Роль глутамата в энергетическом метаболизме тимуса

Цель исследования. Провести анализ энергетической роли глутамата в тимоцитах и тканях тимуса на разных этапах его возрастной инволюции.

 Материалы и методы. Исследования проведены на белых крысах-самцах. Состояние энергетического обмена определяли по скорости потребления кислорода тканями тимуса и тимоцитами с использованием полярографического метода.

Результаты. Установлено, что в тканях тимуса 4-, 5- и 6-месячных крыс скорость потребления кислорода постоянна и значимо не изменяется в ответ на введение глутамата. Тимоциты — иммунокомпетентные клетки тимуса животных 3- и 8-месячного возраста, несмотря на сходные уровни потребления кислорода на эндогенных субстратах, по-разному реагируют на действие глутамата. В тимоцитах 3-месячных животных действие глутамата оказывает более выраженный стимулирующий эффект на биоэнергетические процессы по сравнению с 8-месячными. Есть основание полагать, что снижение эффективности действия глутамата по мере взросления животных обусловлено процессами возрастной инволюции тимуса.

Заключение. Глутамат стимулирует аэробное дыхание в тимоцитах 3- и 8-месячных животных, при этом величина стимулирующего эффекта в тимоцитах более молодых животных выше. Одновременно с этим глутамат не вызывает значимых изменений скорости потребления кислорода в тканях тимуса 4-, 5- и 6-месячных животных.

1. Kinnamon SC. Umami taste transduction mechanisms. Am J Clin Nutr. 2009;90(3):753S-755S. DOI: https://doi.org/10.3945/ajcn.2009.27462K

2. Hermanussen M, García AP, Sunder M, Voigt M, Salazar V, Tresguerres JaF. Obesity, voracity, and short stature: the impact of glutamate on the regulation of appetite. Eur J Clin Nutr. 2006;60(1):25-31. DOI: https://doi.org/10.1038/sj.ejcn.1602263

3. Plaitakis A, Kalef-Ezra E, Kotzamani D, Zaganas I, Spanaki C. The glutamate dehydrogenase pathway and its roles in cell and tissue biology in health and disease. Biology (Basel). 2017;6(1):E11. DOI: https://doi.org/10.3390/biology6010011

4. Tsai PJ, Huang PC. Circadian variations in plasma and erythrocyte glutamate concentrations in adult men consuming a diet with and without added monosodium glutamate. J Nutr. 2000;130(4S Suppl):1002S-1004S. DOI: https://doi.org/10.1093/jn/130.4.1002S

5. Tomé D. The Roles of dietary glutamate in the intestine. Ann Nutr Metab. 2018;73(Suppl 5):15-20. DOI: https://doi.org/10.1159/000494777

6. Loï C, Cynober L. Glutamate: a safe nutrient, not just a simple additive. Ann Nutr Metab. 2022;78(3):133-146. DOI: https://doi.org/10.1159/000522482

7. Krishnamurthy RV, Suryawanshi YR, Essani K. Nitrogen isotopes provide clues to amino acid metabolism in human colorectal cancer cells. Sci Rep. 2017;7(1):2562. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-017-02793-y

8. Салига Н. Дія L-глутаміновоїкислоти та піридоксину на імунологічні й гематологічні показники за дії епінефрин-індукованого стресу в щурів. Науковий вісник Східноєвропейського національного університету імені Лесі Українки. Серія: Біологічні науки. 2019;3(387):131-136. DOI: https://doi.org/10.29038/2617-4723-2019-387-131-136

9. Piccirillo S, Castaldo P, Macrì ML, Amoroso S, Magi S. Glutamate as a potential “survival factor” in an in vitro model of neuronal hypoxia/reoxygenation injury: leading role of the Na+/ Ca2+ exchanger. Cell Death Dis. 2018;9(7):731. DOI: https://doi.org/10.1038/s41419-018-0784-6

10. Dall’Asta V, Gazzola GC, Franchi-Gazzola R, Bussolati O, Longo N, Guidotti GG. Pathways of L-Glutamic acid transport in cultured human fibroblasts. J Biol Chem. 1983;258(10):6371- 6379. [дата обращения 2022 июль 06]. Режим доступа: https:// pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/6133863

11. Magi S, Piccirillo S, Amoroso S. The dual face of glutamate: from a neurotoxin to a potential survival factormetabolic implications in health and disease. Cell Mol Life Sci. 2019;76(8):1473-1488. DOI: https://doi.org/10.1007/s00018-018-3002-x.

12. Treberg JR, Banh S, Pandey U, Weihrauch D. Intertissue differences for the role of glutamate dehydrogenase in metabolism. Neurochem res. 2014;39(3):516-526. DOI: https://doi.org/10.1007/s11064-013-0998-z

13. Jungas RL, Halperin ML, Brosnan JT. Quantitative analysis of amino acid oxidation and related gluconeogenesis in humans. Physiol Rev. 1992;72(2):419-448. DOI: https://doi.org/10.1152/physrev.1992.72.2.419

14. Burrin DG, Janeczko MJ, Stoll B. Emerging Aspects of Dietary Glutamate metabolism in the developing gut. Asia Pac J Clin Nutr. 2008;17(Suppl 1):368-371. DOI: https://doi.org/10.6133/APJCN.2008.17.S1.92

15. Piccirillo S, Magi S, Castaldo P, Preziuso A, Lariccia V, Amoroso S. NCX and EAAT transporters in ischemia: At the crossroad between glutamate metabolism and cell survival. Cell Calcium. 2020;86:102160. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceca.2020.102160

16. Griffiths JB. The Effects of adapting human diploid cells to grow in glutamic acid media on cell morphology, growth and metabolism. J Cell Sci. 1973;12(2):617-629. DOI: https://doi.org/10.1242/jcs.12.2.617

17. King N, McGivan JD, Griffiths EJ, Halestrap AP, Suleiman MS. Glutamate loading protects freshly isolated and perfused adult cardiomyocytes against intracellular ROS generation. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 2003;35(8):975-984. DOI: https://doi.org/10.1016/S0022-2828(03)00182-2.

18. Brelinska R, Malendowicz LK, Malinska A, Kowalska K. Characteristics of age-related changes in rat thymus: morphometric analysis and epithelial cell network in various thymic compartments. Biogerontology. 2008;9(2):93-108. DOI: https://doi.org/10.1007/s10522-007-9117-3

19. Lewis MT, Levitsky Y, Bazil JN, Wiseman RW. Measuring mitochondrial function: from organelle to organism. Methods Mol Biol. 2022;2497:141-172. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-0716-2309-1_10

20. Gnaiger E. Mitochondrial pathways and respiratory control: An Introduction to OXPHOS Analysis. 5th Ed. Bioenergetics Communications; 2020. DOI: https://doi.org/10.26124/bec:2020-0002

21. Brown GC. Control of respiration and ATP synthesis in mammalian mitochondria and cells. Biochem J. 1992;284(Pt 1):1-13. DOI: https://doi.org/10.1042/bj2840001

22. Клаус Д, ред. Лимфоциты: методы. Пер с англ. Москва: Мир; 1990.

23. Wenchich L, Drahota Z, Honzík T, Hansíková H, Tesarová M, Zeman J, et al. Polarographic evaluation of mitochondrial enzymes activity in isolated mitochondria and in permeabilized human muscle cells with inherited mitochondrial defects. Physiol Res. 2003;52(6):781-788. [дата обращения 2022 июль 06]. Режим доступа: http://www.biomed.cas.cz/ physiolres/pdf/52/52_781.pdf

24. Кочетков ГА. Практическое руководство по энзимологии. 2-е изд, доп и перераб. Москва: Высшая школа; 1980.

25. Pon LA. Mitochondria. 2nd ed, add. and revised. Santa Barbara. Univ. of California: Еlsevier; 2006.

26. Brown GC. Control of respiration and ATP synthesis in mammalian mitochondria and cells. Biochem J. 1992;284(Pt 1):1- 13. [дата обращения 2022 июль 06]. Режим доступа: https:// www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1132689/?page=1

27. Сергеенко СМ, Коваль АН, Жадейко РР, Никитина ИА, Грицук АИ. Тканевое дыхание миокарда, печени и тимуса белых крыс после внешнего облучения в дозе 1 Гр. В: Сб. науч. ст. Росс. науч. конф. с международным участием «Актуальные проблемы токсикологии и радиобиологии»; 2011 19- 20 мая; СПб.: ООО «Издательство Фолиант», 2011;141. [дата обращения 2022 июль 06]. Режим доступа: https://rep.polessu. by/bitstream/123456789/25837/1/Otsrochennye_jeffekty.pdf

28. Демьяненко СВ, Чистякова ВА, Водопьянов АС, Брень АБ. Возрастные изменения тимусзависимого звена иммунной системы. Журнал фундаментальной медицины и биологии. 2012;(1):17-29. [дата обращения 2022 июль 06]. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/vozrastnyeizmeneniya-timuszavisimogo-zvena-immunnoy-sistemy

29. Brodsky VY, Malchenko LA, Butorina,NN, Lazarev Konchenko DS, Zvezdina ND, Dubovaya TK. Glutamic acid as enhancer of protein synthesis kinetics in hepatocytes from old rats. Biochemistry (Mosc). 2017;82(8):957-961. DOI: https://doi.org/10.1134/S0006297917080119

30. Estonius M, Forsberg L, Danielsson O, Weinander R, Kelner MJ, Morgenstern R. Distribution of microsomal glutathione transferase 1 in mammalian tissues. Eur J Biochem. 1999;260(2):409-413. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1432-1327.1999.00165.x