ცირკადული რიტმის დარღევებით გამოწვეული სტრესის პრევენცია კრეატინით

ნიკა ათანელოვი, ნინო ბენიძე, ნინო ბერიაშვილი

აბსტრაქტი

შესწავლილია  კრეატინის  პროტექტორული გავლენა დღე-ღამური ციკლის ხანგრძლივი დარღვევით გამოწვეულ ცვლილებებზე თეთრი ვირთაგვას  ჰიპოკამპის უჯრედებში.  ნანახია, რომ ვირთაგვას ორგანიზმში 140მგ/კგ კრეატინის 30-დღიანი ყოველდღიური შეყვანა აუმჯობესებს დღე-ღამური რიტმის დარღვევით გამოწვეული სტრესის შედეგად გაუარესებულ  როგორც ფიზიოლოგიურ მახასიათებლებს, ასევე ზოგიერთ ბიოქიმიურ მაჩვენებელსაც.  კერძოდ, ადგილი აქვს სტრესის შედეგად გაზრდილი  აზოტის ჟანგის, H2O2 და Ca2+-ის  იონის რაოდენობრივ შემცირებას. ამის პარალელურად,  აღინიშნება დაქვეითებული  ანტიოქსიდანტური სისტემის ფერმენტების, კერძოდ სოდ-ისა და კატალაზას აქტივობის მატებაც. მიღებული შედეგების გათვალისწინებით, გამოთქმულია ვარაუდი, რომ  კრეატინის შეყვანისას სტრესირებული ვირთაგების ჰიპოკამპის უჯრედებში ანტიოქსიდანტური  ფერმენტების აქტივობის მატების მიზეზი შესაძლებელია იყოს  მისი მონაწილეობით  უჯრედის ენერგეტიკული მეტაბოლიზმისა და ზოგიერთი უჯრედშიდა სასიგნალო გზების გააქტივება, რასაც მოსდევს სინთეზური რეაქციების, მათ შორის ანტიოქსიდანტური ფერმენტების რაოდენობის მატებაც. სავარაუდოა, რომ  ეს პროცესი განპირობებულია კრეატინის  ზემოქმედებით    NMDA-რეცეპტორზე,  რაც იწვევს სტრესის პირობებში უჯრედში გაზრდილი  Ca2+-ის    რაოდენობის დაქვეითება და ასევე ამ იონის სიჭარბით გამოწვეული ციტოტოქსიკური ეფექტის განეიტრალებას, რაც თავის მხრივ,  ვლინდება სხვადასხვა პროცესების, მათ შორის ფერმენტების სინთეზისა და შესაბამისად, მათი რაოდენობის მატებით.

შესავალი

მთელი რიგი ექსპერიმენტული კვლევები ადასტურებენ მჭიდრო კავშირს ხანგრძლივ დღე-ღამურ ცვლილებასა და ქრონიკულ სტრესს შორის. ბუნებრივი ცირკადული რიტმის ცვლილება, რომელიც   წარმოადგენს ერთერთ  გავრცელებულ სტრესს-ფაქტორს,  ისეთი დაავადებების საფუძველია, რომელიც დაკავშირებულია  კოგნიტურ და ქცევით დარღვევებთან, ჰიპოალგეზიასთან,  აგრესიულობის ზრდასთან, მოძრაობითი და ორიენტაციული   რეაქციების შემცირებასთან, მეხსიერებისა და დასწავლის გაუარესებასთან და სხვ. (Viswambharan et al., 2007; Voinescu, 2009)   და ეს ცვლილებები  ისეთი ფსიქიატრიული პათოლოგიების ანალოგიურია, როგორიცაა დეპრესია, შფოთი  და სხვ .

ცნობილია, რომ სტრესის ფონზე მიმდინარე ფიზიოლოგიური პროცესების საფუძველს უჯრედში მიმდინარე  ბიოქიმიური  ცვლილება წარმოადგენს, რაც აისახება ორგანიზმის ჰორმონალური სტატუსისა და სასიგნალო მოლეკულების რაოდენობრივი ცვლილებებით,  ენერგეტიკული მეტაბოლიზმის რღვევით, ორგანიზმის ანტიოქსიდანტური სტატუსის  დაქვეითებით, ფერმენტების აქტივობის  შემცირებით,   ტრანსკრიფციული და ტრანსლაციური პროცესების  ინტენსივობის ცვლილებებითა და სხვა მნიშვნელოვანი პროცესებით (Griffiths et al., 2002;  Ando et al., 2008). ამის გათვალისწინებით,  ისეთი  ნივთიერებების მოძიება, რომლებსაც შესწევთ უნარი მოახდინონ სტრესული მდგომარეობის პრევენცია, განსაკუთრებულ მნიშვნელობას იძენს. დღესდღეობით ცნობილია მთელი რიგი ნაერთებისა, რომლებიც ამ მიზნით აქტიურად გამოიყენება პრაქტიკაში  (Serafini, Testa, 2009; Chakrabarti et al., 2014). მათ შორის  განიხილება კრეატინი  (α-N-მეთილგუანიდინო აცეტილის მჟავა).

ჩართულია რა Cr/PCr/CK სისტემის ფუნქციონირებაში, კრეატინი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს უჯრედში  მიმდინარე ენერგეტიკული ბალანსის ბუფერიზაციის პროცესში.  ეს პროცესი განსაკუთრებით აქტიურია ისეთი მაღალი ენერგეტიკული მოთხოვნილების უჯრედებისათვის, როგორიცაა ნერვული და კუნთოვანი უჯრედები  (Almeida et al.,  2006; Allen, 2012).  ცნს-ში Cr  სავარაუდოდ  სხვა ფუნქციებსაც ასრულებს, მათ შორის განიხილება ნერვული იმპულსისა და  უჯრედშიდა სიგნალების გადაცემა, მემბრანული პოტენციალისა და იონური გრადიენტის შენარჩუნება,   აქსონალური და დენდრიტული ტრანსპორტი და სხვა  (Beard, Braissant, 2010). ლიტერატურული მონაცემების გათვალისწინებით, კრეატინი ასევე შესაძლებელია განიხილული იქნას როგორც ნეირომოდულატორი, რომელსაც შეუძლა მოახდინოს  ზოგიერთი პოსტსინაფსური რეცეპტორების აქტივობის მოდულირებაც (Almeida et al. 2006). ნევროლოგიური დაავადებების  მრავალფეროვნება, რომლებიც შეინიშნება კრეატინის დეფიციტის  შემთხვევაში, ასევე მიუთითებს Cr-ის მნიშვნელობას ფსიქომოტორულ განვითარებასა და შემეცნებითი ფუნქციების რეალიზირებაში (Beárd, Braissant 2010).

ბოლო ხანებია გამოჩნდა მონაცემები კრეატინის ანტიოქსიდანტური თვისებების   შესახებაც (Deminice et al., 2013; Stefani et al., 2014). კერძოდ, ნანახია კრეატინით კვების პირობებში  ჩონჩხის კუნთებსა და ცნს-ში მიმდინარე  ლიპიდების ზეჟანგური ჟანგვის პროცესის გაუმჯობესება ანტიოქსიდანტური სისტემის ფერმენტების აქტივაციის შედეგად (Lawler et al., 2002;  Guimarães-Ferreira et al., 2012;  Deminice et al.,  2013). ცნობილია, რომ უჯრედის ანტიოქსიდანტური სისტემის აქტივობის დაქვეითების მიზეზი შესაძლებელია გახდეს ბუნებრივი ცირკადული რიტმის ხანგრძლივი  დარღვევით გამოწვეული

ქრონიკული სტრესიც (Musiek et al.,  2013; Musiek, 2015). ეს პროცესი მიმდინარეობს მთელი რიგი ბიოქიმიური პროცესების ცვლილებით, კერძოდ ადგილი აქვს როგორც ანტიოქსიდანტური სისტემის, ასევე ენერგეტიკული მეტაბოლიზმის  ფერმენტების აქტივობის დაქვეითებას, რაც გამოიხატება ატფ-ის  დეფიციტითა და თავის ტვინის ენერგეტიკული პოტენციალისა და ფუნქციური მდგომარეობის  გაუარესებით, უჯრედების სიცოცხლისუნარიანობის შემცირებით, აპოპტოზური და ნეკროზული პროცესების გაძლიერებით, იონების რაოდენობრივი შემცველობის ცვლილებით და სხვ. (Zhuravliova et al., 2009).

ყოველივე ამის  გათვალისწინებით, ჩვენი ექსპერიმენტის მიზანს წარმოადგენდა შეგვეწავლა ხანგრძლივი ცირკადული რიტმის დარღვევით გამოწვეული სტრესის პირობებში ვირთაგვას თავის ტვინის ჰიპოფიზის უჯრედებში    მიმდინარე მეტაბოლური ცვლილებების პრევენცია  ეგზოგენურად შეყვანილი  კრეატინის მონაწილეობით.

ძირითადი ნაწილი

NO-სა , წყალბადის ზეჟანგისა და Ca2+-ის რაოდენობრივი ცვლილებები

ჩატარებულმა ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ ხანგრძლივი დროით ცირკადული  რიტმის დარღვევის შემთხვევაში ვირთაგვების თავის ტვინში შეინიშნება ზოგიერთი ბიოქიმიური მახასიათებლების ცვლილება, მაგალითად ჰიპოკამპის უჯრედებში  ექსპერიმენტის 30-ე დღეს სტრესირებული ვირთაგვების (2 ჯგუფი) ჰიპოკამპის უჯრედებში, საკონტროლო ჯგუფთან შედარებით  NO-ს შემცველობა სარწმუნოდაა  მომატებული .  ამის პარალელურად,  იმ ვირთაგვებში, სადაც სტრესი მიმდინარეობდა 140მგ/კგ კრეატინის ყოველდღიური შეყვანის პირობებში (ჯგუფი 3), ექსპერიმენტის 30-ე დღეს NO-ს რაოდენობა საკონტროლო ჯგუფის  მაჩვენებელს უახლოვდა (ცხრ.1) .   ანალოგიურ ცვლილებებს აქვს ადგილი  ასევე  H2O2-ს  შემთხვევაშიც. კერძოდ, სტრესის  პირობებში ჰიპოკამპის უჯრედებში შეინიშნება მისი რაოდენობის ზრდა , თუმცა ორგანიზმში ეგზოგენური კრეატინის   მოწოდებისას (3 ჯგუფი)  მისი რაოდენობა სარწმუნოდაა  შემცირებული .

	კონტროლი(I ჯგუფი)	ბუნებრივი ცირკადული რიტმის დარღვევით გამოწვეული  სტრესი(II ჯგუფი)	სტრესი + კრეატინი(III ჯგუფი)
აზოტის ჟანგი (NO) (μmol /100g tissue)	40.12±5.7	51.38±5.1	40.51±2.3
წყალბადის ზეჟანგი (μmol/ 1g protein )	0,34 ±0.02	0.47 ±0.03	0.31 ± 0.03
Ca 2+ (mM/100 g tissue)	0.03±0.008	0.05 ±0.007	0.038±0.006

 

ცხრილში 1 წარმოდგენილი მონაცემებიდან ჩანს, რომ ცვლილებები იქნა ნანახი ასევე  Ca2+-ის  იონის რაოდენობაშიც. კერძოდ,  2 ჯგუფის ცხოველების ჰიპოკამპის უჯრედებში   საკონტროლო 1ჯგუფთან შედარებით  Ca2+-ის   რაოდენობა მნიშვნელოვნადაა  გაზრდილი  და  კრეატინის ინტრაპერიტონიალური შეყვანა (3 ჯგუფი) სარწმუნოდ ამცირებს მის რაოდენობას.

იმის გათვალისწინებით, რომ ცნობილია უჯრედშიდა Ca2+-ის ჭარბი რაოდენობის   ციტოტოქსიკური ეფექტი  უჯრედის ფუნციონირებაზე,  შესწავლილი იქნა კრეატინის გავლენა უჯრედების სიცოცხლისუნარიანობაზე (სურ. 2). აღმოჩნდა,  რომ  სტრესირებული ვირთაგვების ჰიპოკამპში საკონტროლო მაჩვენებელთან შედარებით, შემცირებულია  სიცოცხლისუნარიანი უჯრედების რაოდენობა, იმ დროს, როცა  3  ჯგუფის ინდივიდებში  მათი  რაოდენობა სარწმუნოდაა მომატებული.

კრეატინის ეფექტი  ჰიპოკამპის უჯრედების ანტიოქსიდანტური ფერმენტების აქტივობაზე

ექსპერიმენტის შემდგომ ეტაპზე  შესწავლილი იყო საკვლევ ჯგუფებში   ანტიოქსიდანტური სისტემის ზოგიერთი ფერმენტის აქტივობა . მიღებული  მონაცემები აჩვენებენ, რომ ექსპერიმენტის 30-ე დღეს  2 ჯგუფის ვირთაგვებში სოდ-ის აქტივობა საკონტროლო მაჩვენებელთან შედარებით    სარწმუნოდაა შემცირებული , ხოლო   3 ჯგუფში შეინიშნება ფერმენტის  აქტივობის  მატება .   მსგავსი  ცვლილებებია კატალაზას შემთხვევაშიც. კერძოდ, ცირკადული რიტმის დარღვევით გამოწვეული  სტრესის პირობებში შეინიშნება  აქტივობის დაქვეითება , რომელიც იზრდება   კრეატინის  შეყვანით .    მათგან  განსხვავებით, არ იქნა ნანახი სარწმუნო ცვლილება გლუტათიონრედუქტაზას შემთხვევაში.
სოდ-სა და კატალაზას კინეტიკური მაჩვენებლების (Vmax, Km) შესწავლამ აჩვენა,  რომ  ხანგრძლივი დღე-ღამური ციკლის დარღვევის პირობებში მიმდინარე სტრესის შემთხვევაში ადგილი აქვს ფერმენტების როგორც Vmax-ის დაქვეითებას, ასევე  Km-სიდიდის გაზრდას.  მიღებული მონაცემების ანალიზი გვაძლევს საფუძველს ვივარაუდოთ, რომ  სტრესის პირობებში  სოდ-ისა და  კატალაზას აქტივობის დაქვეითების მიზეზს წარმოადგენს როგორც ფერმენტების რაოდენობრივი შემცირება, ასევე  თვისობის დაქვეითება შესაბამისი სუბსტრატების მიმართ.

ეგზოგენური კრეატინის გავლენა ჰიპოკამპის Ca2+-ATPase-ს  აქტივობაზე

იმის გათვალისწინებით, რომ უჯრედშიდა Ca2+- ის რაოდენობაზე გავლენას ახდენს   პლაზმური მემბრანის Ca2+-ATPase-ს (PMCA) და ასევე  მიკროსომული და მიტოქონდრიული  Ca2+-ATPase-ების   აქტივობა, შემდგომში   განსაზღვრული იქნა ამ მათი  აქტივობა  ხანგრძლივი ცირკადული რიტმის დარღვევით გამოწვეული სტრესის პირობებში. ჩანს, რომ ამ  პირობებში ადგილი აქვს მხოლოდ 2 ჯგუფის PMCA-ს აქტივობის სარწმუნო  დაქვეითებას , თუმცა ორგანიზმში კრეატინის ინტრაპერიტონიალური შეყვანა არ ცვლის ამ მაჩვენებელს .  რაც შეეხება მიკროსომულ და მიტოქონდრიულ Ca2+-ATPase-ს , სტრესის შემთხვევაში მათი აქტივობის ცვლილება არ ფიქსირდება .  ცვლილებები ასევე არ აღინიშნება 3 ჯგუფშიც.

დასკვნა

მიღებული შედეგები აჩვენებენ, რომ ეგზოგენური გზით ორგანიზმში მოხვედრილი კრეატინი ენერგეტიკულ პროცესებში აქტიური მონაწილეობის  გარდა, ასრულებს ასევე პროტექტორულ ფუნქციასაც. კერძოდ,  აძლიერებს რა სტრესის შედეგად დაქვეითებულ ენერგეტიკულ პოტენციალს თავის ტვინის უჯრედებში, ზრდის ცილოვანი მოლეკულების, მათ შორის ანტიოქსიდანტური სისტემის ფერმენტების რაოდენობას  მათი სინთეზის გაძლიერების ხარჯზე. ამავე დროს, მოქმედებს  რა  NMDA-რეცეპტორზე და შესაბამისად, უჯრედში Ca2+-ის  ჰომეოსტაზე,   ახდენს ამ რეცეპტორის  ფუნქციონირების   მოდულირებას, რაც ამცირებს სტრესის შედეგად ჰიპოკამპის უჯრედში  გაზრდილი Ca2+-ის  შემცველობას და მისი სიჭარბით გამოწვეულ ციტოტოქსიკურ ეფექტს. რა თქმა უნდა, გამოთქმული მოსაზრება მოითხოვს უფრო დეტალურ  შესწავლას,  რათა გაფართოვდეს წარმოდგენა კრეატინის ნაკლებად ცნობილ ანტიოქსიდანტურ როლზე ცნს-ში.

გამოყენებული ლიტერატურა

1. Viswambharan et al., 2007; Voinescu, 2009
2. Griffiths et al., 2002;  Ando et al., 2008
3. Serafini, Testa, 2009; Chakrabarti et al., 2014
4. Almeida et al.,  2006; Allen, 2012
5. Beard, Braissant, 2010
6. Almeida et al. 2006
7. Beárd, Braissant 2010
8. Deminice et al., 2013; Stefani et al., 2014
9. Lawler et al., 2002;  Guimarães-Ferreira et al., 2012;  Deminice et al.,  2013
10. Musiek et al.,  2013; Musiek, 2015