Митохондриальные белки как биомаркеры риска развития профессиональных заболеваний у летчиков и космонавтов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Введение. Митохондриальная дисфункция является важным патологическим механизмом нейродегенерации, характеризующейся прогрессирующей структурной и функциональной потерей нейронов, приводящей к гетерогенным клиническим и патологическим проявлениям с последующим нарушением функциональной анатомии головного мозга.

Цель исследования. Изучить влияния профессиональных вредностей и нагрузок, испытываемых летчиками гражданской авиации и космонавтами, на экспрессию биомаркеров митохондрий в клетках буккального эпителия для оценки риска развития нейродегенеративных процессов.

Материалы и методы. В исследование включены 23 мужчины двух возрастных групп. Были сформированы 4 группы обследуемых, согласно профессии, сопоставимые по возрасту. Иммуногистохимическими методами оценена экспрессия митохондриальных белков – prohibitin и parkin в буккальном эпителии у участников исследования.

Результаты. Установлено снижение уровня экспрессии белка prohibitin в группе летчиков гражданской авиации по сравнению с контрольной группой соответствующего возраста. Также наблюдалась тенденция к снижению уровня экспрессии исследуемых белков prohibitin и parkin в группе космонавтов по сравнению с контрольной группой соответствующего возраста.

Заключение. Полученные результаты свидетельствует о снижении функций митохондрий, что может повышать риск развития нейродегенеративных изменений.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Дарья Олеговна Леонтьева

Санкт-Петербургский государственный университет; ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: leontiewadar@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6981-2531

младший научный сотрудник медицинского факультета, лаборант-исследователь лаборатории молекулярной патологии отдела трансляционной биомедицины 

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Анна Сергеевна Зубарева

ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» Минздрава России

Email: molbiom-niif@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6872-3799

лаборант-исследователь лаборатории молекулярной нейроиммуноэндокринологии отдела трансляционной биомедицины 

Россия, Санкт-Петербург

Александр Евгеньевич Коровин

Санкт-Петербургский государственный университет; Военно-медицинская академия им. ни С. М. Кирова

Email: korsyrik@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5507-6975

профессор кафедры патологии медицинского института, преподаватель кафедры терапии усовершенствования врачей, доктор медицинских наук, доцент

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Алексей Петрович Гришин

ФГБУ «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина»

Email: agrishin1234@gmail.com
ORCID iD: 0009-0007-9771-1747

начальник медицинского управления, главный врач 

Россия, Звездный городок

Дмитрий Викторович Товпеко

Санкт-Петербургский государственный университет; Военно-медицинская академия им. ни С. М. Кирова

Email: tovpeko.dmitry@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0286-3056

научный сотрудник медицинского факультета, младший научный сотрудник

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Тамара Викторовна Федоткина

Санкт-Петербургский государственный университет; ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова»

Email: t.v.fedotkina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2723-4590

ведущий научный сотрудник лаборатории микроангиопатических механизмов атерогенеза, доцент кафедры клеточной биологии и гистологии института медицинского образования, кандидат биологических наук

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Леонид Павлович Чурилов

Санкт-Петербургский государственный университет; ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» Минздрава России

Email: elpach@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6359-0026

заведующий кафедрой патологии, ведущий научный сотрудник, кандидат медицинских наук, доцент

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Poddar K.M., Chakraborty A., Banerjee S. Neurodegeneration: diagnosis, prevention, and therapy. Oxidoreductase. 2021. doi: 10.5772/intechopen.94950
  2. Сухоруков В.С., Воронкова А.С., Литвинова Н.А., Баранич Т.И., Иллариошкин С.Н. Роль индивидуальных особенностей митохондриальной ДНК в патогенезе болезни Паркинсона. Генетика. 2020; 56 (4): 392–400. doi: 10.31857/S0016675820040141. [Sukhorukov V.S., Voronkova A.S., Litvinova N.A., Baranich T.I., Illarioshkin S.N. The role of mitochondrial dna individuality in the pathogenesis of Parkinson’s disease Genetika. 2020; 56 (4): 392–400. doi: 10.31857/S0016675820040141 (in Russian)]
  3. Wilson D.M. 3rd, Cookson M.R., Van Den Bosch L., Zetterberg H., Holtzman D.M., Dewachter I. Hallmarks of neurodegenerative diseases. Cell. 2023; 186 (4): 693–714. doi: 10.1016/j.cell.2022.12.032
  4. World Health Organization. Global status report on the public health response to dementia. World Health Organization. 2021. Available at: https://apps.who.int/iris/handle/10665/344701
  5. Jellinger K.A. Basic mechanisms of neurodegeneration: a critical update. J. Cell. Mol. Med. 2010; 14 (3): 457–87. doi: 10.1111/j.1582-4934.2010.01010.x
  6. Brown R.C., Lockwood A.H., Sonawane B.R. Neurodegenerative diseases: an overview of environmental risk factors. Environ. Health Perspect. 2005; 113 (9): 1250–6. doi: 10.1289/ehp.7567
  7. Cheng Y.W., Chiu M.J., Chen Y.F., Cheng T.W., Lai Y.M., Chen T.F. The contribution of vascular risk factors in neurodegenerative disorders: from mild cognitive impairment to Alzheimer’s disease. Alzheimers Res Ther. 2020; 12 (1): 91. doi: 10.1186/s13195-020-00658-7
  8. Armstrong R. What causes neurodegenerative disease? Folia Neuropathol. 2020; 58 (2): 93–112. doi: 10.5114/fn.2020.96707
  9. Liu C., Liu Z., Zhang Z., Li Y., Fang R., Li F., Zhang J. A Scientometric analysis and visualization of research on Parkinson’s disease associated with pesticide exposure. Front. Public Health. 2020; 8: 91. doi: 10.3389/fpubh.2020.00091
  10. Hou Y., Dan X., Babbar M., Wei Y., Hasselbalch S.G., Croteau D.L., Bohr V.A. Ageing as a risk factor for neurodegenerative disease. Nat. Rev. Neurol. 2019; 15 (10): 565–81. doi: 10.1038/s41582-019-0244-7
  11. Wilson D., Driller M., Johnston B., Gill N. The prevalence and distribution of health risk factors in airline pilots: a cross-sectional comparison with the general population. Aust. N. Z. J. Public Health. 2022; 46 (5): 572–80. doi: 10.1111/1753-6405.13231
  12. Blettner M., Grosche B., Zeeb H. Occupational cancer risk in pilots and flight attendants: current epidemiological knowledge. Radiat. Environ. Biophys. 1998; 37 (2): 75–80. doi: 10.1007/s004110050097
  13. Chorley A.C., Evans B.J., Benwell M.J. Civilian pilot exposure to ultraviolet and blue light and pilot use of sunglasses. Aviat. Space Environ. Med. 2011; 82 (9): 895–900. doi: 10.3357/asem.3034.2011
  14. Ott C., Huber S. Die klinische Bedeutung von kosmischer Strahlenbelastung in der Luftfahrt. Praxis (Bern 1994). 2006; 95 (4): 99–106. doi: 10.1024/0369-8394.95.4.99 [Ott C., Huber S. The clinical significance of cosmic radiation in aviation. Praxis (Bern 1994). 2006; 95 (4): 99–106. doi: 10.1024/0369-8394.95.4.99 (in German)]
  15. Декалин А.А. Профессиональные и профессионально обусловленные заболевания летного состава гражданской авиации. Синергия Наук. 2019; 31: 1461–76 [Dekalin А.А. Occupational and occupationally caused diseases of aircraft of civil aviation. Sinergia Nauk. 2019; 31: 1461–76 (in Russian)]
  16. Laranjeiro R., Harinath G., Pollard A.K., Gaffney C.J., Deane C.S., Vanapalli S.A., Etheridge T., Szewczyk N.J., Driscoll M. Spaceflight affects neuronal morphology and alters transcellular degradation of neuronal debris in adult Caenorhabditis elegans. iScience. 2021; 24 (2): 102105. doi: 10.1016/j.isci.2021.102105
  17. Tesei D., Jewczynko A., Lynch A.M., Urbaniak C. Understanding the complexities and changes of the astronaut microbiome for successful long-duration space missions. Life (Basel). 2022; 12 (4): 495. doi: 10.3390/life12040495
  18. Afshinnekoo E., Scott R.T., MacKay M.J., Pariset E., Cekanaviciute E., Barker R., Gilroy S., Hassane D., Smith S.M., Zwart S.R., Nelman-Gonzalez M., Crucian B.E., Ponomarev S.A., Orlov O.I., Shiba D., Muratani M., Yamamoto M., Richards S.E., Vaishampayan P.A., Meydan C., Foox J., Myrrhe J., Istasse E., Singh N., Venkateswaran K., Keune J.A., Ray H.E., Basner M., Miller J., Vitaterna M.H., Taylor D.M., Wallace D., Rubins K., Bailey S.M., Grabham P., Costes S.V., Mason C.E., Beheshti A. Fundamental biological features of spaceflight: advancing the field to enable deep-space exploration. Cell. 2020; 183 (5): 1162–84. doi: 10.1016/j.cell.2020.10.050
  19. Akiyama T., Horie K., Hinoi E., Hiraiwa M., Kato A., Maekawa Y., Takahashi A., Furukawa S. How does spaceflight affect the acquired immune system? NPJ microgravity. 2020; 6: 14. doi: 10.1038/s41526-020-0104-1
  20. Самойлов А.С., Ушаков И.Б., Шуршаков В.А. Радиационное воздействие в орбитальных и межпланетных космических полетах: мониторинг и защита. Экология человека. 2019; 26 (1): 4–9. doi: 10.33396/1728-0869-2019-1-4-9 [Samoylov A.S., Ushakov I.B., Shurshakov V.A. Radiation exposure during the orbital and interplanetary spaceflights: monitoring and protection. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2019; 26 (1): 4–9. doi: 10.33396/1728-0869-2019-1-4-9 (in Russian)]
  21. Meshkov D., Rykova M., Antropova E., Vdovin A., Biziukin A., Nesvizhsky I. Phagocyte system under spaceflight conditions. J. Gravit. Physiol. 1998; 5 (1): 139–40.
  22. Shirah B.H., Ibrahim B.M., Aladdin Y., Sen J. Space neuroscience: current understanding and future research. Neurol. Sci. 2022; 43 (8): 4649–54. doi: 10.1007/s10072-022-06146-0
  23. Пальцев М.А., Кветной И.М., Зуев В.А., Линькова Н.С., Кветная Т.В. Нейродегенеративные заболевания: молекулярные основы патогенеза, прижизненной персонифицированной диагностики и таргетной фармакотерапии. СПб.: ООО «Эко-Вектор», 2019; 200 [Pal’cev M.A., Kvetnoj I.M., Zuev V.A., Lin’kova N.S., Kvetnaya T.V. Neurodegenerative diseases: molecular basis of pathogenesis, lifelong personalized diagnostics and targeted pharmacotherapy. Saint-Petersburg: Eko-Vektor LLC Publisher, 2019; 200 (in Russian)]
  24. Johri A., Beal M.F. Mitochondrial dysfunction in neurodegenerative diseases. J. Pharmacol. Exp. Ther. 2012; 342 (3): 619–30. doi: 10.1124/jpet.112.192138
  25. Keogh M.J., Chinnery P.F. Mitochondrial DNA mutations in neurodegeneration. Biochim. Biophys. Acta. 2015; 1847 (11): 1401–11. doi: 10.1016/j.bbabio.2015.05.015.
  26. Dawson T.M., Dawson V.L. Parkin plays a role in sporadic Parkinson’s disease. Neurodegener. Dis. 2014; 13 (2-3): 69–71. doi: 10.1159/000354307
  27. Hebron M., Chen W., Miessau M.J., Lonskaya I., Moussa C.E. Parkin reverses TDP-43-induced cell death and failure of amino acid homeostasis. J. Neurochem. 2014; 129 (2): 350–61. doi: 10.1111/jnc.12630
  28. Rosen K.M., Moussa C.E., Lee H.K., Kumar P., Kitada T., Qin G., Fu Q., Querfurth H.W. Parkin reverses intracellular β-amyloid accumulation and its negative effects on proteasome function. J. Neurosci. Res. 2010; 88 (1): 167–78. doi: 10.1002/jnr.22178
  29. Tsai Y.C., Fishman P.S., Thakor N.V., Oyler G.A. Parkin facilitates the elimination of expanded polyglutamine proteins and leads to preservation of proteasome function. J. Biol. Chem. 2003; 278 (24): 22044–55. doi: 10.1074/jbc.M212235200
  30. Kubo S., Hatano T., Takanashi M., Hattori N. Can parkin be a target for future treatment of Parkinson’s disease? Expert Opin. Ther. Targets. 2013; 17 (10): 1133–44. doi: 10.1517/14728222.2013.827173
  31. Signorile A., Sgaramella G., Bellomo F., De Rasmo D. Prohibitins: a critical role in mitochondrial functions and implication in diseases. Cells. 2019; 8 (1): 71. doi: 10.3390/cells8010071.
  32. Tatsuta T., Model K., Langer T. Formation of membrane-bound ring complexes by prohibitins in mitochondria. Mol. Biol. Cell. 2005; 16 (1): 248–59. doi: 10.1091/mbc.e04-09-0807
  33. Merkwirth C., Dargazanli S., Tatsuta T., Geimer S., Löwer B., Wunderlich F.T., von Kleist-Retzow J.C., Waisman A., Westermann B., Langer T. Prohibitins control cell proliferation and apoptosis by regulating OPA1-dependent cristae morphogenesis in mitochondria. Genes Dev. 2008; 22 (4): 476–88. doi: 10.1101/gad.460708.
  34. Эллиниди В.Н., Аникеева Н.В., Максимова Н.А. Практическая иммуногистоцитохимия: методические рекомендации. СПб.: ВЦЭРМ МЧС России; 2002; 36 [Ellinidi V.N., Anikeeva N.V., Maksimova N.A. Prakticheskaya immunogistocitohimiya: metodicheskie rekomendacii. Saint Petersburg: VCERM MCHS Rossii Publisher; 2002; 36 (in Russian)]
  35. Wang X., Ding D., Wu L., Jiang T., Wu C., Ge Y., Guo X.. PHB blocks endoplasmic reticulum stress and apoptosis induced by MPTP/MPP(+) in PD models. J. Chem. Neuroanat. 2021; 113: 101922. doi: 10.1016/j.jchemneu.2021. 101922
  36. Williams D.R. The biomedical challenges of space flight. Annu. Rev. Med. 2003; 54: 245–56. doi: 10.1146/annurev.med.54.101601.152215

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микрофотографии буккального эпителия с иммунофлуоресценцией prohibitin. Различные интенсив- ности экспрессии белка prohibitin (красный цвет) в бук- кальном эпителии. Ядра докрашены 4’,6-диамидино-2- фенилиндолом (DAPI) (синий цвет). Увеличение ×100. А – нет окрашивания. Площадь экспрессии prohibitin 0–10 000 пикс. Балл – 0. Б – слабое окрашивание. Пло- щадь экспрессии prohibitin 10 001–40 000 пикс. Балл – 1. В – умеренное окрашивание. Площадь экспрессии prohibitin 40 001–70 000 пикс. Балл – 2. Г – сильное окрашивание. Площадь экспрессии prohibitin 70 001– 100 000 пикс. Балл – 3. Д – очень сильное окрашивание. Площадь экспрессии prohibitin >100 000 пикс. Балл – 4

Скачать (374KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Микрофотографии буккального эпителия с им- мунофлуоресценцией parkin. Различные интенсивности экспрессии белка parkin (красный цвет) в буккальном эпителии. Ядра докрашены DAPI (синий цвет). Увели- чение ×100. А – нет окрашивания. Площадь экспрессии parkin 0-2 000 пикс. Балл – 0. Б – слабое окрашивание. Площадь экспрессии parkin 2 001–5 000 пикс. Балл – 1. В – умеренное окрашивание. Площадь экспрессии parkin 5 001–10 000 пикс. Балл – 2. Г – сильное окра- шивание. Площадь экспрессии parkin 10 001–50 000 пикс. Балл – 3. Д – очень сильное окрашивание. Площадь экспрессии parkin >50 000 пикс. Балл – 4

Скачать (491KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Диаграмма показателя экспрессии H-score белков prohibitin и parkin в группе летчиков граждан- ской авиации и контрольной группе соответствующего возраста, * – p<0,05

Скачать (939KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Диаграммы показателя экспрессии H-score белков prohibitin и parkin в группе космонавтов и кон- трольной группе соответствующего возраста

Скачать (1MB)
Метаданные

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах