КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-15-00118

НазваниеМеханизмы метаболического контроля в скелетных мышцах: новые пути коррекции метаболического синдрома

РуководительКапилевич Леонид Владимирович, Доктор медицинских наук

Прежний руководитель Чибалин Александр Валерьевич, дата замены: 24.03.2021

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет", Томская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2019 г. - 2021 г.  , продлен на 2022 - 2023. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-207 - Эндокринология и обмен веществ

Ключевые словаскелетный мышцы, метаболические нарушения, инсулинорезистентность, циклические физические нагрузки, суточные биоритмы

Код ГРНТИ76.03.31


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
По оценкам Международной федерации диабета, к 2040 году число людей, живущих с диабетом, составит 415 миллионов человек, в основном в странах с низким и средним уровнем дохода, и к 2040 году это число возрастет до 642 миллионов человек (http://www.diabetesatlas.org). В период с 2011 по 2016 гг. число российских граждан, которые болеют диабетом увеличилось на 25% (https://www.rosminzdrav.ru//). Основная проблем, на решение которой направлен данный проект – увеличение продолжительности активной жизни, обеспечение здорового старения. Большую роль в этом аспекте играет профилактика таких метаболических расстройств, как ожирение, диабет II типа, саркопения. Данные метаболические расстройства, во-первых, снижают качество жизни и трудоспособность в предпенсионном возрасте, а во-вторых, опасны осложнениями, повышающими риск преждевременной смерти (болезни почек и сердечно-сосудистой системы). Особенно актуальной эта проблема представляется для людей пожилого возраста, когда на фоне метаболических нарушений встречаются, как правило, и другие заболевания и медикаментозная терапия не всегда показана и эффективна в силу наличия побочных эффектов. Инсулинорезистентность формируется на фоне ожирения, возрастных изменений и сниженной двигательной активности. Главной целью данного исследования является выявление молекулярных механизмов снижения инсулинорезистентности в ответ на увеличение физических нагрузок. Планируется найти ферменты-мишени, которые могут быть использованы для управления способностью мышечных клеток поглощать глюкозу и тем самым служить для профилактики возрастных изменений мышц и развития диабета 2-го типа. Определить, в какой период суточного цикла (в период активного бодрствования или в период отдыха) эффект физических упражнений на состояние метаболизма и уровень инсулинорезистентности является максимальным. Решение указанной задачи позволит добиться качественного прорыва в профилактике и лечении диабета 2-го типа, в обеспечении здорового старения и продления периода активной жизнедеятельности людей предпенсионного и пенсионного возраста. Данная задача является комплексной, так как наряду с чисто медицинскими вопросами (выяснение механизмов формирования, первичной и вторичной профилактики заболеваний), направлена на решение актуальных социальных проблем современного общества - здоровое старение, сохранение активности и трудоспособности в предпенсионном возрасте. Несмотря на множество исследований, остаются невыясненными внутриклеточные механизмов формирования метаболических расстройств, в том числе и у пожилых людей, при нарушении питания, при низком уровне двигательной активности, а также на фоне других заболеваний. Не менее актуальным остается и вопрос немедикаментозного лечения метаболических расстройств, в том числе и при помощи физических нагрузок. Метаболические изменения под влиянием физических нагрузок – очень сложный процесс, который одновременно включает интегративные и адаптивные реакции в нескольких тканях и органах на клеточном и системном уровне [Huh, 2018]. Для выяснения молекулярных механизмов, лежащих в основе метаболических эффектов физических упражнений, необходимо, прежде всего, выявить биомаркеры, отражающие состояние метаболизма и определить мишени фармакологического воздействия (drug target). Разработанный проект направлен на создание целостной картины влияния тренировок циклического характера на состояние организма при инсулинорезистентности и ожирении через ряд сигнальных путей, ключевые факторы которых предполагается исследовать в данной работе. Также планируется определить, в какой период суточного цикла (в период активного бодрствования или в период отдыха) эффект физических упражнений на состояние метаболизма и уровень инсулинорезистентности является максимальным. Новым также является подход изучения влияния циклической физической нагрузки на организм в соответствии с суточными биоритмами. Исследование данного аспекта в планируемой работе (тренировки лабораторных животных утром или вечером – в начале и в конце дневного периода активности) позволит ответить на вопрос, влияет ли время суток на эффект от циклической работы при инсулинорезистентности. Выявление роли сигнальных путей в реализации метаболических эффектов физических нагрузок позволит определить терапевтические мишени, моделируя которые возможно имитировать эффект тренировок. Это важно для категории пациентов, которым противопоказаны физические нагрузки высокой интенсивности. В качестве физической нагрузки будет применяться бег как наиболее доступный вид двигательной активности и чаще всего применяемый в экспериментах подобного рода. Это согласуется с текущими рекомендациями, что аэробные упражнения являются основным компонентом любого режима профилактики/лечения инсулинорезистентности [Colberg S.R. et al., 2016]. Известно, что при длительной физической нагрузке с фиксированным уровнем умеренной интенсивности скорости окисления углеводов снижаются по мере увеличения липолиза и окисления жира [Gabriel B.M., Zierath J.R., 2017]. В результате осуществления проекта: - Будут изучены новые молекулярные механизмы снижения инсулинорезистентности в ответ на увеличение физических нагрузок. - Будут впервые установлены ферменты-мишени, которые могут быть использованы для управления способностью мышечных клеток поглощать глюкозу и тем самым служить для профилактики возрастных изменений мышц и развития диабета 2-го типа.

Ожидаемые результаты
Разработанный проект направлен на создание целостной картины влияния тренировок циклического характера на состояние организма при инсулинорезистентности и ожирении через ряд сигнальных путей, ключевые факторы которых предполагается исследовать в данной работе. Также планируется определить, в какой период суточного цикла (в период активного бодрствования или в период отдыха) эффект физических упражнений на состояние метаболизма и уровень инсулинорезистентности является максимальным. Новым также является подход изучения влияния циклической физической нагрузки на организм в соответствии с суточными биоритмами. Исследование данного аспекта в планируемой работе (тренировки лабораторных животных утром или вечером – в начале и в конце дневного периода активности) позволит ответить на вопрос, влияет ли время суток на эффект от циклической работы при инсулинорезистентности. Выявление роли сигнальных путей в реализации метаболических эффектов физических нагрузок позволит определить терапевтические мишени, моделируя которые возможно имитировать эффект тренировок. В результате осуществления проекта: - Будут изучены новые молекулярные механизмы снижения инсулинорезистентности в ответ на увеличение физических нагрузок. - Будут впервые установлены ферменты-мишени, которые могут быть использованы для управления способностью мышечных клеток поглощать глюкозу и тем самым служить для профилактики возрастных изменений мышц и развития диабета 2-го типа. - Будет впервые определено, в какой период суточного цикла (в период активного бодрствования или в период отдыха) эффект физических упражнений на состояние метаболизма и уровень инсулинорезистентности является максимальным. Полученные результаты будут являться важным аспектом в раскрытии механизмов формирования инсулинорезистентности и диабета типа 2. Кроме того данное исследование позволит найти пути увеличения продолжительности жизни и продления периода «здорового старения» у людей с метаболическими нарушениями, что представляется важным и актуальным в современных условиях. Решение указанной задачи позволит добиться качественного прорыва в профилактике и лечении диабета 2-го типа, в обеспечении здорового старения и продления периода активной жизнедеятельности людей предпенсионного и пенсионного возраста. Данная задача является комплексной, так как наряду с чисто медицинскими вопросами (выяснение механизмов формирования, первичной и вторичной профилактики заболеваний), направлена на решение актуальных социальных проблем современного общества - здоровое старение, сохранение активности и трудоспособности в предпенсионном возрасте.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В качестве объекта исследования использовались мыши-самцы линии C57bl/6. Возраст мышей на момент начала эксперимента – 2 недели. Режим содержания животных: день/ночь:12/12, световой день начинается с 6:00, свободный доступ к пище и воде, температура в помещении 24С. Эксперимент продолжался 16 недель. До 12 неделе мыши были разделены на 2 группы: Контрольная группа – 36 мышей, экспериментальная группа – 36 мышей. Начиная с 12-ой недели каждая группа была поделена на подвергающихся и не подвергающихся физическим нагрузкам мышей. Контроль массы тела проводился в соответствии со схемой эксперимента. Тест на толерантность к глюкозе проводился на 1-й, 4-ой, 8-ой и 16-й неделе. Измерение концентрации инсулина проводилось на 1-й и 16-й неделях. Для формирования модели сахарного диабета 2-го типа (СД2) была использована модель с применением высокожировой диеты, которая была разработана специально для данного эксперимента. Экспериментальная группа мышей с начала эксперимента питалась специально приготовленным кормом с высокой калорийностью. Контрольная группа питалась кормом для лабораторных животных «Прокорм» (ЗАО «Биопро», Новосибирск), в котором на жиры приходилось 18% от общей калорийности. Состав корма: пшеница, ячмень, отруби, глютен кукурузный, мука рыбная, белковая кормосмесь, масло подсолнечное, шрот соевый. Корм для экспериментальной группы был приготовлен из описанного выше корма «Прокорм» (50%), животного (свиной жир) (20%) и растительного (подсолнечное масло) (10%) жира, сахара (15%), сухого молока (5%). Продукты измельчались в блендере в гомогенную смесь, после чего масса формировалась в гранулы диаметром до 10 мм и высушивалась в духовом шкафу при 300 С. Корм приготовлялся на 5 дней и хранился при +40С. Начиная с 12-ой недели мыши были разделены на 6 групп по 12 мышей: 1. Экспериментальная группа без нагрузок. 2. Экспериментальная группа, нагрузки утром. 3. Экспериментальная группа, нагрузки вечером. 4. Контрольная группа без нагрузок. 5. Контрольная группа нагрузки утром. 6. Контрольная группа нагрузки вечером. Утренние нагрузки проводились в период с 8-00 до 10-00, вечерние нагрузки проходили в период времени с 19-00 до 21-00. Время нагрузки постепенно увеличивалось до 60 минут и не изменялось больше на протяжении следующих 3-х недель. Один раз в неделю у мышей был день отдыха (на 7-ой день). Каждую неделю изменялся угол наклона беговой дорожки и скорость её вращения. Для нормирования нагрузки была использована беговая дорожка для мышей BMELAB SID-TM10. Принуждение к бегу осуществляется электрическим раздражением, напряжение подается на металлическую сетку, расположенную на задней стенке камеры. Измерение массы тела проводились с помощью лабораторных весов. Каждая особь была измерена отдельно. Измерения проводились 11 раз за 16 недель. Измерение концентрации глюкозы в крови проводилось при помощи портативного глюкометра ПКГ-02.4 Сателлит Плюс (ООО «Компания «ЭЛТА, Россия). Образцы крови получались пункцией хвостовой вены. Для проведения теста на толерантность к глюкозе мышам не давали корм в течение 4 часов, сохраняя свободный доступ к воде, утром животных взвешивали и определяли концентрацию глюкозы в крови (0 мин). Затем животным внутрибрюшинно вводили раствор 40% глюкозы (2 г/кг массы тела) (углеводная нагрузка). Концентрация глюкозы в крови определялась через 15, 30, 60 и 120 минут после углеводной нагрузки. Оценивались максимальная достигаемая концентрация, время достижения максимума и время возврата к исходному уровню. Полученные результаты свидетельствуют, что использование высокожировой диеты у мышей приводит к увеличению массы тела и формированию ожирения (масса тела более, чем на 25% выше, чем в контрольной группе), гипергликемии, снижению толерантности к глюкозе и гиперинсулинемии. Все это свидетельствует о адекватности разработанной экспериментальной модели заболеванию диабетом 2 типа. Критериями адекватности модели, таким образом, можно считать следующие: динамика массы тела; гипергликемия; результаты теста на толерантность к глюкозе, в том числе величину площади под кривой концентрации глюкозы при глюкозотолерантном тесте (AUC). В то же время высокая концентрация инсулина в крови животных экспериментальной группы свидетельствует о том, что нарушения сформировались только со стороны мышечной ткани, тогда как чувствительность β – клеток поджелудочной железы к глюкозе сохраняется. Это позволяет сделать заключение об относительной адекватности разработанной модели - моделируются нарушения со стороны мышечной такни, но не поджелудочной железы. Возможно, для формирования резистентности к глюкозе со стороны β – клеток поджелудочной железы требуется больший срок. Созданная модель может быть особенно полезна в широкой области исследований резистентности к инсулину, диабета и ожирения, она позволит обеспечить лучшее понимание патогенеза, а также может быть использована для экспериментальной проверки эффектов терапевтических вмешательств. На 12-ой неделе мыши начали подвергаться физическим нагрузкам на беговой дорожке. Масса мышей, подвергавшихся физическим нагрузкам и питающихся жировым кормом начала снижаться по сравнению с животными экспериментальной группы без нагрузок. На 13-ой неделе разница составила 4%, на 16-ой неделе – 19% (7,2 г). Масса тела мышей контрольных групп с нагрузками и без нагрузок на 12-ой неделе различалась на 2%, к концу эксперимента стала различаться на 3%. Обе группы имели массу нормальную для данного возраста. Концентрация инсулина в плазме крови экспериментальных мышей на 16-ой недели до введения глюкозы составила 2,68 нг/мл. У мышей, из экспериментальной группы с нагрузками – 1,20 нг/мл. После введения глюкозы концентрация инсулина у экспериментальной группы без нагрузок возросла до 3,60 нг/мл, а у экспериментальной с нагрузками всего лишь до 2,03 нг/мл. Эти значения отличаются на 78%. Сравнивая контрольные группы с нагрузками и без, можно отметить повышенный уровень инсулина у группы с нагрузками по сравнению с контрольной группой без нагрузок – на 30% до введения глюкозы и на 50% после. К 16-ой неделе скорость усвоения глюкозы у мышей из экспериментальной группы с нагрузками увеличилась по сравнению с мышами, которые питаются жировым кормом и не подвергаются физическим нагрузкам. Гипогликемическая фаза косвенно отражает скорость выработки инсулина и чувствительность тканей к данному гормону. Пролонгация этой фазы характерна для сахарного диабета 2-го типа, что и наблюдалось у мышей экспериментальной группы в данном исследовании. Забивка экспериментальных животных проводилась методом декапитации через 24 часа после последней физической нагрузки. После забивки из животных выделялся следующий биологический матеориал: мышцы с обеих задних конечностей: m.gastrocnemius, m.soleus, m.EDL и TA; печень; сердце; жировая ткань. После декапитации ткани извлекались и замораживались в жидком азоте. Собранные образцы хранились в морозильной камере при температуре -80С. В выделенных образцах выполнялась оценка уровня транскрипции матричной РНК и количество экспрессии белков: pAMPK / AMPK, pACC / ACC, pAkt / Akt, рCaMKII, pAS160, GLUT4, Na/K-ATPase, компоненты электронно-транспотрной цепи митохондрий, PGC1alpha, а так же цитокинов, продуцируемых мышечными клетками (миокинов). Образцы так же анализировались при помощи электрофореза и вестерн блоттинга. Жировая диета способствовала повышению содержания ионов натрия в мышцах и снижению соотношения натрий/калий. После физических нагрузок наблюдался так же прирост содержания ионов калия в мышечных клетках, в результате чего соотношение концентраций ионов натрий/калий значительно возрастало. Можно предположить, что регуляция функционирования клеток скелетной мускулатуры в ответ на увеличение соотношения [Na+]i/[K+]i опосредована увеличением [Ca2+]i как следствие активации потенциал-чувствительных Са2+ каналов и/или Na+/Ca2+ обмена. Молекулярная природа Са2+-независимых сенсоров, вовлеченных в регуляцию транскрипции и трансляции внутриклеточным Na+ и K+, соответственно, остается неизвестной. https://www.riatomsk.ru/article/20190619/tgu-mishi-opiti-saharnij-diabet/

 

Публикации

1. Капилевич Л.В., Захарова А.Н., Дьякова Е.Ю., Кироненко Т.А., Милованова К.Г., Калинникова Ю.Г., Чибалин А.В. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ САХАРНОГО ДИАБЕТА II ТИПА У МЫШЕЙ НА ОСНОВЕ ДИЕТЫ С ИЗБЫТОЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ЖИРОВ Бюллетень сибирской медицины, 2019;18(3):53-61. (год публикации - 2019) https://doi.org/10.20538/1682-0363-2019-3-53-61

2. Орлова А.А. ВЕРИФИКАЦИЯ МОДЕЛИ САХАРНОГО ДИАБЕТА ТИПА 2 У МЫШЕЙ ЛИНИИ C57BL/6 ПРИ ПОМОЩИ ВЫСОКОЖИРОВОЙ ДИЕТЫ ФИЗИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА, ЗДРАВООХРАНЕНИЕ И ОБРАЗОВАНИЕ, Стр. 267-272 (год публикации - 2019)

3. Попкова И.А., Дьякова Е.Ю. Исследование веса экспериментальных животных ФИЗИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА, ЗДРАВООХРАНЕНИЕ И ОБРАЗОВАНИЕ, стр. 276-278 (год публикации - 2019)

4. Юрий С. Стафеев, Игорь А. Скляник, Камил А. Ячаев, Екатерина А. Шестакова, Анатолий В. Юрасов, Андрей В. Кармадонов, Александр В. Чибалин, Михаил Ю. Меншиков, Александр В. Воротников, Елена В. Парфёнова, Марина В. Шестакова Low AS160 and high SGK basal phosphorylation associates with impaired incretin profile and type 2 diabetes in adipose tissue of obese patients Diabetes Research and Clinical Practice, - (год публикации - 2019)

5. Капилевич Л.В., Захарова А.Н., Дякова Е.Ы., Калинникова Ы.Г., Кироненко Т.А., Милованова К.Г., Орлова А.А., Чибалин А.В., Орлов С.Н. Physical activity as major factor of myokines producing: regulation mechanisms Skeletal muscle research – from cell to human, Р. 30-31. (год публикации - 2019)

6. - Эксперимент на «пожилых» мышах поможет улучшить качество жизни людей Томск: Главные новости. Без формата, 25.05.2019 (год публикации - )

7. - Ученые ТГУ и Стокгольма получили грант на проект с "пожилыми" мышами РИА ТОМСК, 19.06.2019 (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В результате применения жировой диеты у мышей было выявлено формирование избыточной массы тела. У возрастных мышей при жировой диете отмечалось увеличение массы сердца и печени, чего не регистрировалось в группе молодых животных. Как и предполагалось, в наибольшей степени масса возрастала масса жировой ткани, и она же эффективно снижалась на фоне тренировок, у молодых животных это снижение было более выражено. К 4-й неделе эксперимента у экспериментальной группы возрастных мышей снизилась степень усвоения глюкозы. Через 15 минут после углеводной нагрузки у мышей экспериментальной группы уровень глюкозы в крови достиг максимума – 123% от первоначального значения. Через 30 минут показатель глюкозы крови начал снижаться, опустившись до 93% от первоначального значения. В контрольной группе показатель глюкозы достиг максимума к 30 минуте, и к 120 минуте был больше первоначального значения на 12%, в отличии от показателя глюкозы на 120 минуте у экспериментальной группы – 22% от показателя натощак. У молодых мышей такой эффект регистрировался только к 12-й неделе. К 16-й неделе эксперимента у всех групп мышей отмечались четкие признаки снижения усвоения глюкозы, однако в возрастной группе они были выражены существенно выше. Концентрация инсулина в плазме крови экспериментальных мышей на 12-ой недели до введения глюкозы составила 1,39 нг/мл. У мышей контрольной группы – 0,96 нг/мл. После введения глюкозы концентрация инсулина у экспериментальной группы возросла до 2,47 нг/мл, а у контрольной до 1,17 нг/мл. Эти значения отличаются более чем в 2 раза (рис. 16 Приложения). Полученные результаты свидетельствуют, что использование высокожировой диеты у мышей приводит к увеличению массы тела и формированию ожирения (масса тела более, чем на 25% выше, чем в контрольной группе), гипергликемии, снижению толерантности к глюкозе и гиперинсулинемии. Все это свидетельствует о адекватности разработанной экспериментальной модели заболеванию диабетом 2 типа. Критериями адекватности модели, таким образом, можно считать следующие: динамика массы тела; гипергликемия; результаты теста на толерантность к глюкозе, в том числе величину площади под кривой концентрации глюкозы при глюкозотолерантном тесте (AUC). В то же время высокая концентрация инсулина в крови животных экспериментальной группы свидетельствует о том, что нарушения сформировались только со стороны мышечной ткани, тогда как чувствительность β – клеток поджелудочной железы к глюкозе сохраняется. Это позволяет сделать заключение об относительной адекватности разработанной модели - моделируются нарушения со стороны мышечной такни, но не поджелудочной железы. Возможно, для формирования резистентности к глюкозе со стороны β – клеток поджелудочной железы требуется больший срок. Созданная модель может быть особенно полезна в широкой области исследований резистентности к инсулину, диабета и ожирения, она позволит обеспечить лучшее понимание патогенеза, а также может быть использована для экспериментальной проверки эффектов терапевтических вмешательств. На 12-ой неделе мыши начали подвергаться физическим нагрузкам на беговой дорожке. Масса мышей, питающихся жировым кормом и подвергающихся нагрузкам, начала снижаться по сравнению с мышами, не подвергающимися нагрузкам. Масса тела мышей контрольных групп с нагрузками ми без нагрузок на 12-ой неделе различалась на 2%, к концу эксперимента стала различаться на 3%. Обе группы имели массу нормальную для данного возраста. На 16-й неделе тренировок отмечалось достоверное снижение массы тела во всех группах тренирующихся молодых мышей. В группах возрастных мышей так же отмечалось достоверное снижение массы тела, но в меньшей степени, чем у молодых животных. Концентрация инсулина в плазме крови экспериментальных мышей на 16-ой недели до введения глюкозы составила 2,68 нг/мл. У мышей, подвергающихся нагрузкам из экспериментальной группы – 1,20 нг/мл. После введения глюкозы концентрация инсулина у экспериментальной группы возросла до 3,60 нг/мл, а у экспериментальной с нагрузками всего лишь до 2,03 нг/мл. Эти значения отличаются на 78%. Сравнивая контрольные группы с нагрузками и без, можно отметить повышенный уровень инсулина у группы с нагрузками по сравнению с контрольной группой без нагрузок – на 30% до введения глюкозы и на 50% после. К 16-ой неделе скорость усвоения глюкозы у мышей без нагрузок из экспериментальной группы увеличилась по сравнению с мышами без нагрузок, которые питаются жировым кормом. Физические нагрузки в значительной степени (но не полностью) устраняли эти нарушения, при этом эффект физических нагрузок на усвоение глюкозы был более выражен в группе возрастных мышей. Гипогликемическая фаза косвенно отражает скорость выработки инсулина и чувствительность тканей к данному гормону. Пролонгация этой фазы характерна для сахарного диабета 2-го типа, что и наблюдалось у мышей экспериментальной группы в данном исследовании. При исследовании концентрации миокинов в гомогенате скелетных мышц экспериментальных животных (NAP3, IL15, LIF, IL6) были получены следующие данные: У молодых мышей, питающихся обычным кормом (контрольная группа), концентрация NAP3 выше во всех группах, относительно мышей, которые находились на диете с высоким содержанием жиров (экспериментальная группа). В подгруппе мышей, не подвергавшихся физической нагрузке, разница составляет 36%. В группе мышей, подвергавшихся физической нагрузке в утреннее время, разница составляет 10%; в вечернее время – 35%; с чередованием физической нагрузки утром/вечером – 33%. У возрастных мышей, питающихся обычным кормом, разница наблюдается в подгруппах, подвергавшихся физическим нагрузкам в вечернее время и с чередованием утро/вечер, относительно этих же подгрупп на диете с высоким содержанием жира. Показатели выше в среднем на 20%. В остальных группах (контроль и утренние тренировки) разница незначительная – менее 5%. Различие концентрации IL15 у молодых мышей между контрольной и экспериментальной группами: В контрольной группе мышей, не подвергавшихся физической нагрузке показатель выше на 17%, чем у экспериментальной группы. Физическая нагрузка в утреннее время и с чередованием утро/вечер способствовала увеличению концентрации IL15 в экспериментальной группе – на 11% и 8% показатель выше, чем в контрольной. В группах с нагрузками в вечернее время разница не значительная: контрольная группа – 36,66 пг/мг; экспериментальная группа – 35,18 пг/мг. Уровень концентрации IL15 в мышцах у возрастных мышей преобладает в контрольной группе, за исключением мышей, которые подвергались физической нагрузке в утреннее время (в экспериментальной группе показатель на 20% выше). Значительное увеличение наблюдается в контрольной группе, не подвергавшихся физической нагрузке – на 170% концентрация выше, чем в экспериментальной группе. В контрольных группах, занимающихся в вечернее время и с чередованием утро/вечер – концентрация выше в среднем на 25% относительно экспериментальной группы. У молодых мышей концентрация LIF в мышцах выше в экспериментальной группе во всех подгруппах. Значительное увеличение наблюдается в подгруппе, подвергавшихся физической нагрузке в вечернее время – на 62%. В остальных подгруппах в среднем выше на 27%, чем в контрольной. У возрастных мышей уровень концентрации во всех группах практически равномерен – разница в среднем составляет менее 10%. У молодых мышей концентрация IL6 значительно выше в контрольной группе мышей, подвергавшихся физической нагрузке в утреннее время ¬– на 50% и с чередованием утро/вечер – 101%, относительно экспериментальной группы. У возрастных мышей ситуация обратная, уровень концентрации выше в экспериментальной группе, чем в контрольной. Причем колоссальная разница наблюдается в подгруппе, которая подвергалась физическим нагрузкам в вечернее время – 333%. И также в подгруппе с чередованием утро/вечер – на 89% концентрация выше, чем в контрольной группе. Жировая диета способствовала повышению содержания ионов натрия в мышцах и снижению соотношения натрий/калий. После физических нагрузок наблюдался так же прирост содержания ионов калия в мышечных клетках, в результате чего соотношение концентраций ионов натрий/калий значительно возрастало. Можно предположить, что регуляция функционирования клеток скелетной мускулатуры в ответ на увеличение соотношения [Na+]i/[K+]i опосредована увеличением [Ca2+]i как следствие активации потенциал-чувствительных Са2+ каналов и/или Na+/Ca2+ обмена. Молекулярная природа Са2+-независимых сенсоров, вовлеченных в регуляцию транскрипции и трансляции внутриклеточным Na+ и K+, соответственно, остается неизвестной. В связи с выявленным изменением трансмембранного градиента одновалентных катионов в мышечных клетках были проведены исследования Na-K-АТФ-азы. Активность скелетных мышц сильно регулирует Na.K-АТФазу, и эта регуляция может включать вызванную физической нагрузкой модуляцию содержания и фосфорилирования FXYD1. FXYD1 действует как тормоз для Na, K-ATPase, тогда как фосфорилирование устраняет этот тормоз и увеличивает активность насоса за счет увеличения сродства внутриклеточных Na + сайтов. Таким образом, наши данные свидетельствуют, что снижение электрогенной активности α2-Na, K-АТФазы в концевых пластинах Bla / J и mdx является, по крайней мере, частично, результатом снижения содержания в мембране α2-Na, K-АТФазы. Чтобы оценить другие факторы, которые могут быть вовлечены в ингибирование активности α2-Na.K-АТФазы в мышцах, мы исследовали содержание белка FXYD1 и его связь с ct2-Na, K-АТФазой. FXYD1 - это вспомогательная субъединица, которая в изобилии присутствует в скелетных мышцах и действует как тканеспецифический регулятор Na.K-АТФазы. В нашем исследовании общее содержание FXYD1 снизилось в мышцах как у мышей Bla / J, так и у мышей ntdx, что можно рассматривать как адаптивную реакцию, активирующую фермент. Таким образом, FXYD1 может быть важным игроком в адаптации скелетных мышц к двигательной патологии, но необходимы дальнейшие эксперименты для подтверждения этого. https://zato-govorim.ru/professor-tgu-najdena-molekula-zapuskayushhaya-utilizacziyu-sahara-pri-sd2/ https://futurerussia.gov.ru/nacionalnye-proekty/ucenye-nasli-molekulu-sposobnuu-pomoc-pri-diabete?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop&nw=1604584921000 http://www.sib-science.info/ru/heis/stati-20122019 https://glasnarod.ru/nauka/352983--najdena-molekula-zapuskayushhaya-utilizacziyu-saxara-pri-diabete-vtorogo-tipa?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop&nw=1604584921000&utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2Fnews%2Fstory%2FTomskie_uchenye_pomogli_najti_molekulu_zapuskayushhuyu_utilizaciyu_sakhara_pri_diabete_2_tipa--bebc5787adad83ce55f32f9d32b676d6 https://indicator.ru/medicine/utiliziruyushaya-sakhar-diabete-molekula-03-11-2020.htm?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop&nw=1604584921000 https://www.tomsk.kp.ru/online/news/4069499/

 

Публикации

1. Захарова А.Н., Клинникова Ю.Г., Негоденко Е.С., Орлова А.А., Капилевич Л.В. Экспериментальное моделирование циклических физических нагрузок Теория и практика физической культуры, 2020, №10, С.26-27 (год публикации - 2020)

2. Кравцова В.В, Бузинова Е.В., Чибалин А.В., Матчков В.В., Кривой И.И. Isoform-specific Na,K-ATPase and membrane cholesterol remodeling in motor endplates in distinct mouse models of myodystrophy AMERICAN JOURNAL OF PHYSIOLOGY-CELL PHYSIOLOGY, Volume 318, Issue 5, 1 May 2020, Pages C1030-C1041 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1152/ajpcell.00453.2019

3. Пиркмайер С., Безяк К., Маткович У., Долинар К., Цзян К.Л., Миш К., Грос К., Милованова К., Пиркмайер К.П., Марш Т., Ка-пилевич Л., Чибалин А.В. OuabainSuppresses IL-6/STAT3 Signalingand Promotes Cytokine Secretionin Cultured Skeletal Muscle Cells FRONTIERS IN PHYSIOLOGY, 2020.V.11, art. 566584. (год публикации - 2020) https://doi.org/10.3389/fphys.2020.566584

4. - Профессор ТГУ: найдена молекула, запускающая утилизацию сахара при СД2 Источник: https://zato-govorim.ru/professor-tgu-najdena-molekula-zapuskayushhaya-utilizacziyu-sahara-pri-sd2/ © Сетевое издание ЗАТО Говорим zato-govorim, 03/11/2020 (год публикации - )

5. - Ученые нашли молекулу, способную помочь при диабете Будущее России, 02.11.2020 (год публикации - )

6. - Статьи томских учёных вышли в топовых журналах США, Швеции, Нидерландов Новости Сибирской науки, 20.12.2019 (год публикации - )

7. - Найдена молекула, запускающая утилизацию сахара при диабете второго типа Глас народа, 02.11.2020 (год публикации - )

8. - Обнаружена утилизирующая сахар при диабете второго типа молекула Индикатор, 03.11.2020 (год публикации - )

9. - Томские ученые с коллегами обнаружили молекулу, запускающую утилизацию сахара при диабете 2 типа Они нашли ее после ряда опытов на мышах Комсомольская правда, 03.11.2020 (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В том случае, когда дифференцировка клеток С2С12 проходит в среде с избыточным содержанием глюкозы, значительно растет количество p-AkT, но чувствительность клеток к воздействию инсулина снижается. Электростимуляция оказывает значительный эффект на фосфорилирование Akt в интактных клетках. 2-х часовая EPS увеличивает концентрацию p-AkT в интактных клетках втрое, 6-часовая – в 10 раз, у 24-х часовой EPS прирост уже был незначительным. В клетках, которые дифференцировались в среде с избыточным содержанием глюкозы, фоновая концентрация p-AkT возрастала в 10 раз в сравнению с клетками, которые дифференцировались в обычной среде, но прирост p-AkT под воздействием инсулина был всего в два раза (против 6-кратного в обычной среде). 2-х часовая EPS не влияла на фоновую концентрацию p-AkT в клетках, но в два раза увеличивала ответ на стимуляцию инсулином. Дальнейшее увеличение времени электростимуляции (до 6 и 24 часов) вдвое увеличивала фоновую концентрацию p-AkT но полностью угнетала ответ на воздействие инсулина. После 24-х часовой стимуляции воздействие инсулина, напротив, приводило к значительному снижению количества p-AkT в клетках. Полученные результаты свидетельствуют, что в реализацию эффектов среды с избыточным содержанием глюкозы и электростимуляции вовлекаются сигальные пути, сопряженные с pAMPK / AMPK, pACC / ACC. В клетках так же изменялось содержание изоформ Na/K-ATPase. Однако общее содержание GLUT4 оставалось неизменным. Так же важно отметить увеличение соотношения внутриклеточных концентраций ионов Na + и K +. Это свидетельствует в пользу высказанной нами ранее гипотезы о возможной роди моновалентных катионов в регуляции секреторных ответов скелетной мышцы на сокращение. Полученные результаты убедительно свидетельствуют, что культивирование миобластов в среде с избытком глюкозы приводит к угнетению фосфорилирования AkT при воздействии инсулина в сравнении с контролем, что свидетельствует о формировании инсулинорезистентности. В то же время электростимуляция способствует восстановлению процесса фосфорилирования AkT под влиянием инсулина. Полученный результат свидетельствует что электростимуляция в данном случае, аналогично физическим нагрузкам in vivo, приводит к снижению инсулинорезистентности. Считается, что эндогенные кардиотонические стероиды (CTS), такие как уабаин и маринобуфагенин, представляют собой гормоны коры надпочечников, секретируемые во время физических упражнений и стрессовой реакции. Скелетная мышца, которая содержит самый большой пул Na, K-АТФазы (NKA), рецептора CTS, является основной секреторной тканью и способствует адаптации к упражнениям, секретируя интерлейкин-6 (IL-6) и множество других цитокинов. Мы исследовали, модулируют ли уабаин и маринобуфагенин секрецию цитокинов в культивируемых клетках скелетных мышц человека. Мы показали, что уабаин, но не маринобуфагенин, стимулировал секрецию IL-6, IL-8 и TNF-α клетками здоровых людей и субъектов с диабетом 2 типа. Маринобуфагенин стимулировал секрецию IL-5 обеими группами клеток, тогда как уабаин - только диабетическими клетками. Различия в секреции цитокинов сопровождались различными сигнальными ответами ERK1 / 2 и p38 MAPK. Уабаин заметно снижал количество α1-субъединицы NKA, активировал путь mTOR и блокировал индуцируемый гипоксией фактор-1α. Кроме того, уабаин подавлял базальное и стимулированное IL-6 фосфорилирование STAT3, ключевого фактора транскрипции, расположенного ниже рецептора IL-6. Наши результаты показывают, что уменьшение количества STAT3 и ингибирование его фосфорилирования способствуют подавлению передачи сигналов STAT3 с помощью уабаина. В совокупности наши результаты указывают на роль CTS и NKA в регуляции секреторной функции и действия IL-6 в скелетных мышцах. Мы так же показали, что уабаин подавляет передачу сигналов IL-6 / STAT3, но способствует секреции IL-6 и других цитокинов в культивируемых клетках скелетных мышц человека. Уабаин также модулировал ERK1 / 2, mTOR, а также путь HIF-1α, которые все участвуют в ответах скелетных мышц на упражнения (Egan and Zierath, 2013). Однако необходимо подчеркнуть, что мы не наблюдали серьезных сигнальных реакций по крайней мере до 3 часов лечения уабаином. Хотя мы не изучали, как клетки скелетных мышц реагируют в течение первого часа, когда могли наблюдаться быстрые ответы, задержка косвенно предполагает, что изменения в передаче сигналов клеток могут быть в первую очередь из-за измененных [K +] i и [Na +] i, вызванных ингибирование НКА. В самом деле, даже для дефосфорилирования STAT3 требуется несколько часов, возможно, из-за измененных уровней или активности фосфатаз или других белков, участвующих в его регуляции. Динамика влияния уабаина на количество NKAα1 и STAT3 в сочетании с повышенной секрецией IL-6 и экспрессией мРНК NKAα1 и IL-6 косвенно указывает на то, что клетки скелетных мышц человека проходят несколько фаз в ответ на уабаин. Наша гипотеза состоит в том, что в первой фазе (1–6 ч) NKAα1 теряется из-за увеличения его эндоцитоза и протеолиза. Ингибирование NKA в сочетании со сниженным содержанием NKA в сарколемме приводит к прогрессивному снижению соотношения [K +] i: [Na +] i, что подавляет трансляцию и запускает транскрипционные ответы. Эта фаза также характеризуется инактивацией STAT3 (дефосфорилирование) и активацией Akt (фосфорилирование), которые проявляются через 6 часов лечения уабаином. Кроме того, на основании результатов в миобластах уабаин начинает подавлять путь HIF-1. Вторая фаза (6–12 ч) характеризуется продолжающейся и более выраженной потерей NKAα1 и дальнейшим снижением соотношения [K +] i: [Na +] i. К концу этой фазы клетки также отвечают активацией путей ERK1 / 2 и mTOR. На третьей фазе (12–24 ч) потеря STAT3, который имеет относительно короткий период полураспада (∼4–8 часов), предполагает подавление трансляции. Уабаин заметно подавлял повышающую регуляцию HIF-1α с помощью CoCl2, что ингибирует его протеолиз, что также позволяет предположить, что трансляция подавляется после 24-часовой обработки уабаином. Однако повышающая регуляция транскрипции генов ATP1A1 и IL-6 в сочетании с активацией пути mTOR и увеличение секреции IL-6 указывает на то, что синтез специфических белков увеличивается, возможно, чтобы противодействовать дисбалансу в отрицательной обратной связи. образом. Важно отметить, что хотя соотношение [K +] i: [Na +] i, скорее всего, находится на самом низком уровне к концу третьей фазы, экспрессия IL-6 имела место. Было показано, что регуляция его активности повышается, когда соотношение [K +] i: [Na +] i снижается в разных типах клеток, что согласуется с повышенной экспрессией и секрецией IL-6, которые мы наблюдали в мышечных трубках. https://www.interfax-russia.ru/siberia/news/laboratoriya-po-vyrashchivaniyu-zhivyh-kletok-otkrylas-v-tomskom-gosuniversitete https://tv2.today/News/V-tgu-otkrylas-laboratoriya-po-vyrashchivaniyu-zhivyh-kletok https://pharmmedprom.ru/news/v-tomske-otkrilas-unikalnaya-laboratoriya-po-sozdaniyu-prorivnih-meditsinskih-tehnologii/ http://www.sib-science.info/ru/news/novaya-23032021

 

Публикации

1. А. Н. Захарова, Т. А. Кироненко, К. Г. Милованова, А. А. Орлова, Е. Ю. Дьякова, Ю. Г. Калинникова, А. В. Чибалин, Л. В. Капилевич Effect of Forced Treadmill Running on Skeletal Muscle Myokine Levels in Mice with a Model of Type II Diabetes Mellitus Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, Vol. 57, No. 4, pp. 904–912. © Pleiades Publishing, Ltd., 2021. (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1134/S0022093021040141

2. А. Н. Захарова, Т. А. Кироненко, К. Г. Миловано-ва, А. А. Орлова, Е. Ю. Дьякова, Ю. Г. Калинни-кова, А. В. Чи-балин, Л. В. Ка-пилевич ВЛИЯНИЕ ПРИНУДИТЕЛЬНЫХ БЕГОВЫХ НАГРУЗОК НА СОДЕРЖАНИЕ МИОКИНОВ В СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦАХ МЫШЕЙ С МОДЕЛЬЮ САХАРНОГО ДИАБЕТА II ТИПА РОССИЙСКИЙ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ ИМ. И.М. СЕЧЕНОВА, Том: 107Номер: 6-7 Год: 2021 Страницы: 864-875 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.31857/S0869813921060157

3. Долинар К., Чибалин А.В., Пиркмайер С. ATIC as a link between antirheumatic drugs and regulation of energy metabolism in skeletal muscle Periodicum Biologorum, Том121 Выпуск3-4 Страница129-145 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.18054/pb.v121i3-4.10802

4. Захарова А.Н., Кироненко Т.А., Милованова К.Г., Орлова А.А., Дьякова Е.Ю., Калинникова Ю.Г., Кабачкова А.В., Чибалин А.В., Капилевич Л.В. Treadmill Training Effect on the Myokines Content in Skeletal Muscles of Mice With a Metabolic Disorder Model Frontiers in Physiology, Front. Physiol. 12:709039. doi: 10.3389/fphys.2021.709039 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3389/fphys.2021.709039

5. Капилевич Л.В., Захарова А.Н., Кироненко Т.А., Милованова К.Г., Орлова А.А. ВЛИЯНИЕ БЕГОВЫХ НАГРУЗОК НА МАССУ ТЕЛА И СОДЕРЖАНИЕ МИОКИНОВ В СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦАХ ПРИ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ) ИННОВАЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В СФЕРЕ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ, СПОРТА И ТУРИЗМА, Страницы: 220-224 (год публикации - 2021)

6. Метка Петрич, Аня Видович, Клемен Долинар, Катарина Миш, Александр В. Чибалин и Сергей Пиркмайер Phosphorylation of Na+, K+‑ATPase at Tyr10 of the α1‑Subunit is Suppressed by AMPK and Enhanced by Ouabain in Cultured Kidney Cells The Journal of Membrane Biology, 254, pages531–548 (2021) (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1007/s00232-021-00209-7

7. Сергей Пиркмайер · Метка Петрич · Александр В. Чибалин The role of AMPK in regulation of Na+, K+‑ATPase in skeletal muscle: does the gauge always plug the sink? Journal of Muscle Research and Cell Motility, Том42 Выпуск1 Страница77-97 Специальный выпускSI (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1007/s10974-020-09594-3

8. - Лаборатория по выращиванию живых клеток открылась в Томском госуниверситете Интрефакс-Россия, 23 марта 2021 г. 08:24 (год публикации - )

9. - В ТГУ открылась лаборатория по выращиванию живых клеток Томск ТВ-2, 23.03.2021 (год публикации - )

10. - В Томске открылась уникальная лаборатория по созданию прорывных медицинских технологий Фарммедпром, 24.03.2021 (год публикации - )

11. - Новая лаборатория ТГУ позволит создавать прорывные медтехнологии Новости Сибирской науки, 23/03/2021 (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
Мы живем в быстро меняющемся мире, сопровождающимся системным снижением физической активности. Физические упражнения давно признаны приоритетным фактором профилактики нарушений метаболизма, психического здоровья, рака молочной железы, болезней сердечно-сосудистой и иммунной системы. В этой связи миокины все чаще рассматривают не только как патофизиологическая основа профилактического действия физических нагрузок, но и как потенциальные средство для лечения больных с ревматическими заболеваниями, сахарным диабетом, ожирением, атеросклерозом. Идентификация механизмов регуляции способности скелетных мышц поглощать глюкозу в ответ на физическую нагрузку, выполненная в нашей работе, в будущем позволит разработать новые подходы к лечению перечисленных выше социально-значимых заболеваний, связанных с современными условиями жизни. Результаты данной работы имеют практическое значение для решения целого ряда проблем, имеющих ключевое значение для социального развития Российской Федерации, таких, как профилактика и лечение социально-значимых заболеваний, увеличение продолжительности активной жизни, обеспечение здорового старения. Новаторский характер выполненной работы позволяет глубже погрузиться в физиологию упражнений скелетных мышц, раскрывает новые пути применения различных форм физической активности в целях лечения и профилактики социально – значимых заболеваний, формирования «здорового старения», пролонгирования периода активной жизнедеятельности. Выполненный проект направлен на создание целостной картины влияния физических нагрузок на состояние организма через ряд сигнальных путей, ключевые факторы которых исследованы в данной работе.