Экспрессия генов животных при аминокислотном имбалансе (часть 2)

В дальнейшем благоприятное действие некоторого ограничения питания на продолжительность жизни было продемонстрировано у самых разных видов эукариот: от дрожжей до макак-резусов и людей. Среди причин смерти резко уменьшался вклад остеопороза, лёгочных инфекций и некоторых опухолей (уменьшение вдвое смертей от рака), исчезал из списка причин смертей диабет, уменьшалось число смертей от сердечно-сосудистых заболеваний, отсутствуют болезни зрительного аппарата, не происходит поседения и выпадения волос. Животные-долгожители выглядели проворными и молодыми независимо от возраста [114, 115].

Вместе с тем, описанный эффект зависел от длительности ограничения питания. Положительное влияние оказывало кратковременное воздействие (пост), при более длительном ограничении питания наблюдается торможение заживления ран, снижение температуры тела и замедление роста животного.

Как показали исследования, в эффект ограничения питания вносят вклад как углеводный, так и белковый его компоненты. При этом за действие белков отвечает единственная аминокислота - метионин, который относится к группе незаменимых аминокислот. Оказалось, что не только продление жизни, но и уменьшение генерации активных форм кислорода (АФК) митохондриями и окислительного повреждения митохондриальной ДНК имитируется диетой, где белок был заменён смесью аминокислот, из которой исключён метионин [115, 116]

Вместе с тем, имбаланс по метионину не влиял на привесы животных (крысы) и практически не менял трансляционную активность полирибосом печени in vitro, в бесклеточной системе синтеза белка [5].

Заключение

Анализ результатов исследований свидетельствуют о весьма сложном молекулярном механизме регуляции аппетита, а также неравнозначности биохимических и нейрологических реакций и взаимодействий при разных условиях баланса аминокислот в питании животных. Аминокислотный имбаланс включает феномен реализации физиологического резервирования (использование скрытых ресурсов организма) через усиление образования рибосом, что является следствием каскада изменений в молекулярной биологии организма животного и при этом наблюдается ряд терапевтических и геронтологических эффектов, имеющих прикладное значение.

Одним из возможных молекулярных механизмов положительного терапевтического влияния имбаланса может быть связан с тем, что несбалансированность белка по незаменимым аминокислотам приводит к повышению уровня активности РНКаз, которые, воздействуя на гетерогенную по стабильности популяцию мРНК клеток животных, могут вызвать парадоксальный эффект усиления синтеза определённых белков при общей дисгармонии метаболизма.

Примером могут быть мРНК генов c-myc и c-fos, стабилизация короткоживущих мРНК которых приводит к онкологическим заболеваниям. Имбаланс по аминокислотам, как сказано выше, существенно снижает риск онкологических заболеваний, как и обработка тканей панкреатической РНКазой, с переменным успехом применявшейся для терапии рака.

В 2013 году исполняется 60 лет самому главному событию в биологии ХХ века - рождению молекулярной биологии [117]. Эта наука триумфально постигла суть реализации генетической информации в морфологические и физиологические особенности организмов [118]. В настоящее время молекулярные биологи подступили к изучению сакральных закономерностей формирования эффекта взаимодействия «генотип-среда», важнейшим проявлением которого являются особенности экспрессии генов животных в условиях аминокислотного имбаланса.

Исследования в этом направлении важны, как для получения новых фундаментальных знаний о путях регуляции экспрессии генов, так и для разработки новых молекулярно-биологических маркёров и методов оценки генетико-физиологического статуса животных и разработки на их основе научно-обоснованных норм питания. Это позволит управлять индивидуальным развитием животного организма, корректировать его хозяйственно важные показатели.

Список литературы

1. Bruhat A., Jousse X., Wang X.Z., Ron D., Ferara M., Fafournoux P. Amino acid limitation induces expression of CHOP and CCAAT/enhancer binding protein-related gene, at both transcrbptional and posttranscriptional levels // Biol. Chem., 1997, V. 272, P. 17588-17593. .

2. Kilberg M.S., Pan Y-X., Chen H., Pineda L. Nutritional control of the gene expression: how ammalian cells respond amino acid limitation // Annu. Rev. Nutr., 2005, 25, P. 59-85.

3. Bruhat A., Jousse C., Fafournoux P. Amino acid regulates gene expression // Proceedings of the Nutr. Society, 1999, V. 58, N 3, P. 1-10.

4. Плотников В.К. Биология РНК зерновых культур, Краснодар, Издательство «Эдви», 2009, 375 с.

5. Плотников В.К. Стабильность мРНК как фактор регуляции экспрессии генов в клетках эукариот // Успехи современной биологии. 1992. Т. 112. вып. 2. С. 186-199.

6. Grimble G.K., Malik S.B., Boza J.J. Method for measuring tissue RNA turnover//Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care. 2000. v. 3, P.399-408.

7. Kay J. Intracellular protein degradation // Biochem. Rev., 1978, V. 6, P. 789-797.

8. Fafournoux P., Bruhat A., Jousse C. Amino acid regulation of gene expression // Biochem. J., 2000, V. 351, P. 1-12.

9. Bahar B., Monahan F.J., Moloney A., Schmidt O., MacHugh D.E., Sweeney T. Long-term stability of RNA in post-mortem bovine skeletal muscle, liver and subcutaneous adipose tissues // BMC Molecular Biology. 2007. V. 8. P. 108-120.

10. Насонов А.И., Степанов И.В., Евтушенко Я.Ю., Плотников В.К. Диффференциальная стабильность 25S и 18S рибосомной РНК растений // Труды Кубанского государственного аграрного университета, 2012, 5 (38), с.123-127.

11. .Grandison R.C., Piper M.D., Partridge L. Amino-acid imbalance explains extension of lifespan by dietary restriction in Drosophila // Nature, 2009, V. 24, N 462 (7276), P. 1061-1064.

12. Venkov P.V., Hadjiolov A.A. Differential stability of 28S and 18S rat liver ribosomal ribonucleic acids // Biochem. J. 1969. V. 115. P. 91-94.

13. Чирков Г.П., Бойков П.Я., Дружинина М.К., Тодоров И.Н. Деградация 18S и 28S-рибосомных РНК в цитоплазме клеток печени крыс при подавлении синтеза белков // Биохимия. 1983. Т.48. С. 1157-1162.

14. Zacharias M., Theissen G., Bradacheck C., Wagner R. Analysis of sequence elements important for synthesis and control of ribosomal RNA in E. coli. Biochimie, 1991, V. 73, P. 699-712.

15. Спирин А.С. Регуляция трансляции мРНК-связывающими факторами у высших эукариот// Успехи биологической химии. - М., 1996.-Т.36.- С. 3-48.

16. Sperrazza J.M., Spremulli L.L. Quantitation of cation binding to wheat germ ribosomes: influences on subunit association equilibria and ribosome activity // Nucleic Acids Res. 1983. V. 11. P. 2665 - 2679.

17. Шахонг Сан, Хуей Ксай, Йен Сан, Джинг Сонг, Жи Ли. Характеристика молекулярной структуры вырезаемого участка 28S рРНК креветки // Биохимия, 2012, т. 27, в. 6, с. 713-720.

18. Hollams E.M., Giles K.M., Thompson A.M., Leedman P.J. mRNA Stability and the Control of Gene Expression: Implications for Human Disease // Neurochem. Res., 2002, V. 27, P. 957-980.

19. Fialcowitz E.J., Brewer B.Y., Keenan B.P., Wilson G.M. A Hairpin-like Structure within an AU-rich mRNA-destabilizing Element Regulates trans-Factor Binding Selectivity and mRNA Decay Kinetics // J. Biol. Chem. 2005. V. 280. P. 22406 - 22417.

20. Yaman I., Fernandes J., Sarkars B., Schneiders R.J., Snider M.D., Nagy L.E., Hatzoglou M. Nutritional control of mRNA stability is mediated by a conserved AU-rich element that binds the cytoplasmic shuttling protein HuR // The journal of Biological Chemistry, 2002, 277, P. 41539-41546.

21. Сидорин В.В. Пищевая геномика и пищевая регуляция экспрессии генов// WWW MGIMO.RU

22. Kimball S.R., Jefferson L. New functions for amino acids: effects on gene transcription and translation // Am. J. Nutr. 2006. V. 83. P. 500-507.

23. Park B-Ch. Amino acid imbalance - biochemical mechanism and nutritional aspects // Asian-Aust. J. Anim. Sci., 2006, V. 19, P. 1361-1368.

24. Osawa Y., Kanamori H., Seki E., Hoshi M., Ohtaki H., Yasuda Y., Ito H., Suetsugu A., Nagaki M., Moriwaki H., Saito K., Seishima M. L-triptophan-mediated enhancement of susceptibility to nonalcoholic fatty liver disease is dependent on the mammalian target of rapamycin // J. Biol. Chem., 2011, V. 286 (40), P. 34800-34508.

25. Nagao K., Bannat M., Seki Sh., Kawai N., Mori M., Takabashi M. Voluntary wheel running is beneficial to the amino acid profile of lysine-deficient rats // Am.J. Physiol. Endocrinol. Metab., 2010, V. 298, P. 1170-1178.

26. Tesseraud S., Bouvarel I., Collin A., Audouin E., Chrochet S., Seilies I., Leterrier Ch. Daily Variations in Dietary Lysine Content Alter the Expression of Genes Related to Proteolysis in Chicken Pectoralis major Muscle // J. Nutr., 2009, V. 139, N 1, P. 38-43.

27. Lansard M., Panserat S., Plagnes-Juan E., Dias K., Seiliez I., Cassy S.S. L-Leucine, L-Methionine, and L-Lysine Ara Involved in the Regulation-of Intermediary Metabolism-Related Gene Expression in Rainbow Trout Hepatocytes // J. Nutr., 20011, v. 141, N 1, P. 75-80.

28. Yi-Ming Chang, Hen-Wei Wei The effects of Dietary Lysine Deficiency on Muscle Protein Turnover in Postweanling Pigs // Asian-Aust. J. Anim. Sci., 2005, V. 18, N 9, P. 1326-1335.

29. Rosebrough R.W., Richards M.P., McMurtry J.P. Rapid dietary protein changes, enzyme activities, mRNAs and plasma hormones in the broiler chicken // Avian Biology Research, 2010, V. 3, N 1, P. 7-9.

30. Киль В.И., Бибишев В.А., Плотников В.К. Неспецифический прирост трансляционной активности полисом проростков пшеницы и ячменя под действием стрессов // Физиология растений. 1991. Т. 38. Вып. 4. С.730-735.

31. Тер-Аванесян М.Д., Инге-Вечтомов С.Г. Генетический контроль синтеза белка. Л.: ЛГУ, 1988. 296 с.

32. Plotnikov V.K., Bakaldina N.B. Differential stability of zein mRNA in developing corn kernel // Plant Molecular Biology. 1996. V.31. P. 507-515.

33. Плотников В.К. Генетико-физиологическая детерминация распада мРНК злаков in vitro // Успехи современной биологии. 2003. Т. 123. № 1. C. 98-109.

34. Полежаев С.Л. Регуляция стабильности мРНК при балансе и имбалансе лизина и триптофана в рационах моногастричных животных // Автореф. дисс. на соиcк. ст. канд. биол. наук, Боровск, 2009, 21 С.

35. Плотников В.К., Бакалдина Н.Б. Посттранскрипционная регуляция экспрессии генов: изучение дифференциального распада мРНК растений in vivo и in vitro //Генетика, 1997, T. 33, № 3, C. 343-349.

36. Плотников В.К., Бакалдина Н.Б., Новиков Б.Н., Алексеенко Ж.В. Посттранскрипционная регуляция экспрессии генов растений: ряды индексов стабильности специфических мРНК in vivo и in vitro //Генетика, 1998, Т. 34., № 7, С. 869-875.

37. Плотников В.К., Бакалдина Н.Б., Новиков Б.Н., Алексеенко Ж.В., Бибишев В.А., Полежаев С.Л., Рядчиков В.Г. Посттранскрипционная регуляция экспрессии генов эукариот: влияние стрессов на стабильность мРНК in vitro // Генетика. 1998, Т. 34. № 9. С. 1205-1211.

38. Плотников В.К., Бакалдина Н.Б., Сметанин Д.В. Фотоиндуцированная модуляция стабильности мРНК фитохрома А у проростков пшеницы и ячменя // Физиология растений. 2000. Т. 47. № 2. С. 203-209.

39. Бакалдина Н.Б., Алексеенко Ж.В., Плотников В.К. Холодоиндуцированные изменения стабильности мРНК субъединицы альфа фактора элонгации трансляции 1 у проростков пшеницы и ячменя // Физиология растений. 2001. Т. 48, № 6. C. 879-885.

40. Полежаев С.Л., Омаров М.О., Рядчиков В.Г., Плотников В.К., Бакалдина Н.Б., Бибишев В.А., Новиков Б.Н., Алексеенко Ж.В. Влияние качества аминокислотного питания на стабильность мРНК животных // Сб. науч. тр. РАСХН “Проблемы повышения качества зерна пшеницы и других зерновых культур”. Москва. 1998. С. 248-255.

41. Полежаев С.Л., Омаров М.О., Рядчиков В.Г., Плотников В.К., Бакалдина Н.Б., Бибишев В.А. Молекулярно-биологические аспекты действия имбаланса незаменимых аминокислот на моногастричных животных // Сб. науч. тр. СКНИИЖ “Научные основы ведения животноводства и кормопроизводства”. Краснодар. 1999. С. 345-354.

42. Topp H., Schцch G. Whole-body degradation rates of transfer-, ribosomal-, and messenger ribonucleic acids and resting metabolic rate in 3- to 18-year-old humans // Pedeatric Res. 2000. V. 47. P. 163-175.

43. Плотников В.К., Артемьева Н.К. Модифицированные нуклеозиды мочи как маркёры особенностей метаболизма // Материалы научной и научно-методической конференции проф-преподавательского состава КГУФКСТ.- Краснодар: 2012.- С.167-172.

44. Плотников В.К., Рядчиков В.Г., Филичкин С.А., Неудачин В.П., Филипас Т.Б., Долгих Ю.Р. К выяснению причин перераспределения белковых фракций в эндосперме кукурузы опак-2 // Физиология и биохимия культурных растений. 1984. Т.16. С. 59-66.

45. Tomkins G.M., Gelehrter T.D., Granner D., Martin D., Samuels H.H., Thompson E.B. Control of Specific Gene Expression in Higher Organisms // Science. 1969. V. 166. № 3912. P. 1474-1480.

46. Tomkins G.M., Levinson B.B., Baxter G.D., Dethlifsen L. Further Evidence for Posttranscriptional Control of Inducible Tyrosine Aminotransferase Synthesis in Cultured Hepatoma Cells // Nature New Biology. 1972. V. 239. № 6. P. 9-14.

47. Wang H., Lu D., A study on the optimal amino acid pattern at the proximal duodenum in growing sheep // Asian-Aust. J. Anim. Sci. 2002. V. 15. No 14. P. 38-44.

48. Омаров М.О. Динамика содержания нуклеиновых кислот и активность РНК-аз печени крыс при имбалансе аминокислот // Повышение продуктивности свиноводства на Северном Кавказе: Сборник научных трудов КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко и Северо-Кавказского НИИ животноводства. Краснодар, 1986, C. 127-132 .

49. Насонов А.И., Полежаев С.Л., Радуль А.П., Рядчиков В.Г., Плотников В.К. Взаимосвязь содержания катионов магния (Mg⁺⁺), стабильности РНК и интенсивности метаболизма в клетках эукариот // Труды Кубанского государственного аграрного университета, 2008, № 2(11), С. 104-110.

50. Benevenga N.G., Blemings K.P. Unique aspects of lysine nutrition and metabolism // J. Nutr., 2007, V. 237, P. 1610-1615.

51. Насонов А.И., Евтушенко Я.Ю., Серкин Н.В., Плотников В.К. Особенности состава зерна среднеморозоустойчивых сортов ячменя // Труды Кубанского государственного аграрного университета, 2012, Т. 1, № 38, С. 104 - 106.

52. Насонов А.И., Гаража В.В., Кузембаева Н.А., Ненько Н.И., Плотников В.К. Взаимоотношения стабильности матричной и рибосомной РНК в созревающем зерне озимой пшеницы под влиянием фуролана // "Биология - наука XXI века", 10-я международная Пущинская конференция молодых ученых 18-22 апреля 2006, Пущино-2006, С. 386.

53. McCormick M.A., Shin-yin Tsai, Kennedy B.K. TOR and ageing: a complex pathway for a complex process // Phil. Trans. R. Soc., 2011, V. 366, N 1561, P. 17-27.

54. Cкулачев В.П. Что такое феноптоз и как с ним бороться? // Биохимия, 2012, Т. 77, №7, С. 827-846.

55. Baracos E., Mackenzie M.L. Investigations of Branched-Chain Amino Acid and Their Metabolites in Animal Models in Cancer // J. Nutr., 2006, V. 136, P. 237-242.

56. Watson J.D., Crick F.H.C. A structure of deoxyribose nucleic acids // Nature, 1953, V. 171, P.737-738.

Размещено на Allbest.ru