Экспрессия белков-регуляторов апоптоза Bcl-2 и Bad в клетках печени мышей C57Bl/6 в условиях светоиндуцированной функциональной эпифизэктомии и после коррекции мелатонином

Пребывание человека и животных в условиях длительного непрерывного освещения приводит к подавлению синтеза мелатонина, т. е. к светоиндуцированной функциональной эпифизэктомии (СФЭ), и развитию десинхроноза. Для создания СФЭ мыши линии С57Bl/6 содержались в условиях круглосуточного освещения в течение 14 суток. Животные контрольной группы находились при стандартном режиме освещения. В следующей серии экспериментов мыши с СФЭ получали ежедневно внутрижелудочно либо мелатонин (1 мг/кг массы тела в 200 мкл воды), либо в качестве плацебо 200 мкл дистиллированной воды. Группой сравнения служили интактные животные, получавшие плацебо при стандартном режиме освещения. В результате иммуногистохимического анализа (непрямым авидин-биотиновым пероксидазным методом) в си нусоидных клетках печени (гетерогенная популяция, состоящая из эндотелиоцитов, клеток Купфера, клеток Ито и pit-клеток) и в отдельных гепатоцитах была выявлена экспрессия антиапоптотического белка Bcl-2 и проапоптотического протеина Bad. В клетках печени мышей с моделью СФЭ обнаружено четырехкратное увеличение площади экспрессии Bad на фоне неизменившейся площади экспрессии Bcl-2. Достоверных изменений яркости (параметр, обратно пропорциональный концентрации маркера) участков, окрашенных на Bcl-2 и Bad, отмечено не было. Полученные данные свидетельствуют об ослаблении антиапоптотической защиты клеток печени животных, содержавшихся при круглосуточном освещении, что создает условия для активации «митохондриальной ветви» апоптоза, наиболее выраженной в синусоидных клетках печени. Введение мелатонина мышам с моделью СФЭ привело к возрастанию в 3.3 раза площади экспрессии Bcl-2 и снижению на 2.7 % яркости (т.е. увеличению концентрации) участков, окрашенных на Bcl-2, по сравнению с опытной группой без лечения. Для Bad изменения исследуемых параметров имели характер тенденций. Таким образом, интрагастральное введение мелатонина животным аннулирует эффект светоиндуцированной функциональной пинеалэктомии, восстанавливая площадь экспрессии и увеличивая концентрацию антиапоптотического белка Bcl-2 в клетках печени, что свидетельствует об усилении антиапоптотической защиты клеток органа и создает условия для блокирования развития «митохондриальной ветви» апоптоза.

1. Agil A., El-Hammadi M., Jiménez-Aranda A., Tassi M., Abdo W., Fernández-Vázquez G., Reiter R.J. Melatonin reduces hepatic mitochondrial dysfunction in diabetic obese rats. J. Pineal. Res. 2015; 59(1):70-79. DOI 10.1111/jpi.12241.

2. Arendt J. Melatonin: countering chaotic time cues. Front. Endocrinol. (Lausanne). 2019;10:391. DOI 10.3389/fendo.2019.00391.

3. Borodin Yu.I., Trufakin V.A., Michurina S.V., Shurlygina A.V. Structural and Temporal Organization of the Liver, Lymphatic, Immune, and Endocrine Systems in Violation of the Light Regime and Melatonin Treatement. Novosibirsk: Manuscript Publ., 2012. (in Russian)

4. ChenW.R., Yang J.Q., Liu F., Shen X.Q., ZhouY.J. Melatonin attenuates vascular calcification by activating autophagy via an AMPK/mTOR/ ULK1 signaling pathway. Exp. Cell. Res. 2020;389(1):111883. DOI 10.1016/j.yexcr.2020.111883.

5. Col C., Dinler K., Hasdemir O., Buyukasik O., Bugdayci G. Oxidative stress and lipid peroxidation products: effect of pinealectomy or exogenous melatonin injections on biomarkers of tissue damage during acute pancreatitis. Hepatobiliary Pancreat. Dis. Int. 2010; 9(1):78-82. PMID: 20133234.

6. Darenskaya M.A., Kolesnikova L.I., Kolesnikov S.I. COVID-19: oxidative stress and the relevance of antioxidant therapy. Vestnik Rossijskoj Akademii Meditsynskikh Nauk = Annals of the Russian Academy of Medical Sciences. 2020;75(4):318-325. DOI 10.15690/vramn1360. (in Russian)

7. Delibas N., Tuzmen N., Yonden Z., Altuntas I. Effect of functional pinealectomy on hippocampal lipid peroxidation, antioxidant enzymes and N-methyl-D-aspartate receptor subunits 2A and 2B in young and old rats. Neuro Endocrinol. Lett. 2002;23(4):345-350. PMID: 12195239.

8. El-Missiry M.A., El-Missiry Z.M.A., Othman A.I. Melatonin is a potential adjuvant to improve clinical outcomes in individuals with obesity and diabetes with coexistence of Covid-19. Eur. J. Pharmacol. 2020;882:173329. DOI 10.1016/j.ejphar.2020.173329.

9. Gupta S., Haldar C. Nycthemeral variation in melatonin receptor expression in the lymphoid organs of a tropical seasonal breeder Funambulus pennanti. J. Comp. Physiol. A. 2014;200(12):1045-1055. DOI 10.1007/s00359-014-0959-2.

10. Hardeland R. Melatonin and the electron transport chain. Cell. Mol. Life Sci. 2017;74(21):3883-3896. DOI 10.1007/s00018-017-2615-9.

11. 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.

12. Huo X., Wang C., Yu Z., Peng Y., Wang S., Feng S., Zhang S., Tian X., Sun C., Liu K., Deng S., Ma X. Human transporters, PEPT1/2, facilitate melatonin transportation into mitochondria of cancer cells: an implication of the therapeutic potential. J. Pineal Res. 2017;62(4): e12390. DOI 10.1111/jpi.12390.

13. Ishchenko I.Y., Michurina S.V. Regional lymph nodes in the liver of rats in functional pinealectomy. Bull. Exp. Biol. Med. 2014;157(5): 671-676. DOI 10.1007/s10517-014-2636-4.

14. Jing Y., Bai F., Chen H., Dong H. Melatonin prevents blood vessel loss and neurological impairment induced by spinal cord injury in rats. J. Spinal. Cord. Med. 2017;40(2):222-229. DOI 10.1080/10790268.2016.1227912.

15. Jockers R., Delagrange P., Dubocovich M.L., Markus R.P., Renault N., Tosini G., Cecon E., Zlotos D.P. Update on melatonin receptors: IUPHAR Review 20. Br. J. Pharmacol. 2016;173(18):2702-2725. DOI 10.1111/bph.13536.

16. Jou M.J., Peng T.I., Reiter R.J. Protective stabilization of mitochondrial permeability transition and mitochondrial oxidation during mitochondrial Ca2+ stress by melatonin’s cascade metabolites C3-OHM and AFMK in RBA1 astrocytes. J. Pineal Res. 2019;66(1):e12538. DOI 10.1111/jpi.12538.

17. Li R., Toan S., Zhou H. Role of mitochondrial quality control in the pathogenesis of nonalcoholic fatty liver disease. Aging (Albany NY). 2020;12(7):6467-6485. DOI 10.18632/aging.102972.

18. Michurina S.V., Ishchenko I.Yu., Arkhipov S.A., Cherepanova M.A., Vasendin D.V., Zavjalov E.L. Apoptosis in the liver of male db/db mice during the development of obesity and type 2 diabetes. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020;24(4):435-440. DOI 10.18699/VJ20.43-o.

19. Michurina S.V., Ischenko I.Yu., Arkhipov S.A., Klimontov V.V., Cherepanova M.A., Korolev M.A., Rachkovskaya L.N., Zav’yalov E.L., Konenkov V.I. Melatonin–aluminum oxide–polymethylsiloxane complex on apoptosis of liver cells in a model of obesity and type 2 diabetes mellitus. Bull. Exp. Biol. Med. 2017;164(2):165-169. DOI 10.1007/s10517-017-3949-x.

20. 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. Bull. Exp. Biol. Med. 2016;162(2):269-272. DOI 10.1007/s10517-016-3592-y.

21. Michurina S.V., Shurlygina A.V., Belkin A.D., Vakulin G.M., Verbitskaia L.V., Trufakin V.A. Changes in liver and in some organs of immune system of animals exposed to twenty-four-hour illumination. Morfologiia. 2005;128(4):65-68. PMID: 16400925. (in Russian)

22. Michurina S.V., Vasendin D.V., Ishchenko I.Yu. Physiological and biological effects of melatonin: some results and prospects for the study. Rossiyskiy Fiziologicheskiy Zhurnal im. I.M. Sechenova = I.M. Sechenov Physiological Journal. 2018;104(3):257-271. (in Russian)

23. Morin L.P. Nocturnal light and nocturnal rodents: similar regulation of disparate functions? J. Biol. Rhythms. 2013;28(2):95-106. DOI 10.1177/0748730413481921.

24. Motoyama S., Saito S., Alojado M.E., Itoh H., Kitamura M., Suzuki H., Saito R., Momiyama H., Nakae H., Ogawa J., Inaba H. Hydrogen peroxide induces midzonal heat shock protein 72 and apoptosis in sinusoidal endothelial cells of hypoxic rat liver. Crit. Care Med. 2000; 28(5):1509-1514. DOI 10.1097/00003246-200005000-00042.

25. Motoyama S., Saito S., Saito R., Minamiya Y., Nakamura M., Okuyama M., Imano H., Ogawa J. Hydrogen peroxide-dependent declines in Bcl-2 induces apoptosis in hypoxic liver. J. Surg. Res. 2003; 110(1):211-216. DOI 10.1016/s0022-4804(03)00006-4.

26. Polčic P., Mentel M. Reconstituting the mammalian apoptotic switch in yeast. Genes (Basel ). 2020;11(2):145. DOI 10.3390/genes11020145.

27. Reiter R.J., Rosales-Corral S.A., Tan D.X., Alatorre-Jimenez M., Lopez C. Circadian dysregulation and melatonin rhythm suppression in the context of aging. In: Jazwinski S., Belancio V., Hill S. (Eds). Circadian Rhythms and Their Impact on Aging. (Ser. Healthy Ageing and Longevity. Vol. 7). Springer, Cham, 2017;1-25. DOI 10.1007/978-3-319-64543-8_1.

28. Reiter R.J., Tan D.X., Rosales-Corral S., Galano A., Jou M.J., AcunaCastroviejo D. Melatonin mitigates mitochondrial meltdown: interactions with SIRT3. Int. J. Mol. Sci. 2018;19(8):2439. DOI 10.3390/ijms19082439.

29. Reiter R.J., Tan D.X., Rosales-Corral S., Manchester L.C. The universal nature, unequal distribution and antioxidant functions of melatonin and its derivatives. Mini-Rev. Med. Chem. 2013;13(3):373-384. DOI 10.2174/1389557511313030006.

30. Russart K.L.G., Nelson R.J. Light at night as an environmental endocrine disruptor. Physiol. Behav. 2018;190:82-89. DOI 10.1016/j.physbeh.2017.08.029.

31. Sahna E., Parlakpinar H., Vardi N., Ciğremis Y., Acet A. Efficacy of melatonin as protectant against oxidative stress and structural changes in liver tissue in pinealectomized rats. Acta Histochem. 2004;106(5):331-336. DOI 10.1016/j.acthis.2004.07.006.

32. Willis S., Day C.L., Hinds M.G., Huang D.C. The Bcl-2-regulated apoptotic pathway. J. Cell. Sci. 2003;116(Pt.20):4053-4056. DOI 10.1242/jcs.00754.

33. Woolbright B.L., Jaeschke H. Xenobiotic and endobiotic mediated interactions between the cytochrome P450 system and the inflammatory response in the liver. Adv. Pharmacol. 2015;74:131-161. DOI 10.1016/bs.apha.2015.04.001.