Антиоксидантная защита у зимоспящих млекопитающих

Антиоксидантная защита у зимоспящих млекопитающих

Автор: Антонова Екатерина Петровна, Илюха Виктор Александрович, Сергина Светлана Николаевна

Журнал: Принципы экологии @ecopri

Рубрика: Аналитический обзор

Статья в выпуске: 2 (14) т.4, 2015 года.

Бесплатный доступ

Гибернация является одним из наиболее ярких примеров фенотипической пластичности у млекопитающих, которая позволяет животным выживать в условиях низких температур, недостатка пищи и воды. При оцепенении наблюдается снижение температуры тела и уровня метаболизма, что сопровождается замедлением дыхания, значительным уменьшением потребления кислорода, а также снижением мозгового кровообращения и частоты сердцебиения. Несмотря на ряд физиологических адаптаций к условиям гибернации, период пробуждения сопровождается окислительным стрессом, ассоциированным с колоссальным повышением потребления кислорода. Особое значение в этих условиях приобретает система антиоксидантной защиты, которая обеспечивает «безболезненный», то есть без окислительных повреждений тканей, переход от оцепенения к пробуждению и обратно. Тем не менее вопрос об участии антиоксидантной системы в течение периодов естественной спячки изучен недостаточно, но, без сомнения, заслуживает самого пристального внимания. В настоящем обзоре собран материал об использовании разнообразных стратегий антиоксидантной защиты при гибернации у мелких млекопитающих.

Еще

Гибернация, антиоксидантная система, летучие мыши, грызуны, адаптация, гипоксия

Короткий адрес: https://sciup.org/147112751

IDR: 147112751

Список литературы Антиоксидантная защита у зимоспящих млекопитающих

  • Ануфриев А. И. Механизмы зимней спячки мелких млекопитающих Якутии . Новосибирск: СО РАН, 2008. 158 с.
  • Ануфриев А. И., Ревин Ю. В. Биоэнергетика зимней спячки летучих мышей (Chiroptera: Vespertilionidae) в Якутии //Plecotus et al. 2006. № 9. С. 8-;17.
  • Владимиров Ю. А. Свободные радикалы //Вестн. Рос. АМН. 1998. № 7. С. 43-;51.
  • Галанцев В. П. Эволюция адаптаций ныряющих животных. Эколого-и морфофизиологические аспекты . Л.: Наука, 1977. 191 с.
  • Зенков Н. К., Ланкин В. З., Меньщикова Е. Б. Окислительный стресс: Биохимический и патофизиологический аспекты . М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001. 343 с.
  • Зенков Н. К., Меньщикова Е. Б. Активированные кислородные метаболиты в биологических системах //Усп. соврем. биол. 1993. Т. 113, № 3. С. 286-;296.
  • Калабухов Н. И. Летняя спячка сусликов (С. fulvus и С. pygmaeus) //Тр. лаб. эксперимент. биологии Моск. Зоопарка. 1929. Т. 5. С. 163-;176.
  • Коган А. X. Фагоцитзависимые кислородные свободнорадикальные механизмы аутоагрессии в патогенезе внутренних болезней //Вестник РАМН. 1999. № 2. С. 3-;10.
  • Серебрянникова Э. Т., Векслер Я. И. Влияние адаптации к переохлаждению на жирно-кислотный состав липидов тканей крыс //Укр. биохим. журн. 1977. Т. 49, № 2. С. 16-;21.
  • Скулачев В. П. Альтернативные функции клеточного дыхания //Соросовский образовательный журнал. 1998. № 8. С. 2-;7.
  • Шмидт-Ниельсен К. Размеры животных: почему они так важны? : Пер. с англ. М.: Мир, 1987. 259 с.
  • Aarseth J. J., Froiland E., Jorgensen E. H. Melatonin implantation during spring and summer does not affect the seasonal rhythm of feeding in anadromous Arctic charr (Salvelinus alpinus)//Polar Biol. 2010. Vol. 33. P. 379-;388.
  • Allan M. E., Storey K. B. Expression of NF-kB and downstream antioxidant genes in skeletal muscle of hibernating ground squirrels, Spermophilus tridecemlineatus//Cell. Biochem. Funct. 2012. Vol. 30. P. 166-;174.
  • Austad S. N. Diverse aging rates in metazoans: targets for functional genomics//Mech. Ageing Dev. 2005. Vol. 126. P. 43-;49.
  • Barja G., Cadenas S., Rojas C., Pérez-Campo R. et al. Low mitochondrial free radical production per unit O 2 consumption can explain the simultaneous presence of high longevity and high metabolic rate in birds//Free Radic. Res. 1994. Vol. 21. P. 317-;328.
  • Bouma H. R., Carey H. V., Kroese F. G. M. Hibernation: the immune system at rest?//J. Leukoc. Biology. 2010a. Vol. 88. P. 619-;624.
  • Bouma Н. R., Strijkstra F. M., Boerema A. S., Deelman L. E. et al. Bllod cell dynamics during hibernation in the Europian Ground Squirrel//Vet. Immunol. Immunopathol. 2010b. Vol. 136. P. 319-;323.
  • Braulke L. J., Heldmaier G., Berriel Diaz M., Rozman J. et al. Seasonal changes of myostatin expression and its relation to body mass acclimation in the Djungarian hamster, Phodopus sungorus//J. Exp. Zool. 2010. Vol. 313. P. 548-;556.
  • Breukelen F., Martin S. L. Invited Review: Molecular adaptations in mammalian hibernators: unique adaptations or generalized responses?//J. Appl. Physiol. 2002. Vol. 92. Р. 2640-;2647.
  • Brooks N. E., Myburgh K. H., Storey K. B. Myostatin levels in skeletal muscle of hibernating ground squirrels//J. Exp. Biol. 2011. Vol. 214. P. 2522-;2527.
  • Brooks S. P., Storey K. B. Mechanisms of glycolytic control during hibernation in the ground squirrel Spermophilus lateralis//J. Comp. Physiol. 1992. Vol. 162. P. 23-;28.
  • Brown J. C., Chung D. J., Belgrave K. R., Staples J. F. Mitochondrial metabolic suppression and reactive oxygen species production in liver and skeletal muscle of hibernating thirteen-lined ground squirrels//Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2012. Vol. 302. № 1. Р. 15-;28.
  • Brune B., Zhou J. Nitric oxide, oxidative stress, and apoptosis//Kidney Int. 2003. Vol. 84. P. 22-;24.
  • Brunet-Rossini A. K. Reduced free-radical production and extreme longevity in the little brown bat (Myotis lucifugus) versus two non-flying mammals//Mech. Ageing Dev. 2004. Vol. 125. P. 11-;20.
  • Brunet-Rossinni A. K., Austad S. N. Ageing studies on bats: a review//Biogerontology. 2004. Vol. 5. P. 211-;222.
  • Buck C. L., Barnes B. M. Effects of ambient temperature on metabolic rate, respiratory quotient, and torpor in an arctic hibernator//Am. J. Physiol. Regulatory Integrative Comp. Physiol. 2000. Vol. 279. P. 255-;262.
  • Buck M. J., Squire T. L., Andrews M. T. Coordinate expression of the PDK4 gene: a means of regulating fuel selection in a hibernating mammal//Physiol. Genomics. 2002. Vol. 8. P. 5-;13.
  • Carey H. V., Andrews M. T., Martin S. L. Mammalian hibernation: cellular and molecular responses to depressed metabolism and low temperature//Physiol. Rev. 2003. Vol. 83. P. 1153-;1181.
  • Carey H. V., Frank C. L., Seifert J. Hibernation induces oxidative stress and activation of NF-κB in ground squirrel intestine//J. Comp. Physiol. 2000. Vol. 170B. P. 551-;559.
  • Clark B. C. In vivo alterations in skeletal muscle form and function after disuse atrophy//Med. Sci. Sports Exerc. 2009. Vol. 41. P. 1869-;1875.
  • Conde-Perezprina J. C., Luna-Lopez A., Gonzalez-Puertos V. Y., Zenteno-Savın T. et al. DNA MMR systems, microsatellite instability and antioxidant activity variations in two species of wild bats: Myotis velifer and Desmodus rotundus, as possible factors associated with longevity//Age. 2012. Vol. 34. № 6. P. 1473-;1492.
  • Cui J., Pan Y. H., Zhang Y., Jones G. et al. Progressive pseudogenization: vitamin C synthesis and its loss in bats//Mol. Biol. Evol. 2011. Vol. 28. P. 1025-;1031.
  • Dave K. R., Christian S. L., Perez-Pinzon M. A., Drew K. L. Neuroprotection: lessons from hibernators//Comp. Biochem. Physiol. 2012. Vol. 162. P. 1-;9.
  • Dhalla N. S., Elmoselhi A. B., Hata T., Makino N. Status of myocardial antioxidants in ischemia-reperfusion injury//Cardiovascular Research. 2000. Vol. 47. P. 446-;456.
  • Didion S. P., Kinzenbaw D. A., Fegan P. E., Didion L. A. et al. Overexpression of CuZn-SOD prevents lipopolysaccharide-induced endothelial dysfunction//Stroke. 2004. Vol. 35. № 8. P. 1963-;1967.
  • Drew K. L., Buck C. L., Barnes B. M., Christian S. L. et al. Central nervous system regulation of mammalian hibernation: implications for metabolic suppression and ischemia tolerance//J. Neurochem. 2007. Vol. 102. P. 1713-;1726.
  • Drew K. L., Harris M. B., Laмanna J. C. et al. Hypoxia tolerance in mammalian heterotherms//Am J. Exp. Biol. 2004. Vol. 207. Р. 3155-;3162.
  • Drew K. L., Toien O., Rivera P. M., Smith M. A. et al. Role of the antioxidant ascorbate in hibernation and warming from hibernation//Comp. Biochem. Physiol. 2002. Vol. 133. P. 483-;492.
  • Eddy S. F., Storey K. B. p38 MAPK regulation of transcription factor targets in muscle and heart of hibernating bats, Myotis lucifugus//Cell. Biochem. Function. 2007. Vol. 25. P. 759-;765.
  • Elsner R., Oyaseter S., Almaas R., Saugstad O. D. Diving seals, ischemia-reperfusion and oxygen radicals//Comp. Biochem. Physiol. 1998. Vol. 119A. № 4. P. 975-;980.
  • Geiser F. Metabolic rate and body temperature reduction during hibernation and daily torpor//Annu. Rev. Physiol. 2004. Vol. 66. P. 239-;274.
  • Geiser F., Budinette R. V. The relationship between body mass and rate of rewarming from hibernation and daily torpor in mammals//J. Exp. Biol. 1990. Vol. 151. P. 349-;359.
  • Halliwell B., Gutteridge J. M. C. Free radicals in biology and medicine. 3rd ed. Oxford: Oxford Univ. Press, 1999. 888 p.
  • Harman D. Free-radical theory of aging. Increasing the functional life span//Ann. N. Y. Acad. Sci. 1994. Vol. 717. P. 1-;15.
  • Heldmaier G., Ortmann S., Elvert R. Natural hypometabolism during hibernation and daily torpor in mammals//Respir. Physiol. Neurobiol. 2004. Vol. 141. P. 317-;329.
  • Hochachka P. W., Somero G. N. Biochemical Adaptation: Mechanism and Process in Physiological Evolution. New York: Oxford University Press, 2002. 466 p.
  • Hudson N. J., Franklin C. E. Maintaining muscle mass during extended disuse: aestivating frogs as a model species//J. Exp. Biol. 2002. Vol. 205. P. 2297-;2303.
  • Hudson J. W., Scott J. M. Daily torpor in the laboratory mouse//Physiol. Zool. 1979. Vol. 52. № 2. P. 219-;220.
  • Hulbert A. J., Pamplona R., Buffenstein R. et al. Life and Death: Metabolic Rate, Membrane Composition, and Life Span of Animals//Physiol. Rev. 2007. Vol. 87. P. 1175-;1213.
  • Hut R. A., Barnes B. M., Daan S. Body temperature patterns before, during, and after semi-natural hibernation in the European ground squirrel//Journal of Comparative Physiology. 2002. Vol. 172B. P. 47-;58.
  • Ilyina T., Baishnikova I., Belkin V., Ruokolaynen T. Vitamins A and E in physiological adaptation of mammals with different ecogenesis//Acta Biol. Univ. Dagavp. 2014. Vol. 14. № 1. P. 45-;50.
  • James R. S., Staples J. F., Brown J. C. L., Tessier S. T. et al. The effects of hibernation on the contractile and biochemical properties of skeletal muscles in the thirteen-lined ground squirrel, Ictidomys tridecemlineatus//The Journal of Experimental Biology. 2013. Vol. 216. P. 2587-;2594.
  • Jaspers P., Kangasjärvi J. Reactive Oxygen Species in Abiotic Stress Signaling//Physiol. Plant. 2010. Vol. 138. P. 405-;413.
  • Kim A. A. Panoramic Overview of Mitochondria and Mitochondrial Redox Biology//Toxicol. Res. Dec. 2014. Vol. 30. № 4. P. 221-;234.
  • Kooyman G. L., Ponganis P. J. The physiological basis of diving to depth: birds and mammals//Annu. Rev. Physiol. 1998. Vol. 60. P. 19-;32.
  • Ku H. H., Sohal R. S. Comparison of mitochobdrial pro-oxidant generation and anti-oxidant defenses between rat and pigeon: possible basis of variation in longevity and metabolic potential//Mech. Ageing. Dev. 1993. Vol. 72. № 1. P. 67-;76.
  • Kurtz C. C., Lindell S. L., Mangino M. J., Carey H. V. Hibernation confers resistance to intestinal ischemia-reperfusion injury//Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver. Physiol. 2006. Vol. 291. P. 895-;901.
  • Lyman C. P., O'Brien R. C., Greene G. C., Papafrangos E. D. Hibernation and longevity in the Turkish hamster Mesocricetus brandti//Science. 1981. Vol. 212. P. 668-;670.
  • Ma Y. L., Xiongwei Z., Rivera P. M., Toien O. et al. Absence of cellular stress in brain after hypoxia induced by arousal from hibernation in Arctic ground squirrels//Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2005. Vol. 289. P. 1297-;1306.
  • MacArthur R. A. Aquatic thermoregulation in the muskrat (Ondatra zibethicus): energy demands of swimming and diving//Can. J. Zool. 1984. Vol. 62. P. 241-;248.
  • MacDonald J. A., Storey K. B. Regulation of ground squirrel Na+ K+ -ATPase activity by reversible phosphorylation during hibernation//Biochem. Biophys. Res. Commun. 1999. Vol. 254. P. 424-;429.
  • Maistrovski Y., Biggar K. K., Storey K. B. HIF‐1 alpha regulation in mammalian hibernators: role of non‐coding RNA in HIF‐1 alpha control during torpor in ground squirrels and bats//J. Comp. Physiol. 2012. Vol. 182. P. 849-;859.
  • McCulloch P. F. Animal models for investigating the central control of the mammalian diving response//Front. Physiol. 2012. Vol. 3. P. 1-;16.
  • McMullen D. C., Hallenbeck J. M. Regulation of Akt during torpor in the hibernating ground squirrel, Ictidomys tridecemlineatus//J. Comp. Physiol. 2010. Vol. 180B. № 6. P. 927-;934.
  • Mongkolsuk S., Helmann J. D. Regulation of inducible peroxide stress responses//Mol. Microbiol. 2002. Vol. 45. P. 9-;15.
  • Morin P., Storey K. B. Antioxidant defense in hibernation: cloning and expression of peroxiredoxins from hibernating ground squirrels, Spermophilus tridecemlineatus//Arch. Biochem. Biophys. 2007. Vol. 461. P. 59-;65.
  • Musacchia X. J., Steffen J. M., Fell R. D. Disuse atrophy of skeletal muscle: animal models//Exerc. Sport Sci. Rev. 1988. Vol. 16. P. 61-;87.
  • Nowell M. M., Choi H., Rourke B. C. Muscle plasticity in hibernating ground squirrels (Spermophilus lateralis) is induced by seasonal, but not lowtemperature, mechanisms//J. Comp. Physiol. 2011. Vol. 181. P. 147-;164.
  • Ohta H., Okamoto I., Hanaya T., Arai S. et al. Enhanced antioxidant defense due to extracellular catalase activity in Syrian hamster during arousal from hibernation//Comp. Biochem. Physiol. 2006. Vol. 143C. P. 484-;491.
  • Okamoto I., Kayano T., Hanaya T., Arai S. et al. Up-regulation of an extracellular superoxide dismutase-like activity in hibernating hamsters subjected to oxidative stress in mid-to late arousal from torpor//Comp. Biochem. Physiol. 2006. Vol. 144C. P. 47-;56.
  • Ozaki Y., Ohashi T., Niwa Y. Oxygen radical production by neutrophils from patients with bacterial infection and rheumatoid arthritis//Inflammation. 1986. Vol. 10. P. 119-;130.
  • Powers S. K., Kavazis A. N., McClung J. M. Oxidative stress and disuse muscle atrophy//J. Appl. Physiol. 2007. Vol. 102. P. 2389-;2397.
  • Prendergast B. J., Freeman D. A., Zucker I. et al. Periodic arousal from hibernation is necessary for initiation of immune responses in ground squirrels//Am. J. Physiol. Regulatory Integrative Comp. Physiol. 2002. Vol. 282. P. 1054-;1062.
  • Reznik G., Reznik-Schüller H., Emminger A., Mohr U. Comparative studies of blood from hibernating and nonhibernating European hamsters (Cricetus сricetus)//Laboratory animal science. 1975. Vol. 25. № 2. P. 210-;215.
  • Sanz A., Stefanatos R. K. The mitochondrial free radical theory of aging: a critical view//Curr. Aging Sci. 2008. Vol. 1. № 1. P. 10-;21.
  • Selman C., McLaren J. S., Himanka M. J., Speakman J. R. Effect of long-term cold exposure on antioxidant enzyme activities in a small mammal//Free Radic. Biol. Med. 2000. Vol. 28. P. 1279-;1285.
  • Sohal R. S., Orr W. C. Relationship between antioxidants, prooxidants, and the aging process//Ann. N. Y. Acad. Sci. 1992. Vol. 663. P. 74-;84.
  • Sohal R. S., Ku H. H., Agarwal S. Biochemical correlates of longevity in two closely related rodent species//Biochem. Biophys. Res. Commun. 1993. Vol. 196. P. 7-;11.
  • Shavlakadze T., Grounds M. D. Of bears, frogs, meat, mice and men: insight into the complexity of factors affecting skeletal muscle atrophy/hypertrophy and myogenesis/adipogenesis//Bio Essays. 2006. Vol. 28. № 10. P. 994-;1009.
  • Storey K. B. Oxidative stress: animal adaptations in nature//Braz. J. Med. Biol. Res. 1996. Vol. 29. P. 1715-;1733.
  • Storey K. B. Metabolic regulation in mammalian hibernation: enzyme and protein adaptations//Comp Biochem Physiol. 1997. Vol. 118. P. 1115-;1124.
  • Storey K. B. Out cold: biochemical regulation of mammalian hibernation -; a mini-review//Gerontology. 2010. Vol. 56. P. 220-;230.
  • Storey K. B., Storey J. M. Metabolic rate depression in animals: transcriptional and translational controls//Biol. Rev. Camb. Philos. Soc. 2004. Vol. 79. P. 207-;233.
  • Storey K. B., Storey J. M. Metabolic rate depression: the biochemistry of mammalian hibernation// G. S Makowski (ed.). Advances in clinical chemistry. Elsevier Inc., 2010. P. 77-;108.
  • Stuart J. A., Maddalena L. A., Merilovich M., Robb E. L. A midlife crisis for the mitochondrial free radical theory of aging//Longev. Healthspan. 2014. Vol. 3. P. 4.
  • Tan D. X., Manchester L. C., Sainz R. M., Mayo J. C. et al. Physiological ischemia/reperfusion phenomena and their relation to endogenous melatonin production: a hypothesis//Endocrine. 2005. Vol. 27. P. 149-;158.
  • Tessier S. N., Storey K. B. Expression of myocyte enhancer factor-2 and downstream genes in ground squirrel skeletal muscle during hibernation//Mol. Cell. Biochem. 2010. Vol. 344. P. 151-;162.
  • Toien O., Drew K. L., Chao M. L. et al. Ascorbate dynamics and oxygen consumption during arousal from hibernation in Arctic ground squirrels//Am. J. Physiol. Reg. Integr. Comp. Physiol. 2001. Vol. 281. P. 572-;583.
  • Wang L. C. H., Wolowyk M. W. Torpor in mammals and birds//Can. J. Zool. 1988. Vol. 66. P. 133-;137.
  • Wilhelm Filho D., Althoff S. L., Dafre A. L., Boveris A. Antioxidant defenses, longevity and ecophysiology of South American bats//Comparative Biochemistry and Physiology. 2007. Vol. 146C. P. 214-;220.
  • Wilhelm Filho D., González-Flecha B., Bredeston L., Boveris A. Gill diffusion as a physiological mechanism for hydrogen peroxide elimination by fish//Braz. J. Med. Biol. Res. 1994. Vol. 27. P. 2879-;2882.
  • Wilhelm Filho D., Marcon J. L., Fraga C. G., Boveris A. Antioxidant defenses in vertebrates: emphasis on fish and mammals//Trends Comp. Biochem. Physiol. 2000. Vol. 7. P. 33-;45.
  • Wilhelm Filho D., Sell F., Ribeiro L. et al. Comparison between the antioxidant status of terrestrial and diving mammals//Comp. Biochem. Physiol. 2002. Vol. 133. № 3. P. 885-;892.
  • Wilkinson G. S., South J. M. Life history, ecology and longevity in bats//Aging Cell. 2002. Vol. 1. P. 124-;131.
  • Zenteno-Savín T., Clayton-Hernandez E., Elsner R. Diving seals: are they a model for coping with oxidative stress?//Comp. Biochem. Physiol. 2002. Vol. 133C. № 4. P. 527-;536.
Еще
Статья научная
SciUp 2024 © 2024 ©