Белковая деградация тканей и органов горбуши Oncorhynchus gorbuscha Кольского полуострова в ходе покатной и нерестовой миграций

e-mail: , ;

e-mail: ,

Горбуша ( Oncorhynchus gorbuscha ), представитель тихоокеанских лососей, – моноциклич-ный вид с коротким жизненным циклом, самым высоким темпом роста и массонакопления среди лососевых, характеризующийся очень высокой численностью популяций. Во второй половине XX века были начаты работы по интродукции этого вида в водоемы Атлантики, в которых популяции собственных лососевых рыб гораздо мало-численнее. В настоящее время натурализовавшаяся в Белом море популяция горбуши стабильно обеспечивает возврат по нечетным годам, тогда как популяция четных лет практически отсутствует [1].

Горбуше присущи короткий жизненный цикл (два года), быстрый и синхронный темп гаметогенеза, быстрые и необратимые физиологические перестройки организма при миграции из морской воды в пресную. Пресноводный этап жизни в постэмбриональный период не превышает нескольких недель, личинки после выхода из грунта мигрируют в море, к моменту рассасывания желточного мешка способны к осморегуляции и переходу из пресной воды в морскую. Морской период длится чуть более года, после чего горбуша совершает возвратную миграцию для нереста в реки, где в двухлетнем возрасте завершает свой жизненный цикл. Как в реке, так и в море вся популяция горбуши является одновозрастной [1].

Одним из маркёрных показателей развития адаптивных ответов организмов на изменение внешних условий признан уровень белковой

деградации. Основными системами белковой деградации у позвоночных животных являются убиквитин-протеасомная, лизосомально-аутофагическая и кальпаиновая, причем у рыб преобладают лизосомальный и кальпаиновый пути [10, 11, 15]. Необходимо отметить, что интенсивность внутриклеточного протеолиза в органах и тканях беломорской горбуши на разных стадиях жизненного цикла ранее не исследовалась. Тем не менее, оценка физиологического состояния горбуши во время ската из реки в море, а также нерестовой миграции и нереста, в том числе по уровню белковой деградации в её органах, актуальна, учитывая роль этого вида в экосистемах беломорских рек. Цель нашей работы – оценить белковый катаболизм у смолтов горбуши (в цельных организмах) во время покатной миграции из р. Индёры в Белое море, а также в скелетных мышцах производителей горбуши в ходе нерестовой миграции из Белого моря в р. Индёру.

Исследование проводилось на р. Индёре (Мурманская обл.). Отлов смолтов горбуши проводился в реке в начале (20 мая) и в конце (02 июня) ската. Производители горбуши были выловлены в преднерестовый период (10–15 августа) на трёх участках р. Индёры: устьевом (солёность 30‰, 19.2 °С, полный прилив), эстуарном (солёность 6‰, 16.8 °С, полный прилив), предэстуарном (пресная вода, 16.3 °С). Пробы тканей и органов фиксировали в жидком азоте. В исследуемых образцах определяли активность кальпаинов – каль-цийзависимую казеинолитическую активность, чувствительную к ингибиторам цистеиновых протеиназ [5], химотрипсиноподобную активность протеасом [13], активность катепсина D [2], содержание водорастворимого белка [3], содержание белковых карбонильных групп [9].

Отмечен высокий уровень активности внутриклеточных протеиназ у смолтов всех изученных групп. Для горбуши характерна ранняя смолтификация [7, 16], личинки начинают смолти-фицироваться практически сразу после вылупления, еще до полной резорбции желточного мешка [6, 14]. Смолтификация и скат горбуши происходит при очень малом размере особей (~0.2 г) и сопровождается переходом с эндогенного питания на экзогенное. Согласно данным литературы, для покатных смолтов горбуши характерен очень высокий уровень метаболизма [8, 12]; полученные нами результаты о высоком уровне активности внутриклеточных протеиназ у изученных смолтов горбуши также подтверждают в целом высокий уровень метаболизма.

Охарактеризован уровень активности внутриклеточных протеиназ, а также содержание водорастворимых и карбонилированных белков в скелетных мышцах производителей горбуши в ходе нерестовой миграции из Белого моря в р. Индёру. В белых скелетных мышцах исследованных рыб обнаружено отсутствие достоверных изменений растворимой фракции белков, а также повышение активности катепсина D, играющего ведущую роль в деградации мышечных белков, однако не столь значительное, как у других видов лососевых. Для горбуши описаны поведенческие адаптации, направленные на поиск оптимальных путей миграции [4], по сравнению с неркой горбуша расходует меньше энергии на созревание половых продуктов. Указанные особенности позволяют горбуше подойти к нерестилищам в относительно сохранном, неистощённом состоянии со слабыми проявлениями нерестовых изменений. В ходе нерестовой миграции горбуши наблюдалось накопление карбонилированных белков, маркеров оксидативного стресса.

Таким образом, полученные в результате исследования данные о белковой деградации, включая активность протеолитических ферментов, уровень их белковых субстратов, в том числе необратимо повреждённых окислением, в целых организмах смолтов беломорской горбуши, а также в скелетных мышцах горбуши на разных отрезках нерестового пути, в целом согласуются со сведениями литературы, полученными для других видов лососёвых на разных этапах жизненного цикла. Выявленный высокий уровень активности внутриклеточных протеиназ и содержания карбо-нилированных белков у смолтов горбуши во время покатной миграции из реки Индёры в Белое море свидетельствует о высокой скорости обмена белка и метаболических процессов в целом у недавно вылупившихся и переходящих с эндогенного на экзогенное питание личинок горбуши. Присущие нерестящейся горбуше поведенческие адаптации обуславливают физиологическое состояние её производителей в речной период пути к местам размножения. Так, усиление протеолитических процессов и расход тканевых белков в мышцах горбуши не столь значительны, как у других видов лососёвых, что позволяет ей подойти к нерестилищам с относительно слабыми проявлениями деградации тканей.

Исследование проведено в рамках государственного задания КарНЦ РАН FMEN-2022-0006.