ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПИРУВАТНОГО СДВИГА В КРОВИ У СЕВЕРЯН

УДК [612.014.4+612.015.3+577.12]+(470.1/2)

DOI: 10.22138/2500-0918-2018-15-2-176-183

О.В. Зубаткина, М.Я. Малахова, А.А. Попов

Северный государственный медицинский университет Минздрава России, г. Архангельск, Российская Федерация;
Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова,г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

Резюме. Успешная адаптация организма человека к условиям севера базируется на инвариантности, специфической направленности метаболических процессов, обеспечивающих переход на иной, «полярный» (Панин Л.Е., 1978) тип метаболизма. Материалы и методы. Определялись показатели углеводного и липидного обменов плазмы крови у 106 практически здоровых волонтеров, проживающих в Архангельске не менее 20 лет. Все волонтеры (41 мужчина и 65 женщин) были заняты в сфере умственного труда, в среднем возраст в группе обследованных составил 32 (8,7) лет, индекс массы тела 23,4 (2,1). Результаты и обсуждение. Установлено, что метаболитный профиль крови у 78% обследованных северян имеет особенность: уровень пирувата превышает верхнюю границу референсного интервала. Рассмотрены возможные механизмы формирования надреференсного содержания пирувата в крови у северян. Дана оценка участия АМРК, JАК/STAT, PI-3K путей сигналинга в метаболических внутриклеточных перестройках, которые направлены на покрытие возрастающих при адаптации к северным условиям энергетических нужд. На наш взгляд, поддержание динамического равновесия на новом уровне энергообеспечения становится возможным благодаря изменению функциональной роли пирувата и в катаболических, и в анаболических процессах, в результате чего протекание и тех, и других сопровождается увеличением его цитозольного пула и повышенным выходом пирувата из клеток в кровоток.

Ключевые слова: север, адаптация, полярный метаболизм, пируват

Дата поступления 09.04.2018

Образец цитирования:
Зубаткина О.В., Малахова М.Я., Попов А.А. Возможные механизмы формирования пируватного сдвига в крови у северян. Вестник уральской медицинской академической науки. 2018, Том 15, №2, с. 176–183, DOI: 10.22138/2500-0918-2018-15-2-176-183

ЛИТЕРАТУРА
1. Панин Л.Е. Энергетические аспекты адаптации. Л., Медицина, 1978.
2. Панин Л.Е. Фундаментальные проблемы приполярной и арктической медицины. Бюллетень СО РАМН, т.33, №6, с.5-10, 2013.
3. Казначеев В.П. (ред), Механизмы адаптации человека в условиях высоких широт. Л., Медицина, 1980.
4. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Марычев А.Г., Милованов А.П. Патология человека на Севере. М., Медицина, 1985.
5. Lawrence R. Gray, Sean C. Tompkins, Eric B. Taylor. Regulation of pyruvate metabolism and human disease. Cell.Mol.Life Sci., V.71, P. 2577-2604, 2014, doi: 10.1007/s00018-013-1539-2
6. Kyle S. McCommis, Brian N. Finck. Mitochondrial pyruvate transport: a historical perspective and future research directions. Biochem.J., V. 443(3), P. 443-454, 2015, doi: 10.1042/BJ20141171
7. Steegmann A.T. Jr. Human cold adaptation: an unfinished agenda. Am. J. Hum. Biol., V. 19(2), P. 218–227, 2007, doi: 10.1002/ajhb.20614
8. Gowans, G.J., Hawley, S.A., Ross, F.A., and Hardie, D.G. AMP is a true physiological regulator of AMP-activated protein kinase by both allosteric activation and enhancing net phosphorylation. Cell Metab., V. 18, P. 556–566, 2013, doi: 10.1016/j.cmet.2013.08.019
9. Li, X., Wang, L., Zhou, X.E., Ke, J., de Waal, P.W., Gu, X., Tan, M.H.E., Wang, D., Wu, D., Xu, H.E., and Melcher, K. Structural basis of AMPK regulation by adenine nucleotides and glycogen. Cell Res., V. 25, P. 50–66, 2015, doi: 10.1038/cr.2014.150
10. Oakhill, J.S., Steel, R., Chen, Z.P., Scott, J.W., Ling, N., Tam, S., and Kemp, B.E. AMPK is a direct adenylate charge-regulated protein kinase. Science, V. 332, P. 1433–1435, 2011, doi: 10.1126/science.1200094
11. Xiao, B., Sanders, M.J., Carmena, D., Bright, N.J., Haire, L.F., Underwood, E., Patel, B.R., Heath, R.B., Walker, P.A., Hallen, S., et al. Structural basis of AMPK regulation by small molecule activators. Nat. Commun., V. 4, P. 3017, 2013, doi: 10.1038/ncomms4017
12. Li, Y., Xu, S., Mihaylova, M.M., Zheng, B., Hou, X., Jiang, B., Park, O., Luo, Z., Lefai, E., Shyy, J.Y.J., et al. AMPK phosphorylates and inhibits SREBP activity to attenuate hepatic steatosis and atherosclerosis in diet-induced insulin-resistant mice. Cell Metab., V. 13, P. 376–388, 2011, doi: 10.1016/j.cmet.2011.03.009
13. Kawaguchi, T., Osatomi, K., Yamashita, H., Kabashima, T., and Uyeda, K. Mechanism for fatty acid ‘‘sparing’’ effect on glucose-induced transcription: regulation of carbohydrate-responsive element-binding protein by AMP-activated protein kinase. J. Biol. Chem., V. 277, P. 3829–3835, 2002, doi: 10.1074/jbc.M107895200
14. Hong, Y.H., Varanasi, U.S., Yang, W., and Leff, T. AMP-activated protein kinase regulates HNF4alpha transcriptional activity by inhibiting dimer formation and decreasing protein stability. J. Biol. Chem., V. 278, P. 27495–27501, 2003, doi: 10.1074/jbc.M304112200
15. Greer, E.L., Oskoui, P.R., Banko, M.R., Maniar, J.M., Gygi, M.P., Gygi, S.P., and Brunet, A. The energy sensor AMP-activated protein kinase directly regulates the mammalian FOXO3 transcription factor. J. Biol. Chem., V. 282, P. 30107–30119, 2007, doi: 10.1074/jbc.M705325200
16. Jager, S., Handschin, C., St-Pierre, J., and Spiegelman, B.M. AMP activated protein kinase (AMPK) action in skeletal muscle via direct phosphorylation of PGC-1alpha. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, V. 104, P. 12017–12022, 2007, doi: 10.1073/pnas.0705070104
17. Canto, C., Gerhart-Hines, Z., Feige, J.N., Lagouge, M., Noriega, L., Milne, J.C., Elliott, P.J., Puigserver, P., and Auwerx, J. AMPK regulates energy expenditure by modulating NAD+ metabolism and SIRT1 activity. Nature, V. 458, P. 1056–1060, 2009, doi: 10.1038/nature07813
18. Gwinn, D.M., Shackelford, D.B., Egan, D.F., Mihaylova, M.M., Mery, A., Vasquez, D.S., Turk, B.E., and Shaw, R.J. AMPK phosphorylation of raptor mediates a metabolic checkpoint. Mol. Cell, V. 30, P. 214–226, 2008, doi: 10.1016/j.molcel.2008.03.003
19. Inoki, K., Zhu, T., and Guan, K.L. TSC2 mediates cellular energy response to control cell growth and survival. Cell, V. 115, P. 577–590, 2003, doi: 10.1016/S0092-8674(03)00929-2
20. Faller, W.J., Jackson, T.J., Knight, J.R.P., Ridgway, R.A., Jamieson, T., Karim, S.A., Jones, C., Radulescu, S., Huels, D.J., Myant, K.B., et al. mTORC1-mediated translational elongation limits intestinal tumour initiation and growth. Nature, V. 517, P. 497–500, 2015, doi: 10.1038/nature13896.
21. Hardie, D.G., Schaffer, B.E., and Brunet, A. AMPK: An Energy-Sensing Pathway with Multiple Inputs and Outputs. Trends Cell Biol., V. 26, P. 190–201, 2016, doi: 10.1016/j.tcb.2015.10.013

22. Kim, S.-J., Tang, T., Abbott, M., Viscarra, J.A., Wang, Y., and Sul, H.S. AMPK Phosphorylates Desnutrin/ATGL and Hormone-Sensitive Lipase To Regulate Lipolysis and Fatty Acid Oxidation within Adipose Tissue. Mol. Cell. Biol., V. 36, P. 1961–1976, 2016, doi: 10.1128/MCB.00244-1630. Minokoshi Y, Toda C, Okamoto S. Regulatory role of leptin in glucose and lipid metabolism in skeletal muscle. Indian J Endocrinol Metab., V. 16, P. S562–S568, 2012, doi: 10.4103/2230-8210.105573.
31. Ukropec, J., Anunciado, R.V., Ravussin, Y., Kozak, L.P. Leptin is required for uncoupling protein-1-independent thermogenesis during cold stress. Endocrinology, V. 147, P. 2468-2480, 2006, doi: 10.1210/en.2005-1216.
32. Karl J. Kaiyala, Kayoko Ogimoto, Jarrell T. Nelson, Kenjiro Muta, Gregory J. Morton. Physiological role for leptin in the control of thermal conductance. Molecular metabolism, V. 5, P. 892-902, 2016, doi: 10.1016/j.molmet.2016.07.005.
33. Andrew P. Halestrap, Robert C. Poole and Susan L. Cranmer. Mechanisms and regulation of lactate, pyruvate and ketone body transport across the plasma membrane of mammalian cells and their metabolic consequences. Biochem. Soc. Trans., V. 18(6), P. 1132-1135, 1990, doi: 10.1042/bst0181132.

Авторы
Зубаткина Ольга Владимировна
Северный государственный медицинский университет
Доктор биологических наук, профессор
Российская Федерация, 163000, Архангельск, проспект Троицкий, 51
ozbiochem@gmail.com

Малахова Маргарита Яковлевна
Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова
Доктор медицинских наук, профессор, профессор кафедры клинической биохимии
Российская Федерация, 191015, Санкт-Петербург, ул. Кирочная, 41 
prof-malachova@mail.ru

Попов Андрей Александрович
Северный государственный медицинский университет
Кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры клинической биохимии, микробиологии и лабораторной диагностики
Российская Федерация, 163000, Архангельск, проспект Троицкий, 51
biochem66@gmail.com

Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)