area ratio in 10-week-old animals was twice as high as in 18-week-old animals, which indicates the presence of conditions for blocking apoptosis in the liver of younger db/db mice. At the 18th week of life, db/db mice displayed an almost threefold increase in the expression area of the Bad protein against the background of an unchanged expression of the Bcl-2 protein. The decrease in the Bcl-2/Bad staining area ratio in 18-week-old animals was due to the increase in the Bad expression area, which indicates the absence of antiapoptotic cell protection and creates conditions for activation of the mitochondrial pathway of apoptosis in the liver of male db/db mice with pronounced signs of obesity and DM2.

мыши db/dbожирениесахарный диабет 2-го типапеченьэндотелиоцитыгепатоцитыBcl-2Baddb/db miceobesitytype 2 diabetes mellitus (DM2)liverendothelial cellshepatocytesBcl-2BadReferencesBegriche K., Massart J., Robin M.A., Borgne-Sanchez A., Fromenty B. Drug-induced toxicity on mitochondria and lipid metabolism: mechanistic diversity and deleterious consequences for the liver. J. Hepatol. 2011;54(4):773-794. DOI 10.1016/j.jhep.2010.11.006.Begriche K., Massart J., Robin M.A., Borgne-Sanchez A., Fromenty B. Drug-induced toxicity on mitochondria and lipid metabolism: mechanistic diversity and deleterious consequences for the liver. J. Hepatol. 2011;54(4):773-794. DOI 10.1016/j.jhep.2010.11.006.Chevalier R.L., Smith C.D., Wolstenholme J., Krajewski S., Reed J.C. Chronic ureteral obstruction in the rat suppresses renal tubular Bcl-2 and stimulates apoptosis. Exp. Nephrol. 2000;8(2):115-122. DOI 10.1159/000020657.Chevalier R.L., Smith C.D., Wolstenholme J., Krajewski S., Reed J.C. Chronic ureteral obstruction in the rat suppresses renal tubular Bcl-2 and stimulates apoptosis. Exp. Nephrol. 2000;8(2):115-122. DOI 10.1159/000020657.Dewanjee S., Dua T.K., Khanra R., Das S., Barma S., Joardar S., Bhattacharjee N., Zia-Ul-Haq M., Jaafar H.Z. Water spinach, Ipomoea aquatic (Convolvulaceae), ameliorates lead toxicity by inhibiting oxidative stress and apoptosis. PLoS One. 2015;10(10):e0139831. DOI 10.1371/journal.pone.0139831.Dewanjee S., Dua T.K., Khanra R., Das S., Barma S., Joardar S., Bhattacharjee N., Zia-Ul-Haq M., Jaafar H.Z. Water spinach, Ipomoea aquatic (Convolvulaceae), ameliorates lead toxicity by inhibiting oxidative stress and apoptosis. PLoS One. 2015;10(10):e0139831. DOI 10.1371/journal.pone.0139831.Eckert A., Keil U., Kressmann S., Schindowski K., Leutner S., Leutz S., Müller W.E. Effects of EGb 761 Ginkgo biloba extract on mitochondrial function and oxidative stress. Pharmacopsychiatry. 2003; 36(Suppl. 1):S15-S23. DOI 10.1055/с-2003-40449.Eckert A., Keil U., Kressmann S., Schindowski K., Leutner S., Leutz S., Müller W.E. Effects of EGb 761 Ginkgo biloba extract on mitochondrial function and oxidative stress. Pharmacopsychiatry. 2003; 36(Suppl. 1):S15-S23. DOI 10.1055/с-2003-40449.Flurkey K., Currer J.M., Harrison D.E. Mouse models in aging research. In: Fox J.G., Barthold S.W., Davisson M.T., Newcomer C.E., Quimby F.W., Smith A.L. (Eds.). The Mouse in Biomedical Research. 2nd Edition. New York: Elsevier, 2006;3:637-672.Flurkey K., Currer J.M., Harrison D.E. Mouse models in aging research. In: Fox J.G., Barthold S.W., Davisson M.T., Newcomer C.E., Quimby F.W., Smith A.L. (Eds.). The Mouse in Biomedical Research. 2nd Edition. New York: Elsevier, 2006;3:637-672.Hu J., Srivastava K., Wieland M., Runge A., Mogler C., Besemfelder E., Terhardt D., Vogel M.J., Cao L., Korn C., Bartels S., Thomas M., Augustin H.G. Endothelial cell-derived angiopoietin-2 controls liver regeneration as a spatiotemporal rheostat. Science. 2014;343(6169):416-419. DOI 10.1126/science.1244880.Hu J., Srivastava K., Wieland M., Runge A., Mogler C., Besemfelder E., Terhardt D., Vogel M.J., Cao L., Korn C., Bartels S., Thomas M., Augustin H.G. Endothelial cell-derived angiopoietin-2 controls liver regeneration as a spatiotemporal rheostat. Science. 2014;343(6169):416-419. DOI 10.1126/science.1244880.Hutchins N.A., Chung C.S., Borgerding J.N., Ayala C.A., Ayala A. Kupffer cells protect liver sinusoidal endothelial cells from Fasdependent apoptosis in sepsis by down-regulating gp130. Am. J. Pathol. 2013;182(3):742-754. DOI 10.1016/j.ajpath.2012.11.023.Hutchins N.A., Chung C.S., Borgerding J.N., Ayala C.A., Ayala A. Kupffer cells protect liver sinusoidal endothelial cells from Fasdependent apoptosis in sepsis by down-regulating gp130. Am. J. Pathol. 2013;182(3):742-754. DOI 10.1016/j.ajpath.2012.11.023.Kolesnikov S.I., Semenyuk A.V., Grachev S.V. Toxicant Action Imprinting in Embryogenesis. Moscow, 1999. (in Russian)Kolesnikov S.I., Semenyuk A.V., Grachev S.V. Toxicant Action Imprinting in Embryogenesis. Moscow, 1999. (in Russian)Michurina S.V., Ishchenko I.Yu., Arkhipov S.A., Klimontov V.V., Rachkovskaya L.N., Konenkov V.I., Zavyalov E.L. Effects of melatonin, aluminum oxide, and polymethylsiloxane complex on the expression of LYVE-1 in the liver of mice with obesity and type 2 diabetes mellitus. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2016a;162(2):269-272. DOI 10.1007/s10517-016-3592-y.Michurina S.V., Ishchenko I.Yu., Arkhipov S.A., Klimontov V.V., Rachkovskaya L.N., Konenkov V.I., Zavyalov E.L. Effects of melatonin, aluminum oxide, and polymethylsiloxane complex on the expression of LYVE-1 in the liver of mice with obesity and type 2 diabetes mellitus. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2016a;162(2):269-272. DOI 10.1007/s10517-016-3592-y.Michurina S.V., Ishenko I.J., Klimontov V.V., Archipov S.A., Myakina N.E., Cherepanova M.A., Zavjalov E.L., Koncevaya G.V., Konenkov V.I. Linagliptin alleviated fatty liver disease in diabetic db/db mice. World J. Diabetes. 2016b;7(19):534-546. DOI 10.4239/wjd.v7.i19.534.Michurina S.V., Ishenko I.J., Klimontov V.V., Archipov S.A., Myakina N.E., Cherepanova M.A., Zavjalov E.L., Koncevaya G.V., Konenkov V.I. Linagliptin alleviated fatty liver disease in diabetic db/db mice. World J. Diabetes. 2016b;7(19):534-546. DOI 10.4239/wjd.v7.i19.534.Mushkambarov N.N., Kuznetsov S.L. Molecular Biology. Moscow, 2007. (in Russian)Mushkambarov N.N., Kuznetsov S.L. Molecular Biology. Moscow, 2007. (in Russian)Paltsev M.A. Molecular medicine and progress in basic sciences. Vestnik Rossiyskoy Akademii Nauk = Herald of the Russian Academy of Sciences. 2002;72(1):13-21. (in Russian)Paltsev M.A. Molecular medicine and progress in basic sciences. Vestnik Rossiyskoy Akademii Nauk = Herald of the Russian Academy of Sciences. 2002;72(1):13-21. (in Russian)Schuppan D., Schattenberg J.M. Non-alcoholic steatohepatitis: pathogenesis and novel therapeutic approaches. J. Gastroenterol. Hepatol. 2013;28(Suppl. 1):68-76. DOI 10.1111/jgh.12212.Schuppan D., Schattenberg J.M. Non-alcoholic steatohepatitis: pathogenesis and novel therapeutic approaches. J. Gastroenterol. Hepatol. 2013;28(Suppl. 1):68-76. DOI 10.1111/jgh.12212.Shimizu M., Yasuda Y., Sakai H., Kubota M., Terakura D., Baba A., Ohno T., Kochi T., Tsurumi H., Tanaka T., Moriwaki H. Pitavastatin suppresses diethylnitrosamine-induced liver preneoplasms in male C57BL/KsJ-db/db obese mice. BMC Cancer. 2011;11:281. DOI 10.1186/1471-2407-11-281.Shimizu M., Yasuda Y., Sakai H., Kubota M., Terakura D., Baba A., Ohno T., Kochi T., Tsurumi H., Tanaka T., Moriwaki H. Pitavastatin suppresses diethylnitrosamine-induced liver preneoplasms in male C57BL/KsJ-db/db obese mice. BMC Cancer. 2011;11:281. DOI 10.1186/1471-2407-11-281.Sun D., Li S., Wu H., Zhang M., Zhang X., Wei L., Qin X., Gao E. Oncostatin M (OSM) protects against cardiac ischaemia/reperfusion injury in diabetic mice by regulating apoptosis, mitochondrial biogenesis and insulin sensitivity. J. Cell. Mol. Med. 2015;19(6):1296- 1307. DOI 10.1111/jcmm.12501.Sun D., Li S., Wu H., Zhang M., Zhang X., Wei L., Qin X., Gao E. Oncostatin M (OSM) protects against cardiac ischaemia/reperfusion injury in diabetic mice by regulating apoptosis, mitochondrial biogenesis and insulin sensitivity. J. Cell. Mol. Med. 2015;19(6):1296- 1307. DOI 10.1111/jcmm.12501.Trak-Smayra V., Paradis V., Massart J., Nasser S., Jebara V., Fromenty B. Pathology of the liver in obese and diabetic ob/ob and db/db mice fed a standard or high-calorie diet. Int. J. Exp. Pathol. 2011; 92(6):413-421. DOI 10.1111/j.1365-2613.2011.00793.x.Trak-Smayra V., Paradis V., Massart J., Nasser S., Jebara V., Fromenty B. Pathology of the liver in obese and diabetic ob/ob and db/db mice fed a standard or high-calorie diet. Int. J. Exp. Pathol. 2011; 92(6):413-421. DOI 10.1111/j.1365-2613.2011.00793.x.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.