The Study of the Mechanism of Gamma-Aminobutyric Acid Inhibitory Effect on the Myotube Formation Process in Cell Culture

A. R. Tokmakova; Токмакова А. Р.; G. V. Sibgatullina; Сибгатуллина Г. В.; K. R. Gilizhdinova; Гилиждинова К. Р.; A. I. Malomouzh; Маломуж А. И.

doi:10.31857/S0233475523050134

Исследование механизма угнетающего действия гамма-аминомасляной кислоты на процесс образования миотрубок в культуре

Авторы: Токмакова А.Р.¹, Сибгатуллина Г.В.¹, Гилиждинова К.Р.², Маломуж А.И.¹^,3
Учреждения:
1. Казанский институт биохимии и биофизики ФИЦ Казанский научный центр РАН
2. Казанский федеральный университет
3. Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ
Выпуск: Том 40, № 5 (2023)
Страницы: 388-395
Раздел: СТАТЬИ
URL: https://journal-vniispk.ru/0233-4755/article/view/135045
DOI: https://doi.org/10.31857/S0233475523050134
EDN: https://elibrary.ru/OMGNGS
ID: 135045

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК) принято рассматривать как сигнальную молекулу в синапсах центральной нервной системы, где она играет роль основного тормозного нейромедиатора в зрелом мозге и участвует в процессе нейрогенеза. Недавно были получены данные, указывающие на то, что ГАМК может участвовать и на ранних этапах процесса развития скелетной мышечной ткани. В настоящем исследовании, выполненном на культуре миоцитов крысы, было проанализировано влияние экзогенной ГАМК на процесс слияния миоцитов в миотрубки (по анализу такого морфометрического показателя как “индекс слияния”). Добавление аминокислоты в культуру приводило к значительному концентрационно-зависимому угнетению (вплоть до полной остановки) процесса образования миотрубок. Из возможных белков, способных опосредовать влияние аминокислоты, рассматривались ГАМК_А рецепторы и транспортеры ГАМК (GAT-2). Методами иммуногистохимии были получены доказательства наличия этих белков на культивируемых клетках. Блокада ГАМК_А рецепторов габазином никак не сказывалась на индексе слияния, и ГАМК в его присутствии продолжала оказывать свое угнетающее действие. Ингибирование ГАМК транспортеров нипекотиковой кислотой само по себе снижало индекс слияния миоцитов, однако на фоне действия блокатора транспортеров собственный эффект ГАМК уже отсутствовал. Полученные данные согласуются с высказанной гипотезой об участии аминокислоты ГАМК на ранних этапах развития скелетной мускулатуры и предполагают, что угнетающий эффект экзогенной аминокислоты может быть обусловлен увеличением ее концентрации в саркоплазме, поскольку и добавление блокатора ГАМК транспортеров и повышение внеклеточной концентрации ГАМК негативно сказываются на образовании миотрубок.

Ключевые слова

миогенез, миоцит, миотрубка, ГАМК

Список литературы

Abmayr S.M., Pavlath G.K. 2012. Myoblast fusion: Lessons from flies and mice. Development. 139 (4), 641–656. https://doi.org/10.1242/dev.068353
Murphy M., Kardon G. 2011. Origin of vertebrate limb muscle: The role of progenitor and myoblast populations. Curr. Top. Dev. Biol. 96, 1–32. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-385940-2.00001-2
Watanabe M., Maemura K., Kanbara K., Tamayama T., Hayasaki H. 2002. GABA and GABA receptors in the central nervous system and other organs. Int. Rev. Cytol. 213, 1–47. https://doi.org/10.1016/s0074-7696(02)13011-7
Sibgatullina G.V., Malomouzh A.I. 2020. GABA in developing rat skeletal muscle and motor neurons. Protoplasma. 257 (3), 1009–1015. https://doi.org/10.1007/s00709-020-01485-1
Sibgatullina G., Al Ebrahim R., Gilizhdinova K., Tokmakova A., Malomouzh A. 2023. Differentiation of myoblasts in culture: Focus on serum and GABA. Cells Tissues Organs. (In press). https://doi.org/10.1159/000529839
Das M., Rumsey J.W., Bhargava N., Stancescu M., Hickman J.J. 2010. A defined long-term in vitro tissue engineered model of neuromuscular junctions. Biomaterials. 31 (18), 4880–4888. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2010.02.055
Baccam A., Benoni-Sviercovich A., Rocchi M., Moresi V., Seelaender M., Li Z., Adamo S., Xue Z., Coletti D. 2019. The mechanical stimulation of myotubes counteracts the effects of tumor-derived factors through the modulation of the activin/follistatin ratio. Front. Physiol. 10: 401. https://doi.org/10.3389/fphys.2019.00401
Wu C., Sun D. 2015. GABA receptors in brain development, function, and injury. Metab. Brain. Dis. 30 (2), 367–379. https://doi.org/10.1007/s11011-014-9560-1
Zhou Y., Danbolt N.C. 2013. GABA and glutamate transporters in brain. Front. Endocrinol (Lausanne). 4, 165. https://doi.org/10.3389/fendo.2013.00165
Borodinsky L.N., Spitzer N.C. 2007. Activity-dependent neurotransmitter-receptor matching at the neuromuscular junction. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 104 (1), 335–340. https://doi.org/10.1073/pnas.0607450104
Nurullin L.F., Nikolsky E.E., Malomouzh A.I. 2018. Elements of molecular machinery of GABAergic signaling in the vertebrate cholinergic neuromuscular junction. Acta. Histochem. 120 (3), 298–301. https://doi.org/10.1016/j.acthis.2018.02.003
Bai D., Zhu G., Pennefather P., Jackson M.F., MacDonald J.F., Orser B.A. 2001. Distinct functional and pharmacological properties of tonic and quantal inhibitory postsynaptic currents mediated by gamma-aminobutyric acid(A) receptors in hippocampal neurons. Mol. Pharmacol. 59 (4), 814–824. https://doi.org/10.1124/mol.59.4.814
Moldavan M., Cravetchi O., Allen C.N. 2017. GABA transporters regulate tonic and synaptic GABAA receptor-mediated currents in the suprachiasmatic nucleus neurons. J. Neurophysiol. 118 (6), 3092–3106. https://doi.org/10.1152/jn.00194.2017
Bowery N.G., Bettler B., Froestl W., Gallagher J.P., Marshall F., Raiteri M., Bonner T.I., Enna S.J. 2002. International Union of Pharmacology. XXXIII. Mammalian gamma-aminobutyric acid(B) receptors: Structure and function. Pharmacol. Rev. 54, 247–264. https://doi.org/10.1124/pr.54.2.247
Olsen R.W., Sieghart W., 2008. International union of pharmacology. LXX. Subtypes of gamma-aminobutyric acid(A) receptors: Classification on the basis of subunit composition, pharmacology, and function. Update. Pharmacol. Rev. 60, 243–260. https://doi.org/10.1124/pr.108.00505
Naffaa M.M., Hung S., Chebib M., Johnston G.A.R., Hanrahan J.R., 2017. GABA-ρ receptors: Distinctive functions and molecular pharmacology. Br. J. Pharmacol. 174 (13), 1881–1894. https://doi.org/10.1111/bph.13768
Behar T.N., Schaffner A.E., Scott C.A., Greene C.L., Barker J.L., 2000. GABA receptor antagonists modulate postmitotic cell migration in slice cultures of embryonic rat cortex. Cereb. Cortex. 10, 899–909. https://doi.org/10.1093/cercor/10.9.899
Kleinrok Z., Matuszek M., Jesipowicz J., Matuszek B., Opolski A., Radzikowski C., 1998. GABA content and GAD activity in colon tumors taken from patients with colon cancer or from xenografted human colon cancer cells growing as s.c. tumors in athymic nu/nu mice. J. Physiol. Pharmacol. 49, 303–310.
Moss F.J., Imoukhuede P.I., Scott K., Hu J., Jankowsky J.L., Quick M.W., Lester H.A., 2009. GABA transporter function, oligomerization state, and anchoring: Correlates with subcellularly resolved FRET. J. Gen. Physiol. 134 (6), 489–521. https://doi.org/10.1085/jgp.200910314
Kardos J., Dobolyi Á., Szabó Z., Simon Á., Lourmet G., Palkovits M., Héja L. 2019. Molecular plasticity of the nucleus accumbens revisited—astrocytic waves shall rise. Mol. Neurobiol. 56, 7950–7965. https://doi.org/10.1007/s12035-019-1641-z
Ben-Ari Y., Khalilov I., Kahle K.T., Cherubini E., 2012. The GABA excitatory/inhibitory shift in brain maturation and neurological disorders. Neuroscientist. 18 (5), 467–486. https://doi.org/10.1177/1073858412438697
Attwell D., Barbour B., Szatkowski M., 1993. Nonvesicular release of neurotransmitter. Neuron. 11 (3), 401–407. https://doi.org/10.1016/0896-6273(93)90145-h
Levi G., Raiteri M., 1993. Carrier-mediated release of neurotransmitters. Trends Neurosci. 16 (10), 415–419. https://doi.org/10.1016/0166-2236(93)90010-j
Pin J.P., Bockaert J., 1989. Two distinct mechanisms, differentially affected by excitatory amino acids, trigger GABA release from fetal mouse striatal neurons in primary culture. J. Neurosci. 9 (2), 648–656. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.09-02-00648.1989
Wu Y., Wang W., Richerson G.B. 2001. GABA transaminase inhibition induces spontaneous and enhances depolarization-evoked GABA efflux via reversal of the GABA transporter. J. Neurosci. 21 (8), 2630–2639. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.21-08-02630.2001
Héja L., Simon Á., Szabó Z., Kardos J. 2019. Feedback adaptation of synaptic excitability via Glu: Na+ symport driven astrocytic GABA and Gln release. Neuropharmacology. 161, 107629. https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2019.05.006
Conti F., Minelli A., Melone M., 2004. GABA transporters in the mammalian cerebral cortex: Localization, development and pathological implications. Brain Res. Brain Rew. 45 (3), 196–212. https://doi.org/10.1016/j.brainresrev.2004.03.003