Исследование геропротекторных и радиопротекторных эффектов берберина и трихостатина А на модели Drosophila melanogaster

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Поиск препаратов, влияющих на замедление темпов старения и стимуляцию радиоустойчивости, является актуальной задачей биологии, экологии и медицины. В данной работе изучены эффекты влияния трихостатина А и берберина на продолжительность жизни, устойчивость к прооксиданту параквату и острому гамма-излучению плодовой мушки Drosophila melanogaster. Трихостатин А оказал более выраженный геропротекторный эффект, увеличив продолжительность жизни дрозофил на 3–9 %. Однако повышение радиоустойчивости наблюдали только после применения берберина у самцов. Их медианная выживаемость после действия гамма-излучения увеличилась на 25 %. Трихостатин А, напротив, повысил чувствительность мух к генотоксическому воздействию гамма-излучения, снизив выживаемость на 7–17 %.

Полный текст

Введение

Старение представляет собой биологический процесс, характеризующийся снижением биологических функций организма и потерей устойчивости к стрессорам [1]. Организм перестает поддерживать постоянство внутреннего состояния, в результате чего становиться более восприимчивым к повреждающим воздействиям и развитию возрастных патологических процессов, обусловливающих ухудшение состояние здоровья и дальнейшее нарастание темпов старения. В конечном итоге это приводит к гибели [2, 3]. Таким образом, продолжительность жизни (далее – ПЖ) организма тесно связана с его стрессоустойчивостью.

Ионизирующие излучения и прооксиданты оказывают значительное влияние на длительность жизни и темпы старения, вызывая изменения на всех уровнях организации, начиная с молекулярного. Они могут непосредственно повреждать макромолекулы, способствуют индукции нестабильности генома и изменению паттернов генной экспрессии, вызывают митохондриальную дисфункцию и метаболические нарушения, что приводит к выраженному токсическому эффекту на уровне тканей и органов. Реакция на эти факторы отражает общую жизнеспособность организма [4-6].

Поиск средств, замедляющих темпы старения и стимулирующих стрессо- и радиоустойчивость, является актуальной задачей в настоящее время. Наиболее доступным способом замедления темпов старения представляется применение веществ, которые могут воздействовать на скорость старения и повышать сопротивляемость организма негативным воздействиям. Ранее были описаны вещества, которые являются потенциальными геропротекторами и антимутагенами [7]. Примерами таких веществ являются берберин и трихостатин А.

Берберин – хорошо изученный природный алкалоид, для которого описано потенциальное действие против старения и развития ряда возрастзависимых заболеваний [8-11]. Он обладает антиоксидантной активностью [12], противоопухолевыми свойствами [13-15], обезболивающим [16] и противовоспалительным [17] действиями. Его биологические эффекты опосредованы несколькими сигнальными путями, включая NRF2/KEAP1, SIRT1, AMPK, IRS/PI3K/Akt/mTORC1, PTEN, GSK-3, NF-κB, JAK/STAT, MAPK [8, 10, 17–19], а также регуляцией метилирования ДНК и активности микроРНК [17, 19, 20].

Трихостатин А является ингибитором гистондеацетилаз (HDAC) классов I и II и способен влиять на функционирование хроматина через ацетилирование гистонов, а также регулировать экспрессию микроРНК [21, 22]. Известно, что препараты, воздействующие на эпигенетические механизмы, включая ингибиторы HDAC, могут влиять на скорость старения организма и являются потенциальными средствами для лечения возраст-зависимых заболеваний [23].

Ранее проведенные исследования показали положительное действие берберина и трихостатина А на ПЖ дрозофил и других модельных животных [24-30], но влияние данных веществ на устойчивость организма к генотоксическим факторам не описано. В данной работе мы исследовали влияние берберина и трихостатина А на продолжительность жизни и устойчивость Drosophila melanogaster к γ-излучению и прооксиданту параквату.

Материалы и методы

Линия Drosophila melanogaster и условия содержания

Исследование проводили на мухах линии дикого типа Canton-S (#64349), полученной из Дрозофилиного центра Университета Индианы (Блумингтон, США). Для каждого варианта эксперимента отбирали по 120–150 особей каждого пола в течение 24 ч после вылупления имаго. В эксперименте использовали самцов и оплодотворенных самок.

Для содержания дрозофил применяли климатические камеры Binder KBF720-ICH (Binder, Германия). Особей содержали при температуре +25 °С, относительной влажности воздуха 60 % и 12-часовом режиме освещения. Состав питательной среды был адаптирован из работы Xia и de Belle [31]: вода – 1 л, кукурузная мука – 92 г, сухие дрожжи – 32.1 г, агар-агар – 5.2 г, глюкоза – 136.9 г.

Исследуемые вещества

В эксперименте применяли растворы берберина (B3251, Sigma-Aldrich, США) в концентрациях 1; 10; 50; 100; 500; 1000; 5000 мкмоль/л и трихостатина А (T1952, Sigma-Aldrich, США) в концентрациях 0.1; 1; 10; 100 мкмоль/л. В качестве растворителя использовали 0.2 %-ный диметилсульфоксид (DMSO, D2650, Sigma-Aldrich, США) согласно рекомендациям изготовителя. Для DMSO в такой концентрации возможен токсичный эффект, но он не приводит к острой летальности у дрозофилы [32].

При анализе ПЖ исследуемые вещества наносили на поверхность питательной среды в объеме 30 мкл на пробирку в течение всей жизни имаго. В качестве контроля использовали 0.2 % DMSO. В случае изменения устойчивости к параквату и гамма-излучению вещества давали в течение первых 15 сут жизни имаго.

Анализ продолжительности жизни

Для каждого эксперимента дрозофил собирали в течение 24 ч после вылета имаго из куколок. С использованием углекислотной анестезии (Genesee Scientific, США) мух усыпляли, сортировали по полу и рассаживали в пробирки по 30 особей. Начиная с первого дня жизни имаго ежедневно вели подсчет числа умерших особей, два раза в неделю мух переносили на свежую среду.

Результаты представляли в виде кривых выживаемости Каплана-Майера и рассчитывали медианную ПЖ (длительность жизни наиболее типичных представителей выборки) и возраст 90 % смертности (показатель максимальной ПЖ). Для сравнения функций дожития использовали критерии Колмогорова-Смирнова [33] и Мантеля-Кокса [34]. Для оценки достоверности различий по медианной ПЖ применяли критерий Гехана-Бреслоу-Вилкоксона [35]. Для оценки статистической значимости различий возраста 90 % смертности использовали метод Ванг-Аллисона [36]. Обработку данных проводили с помощью программы Statistica, версия 6.1 (StatSoft, США), статистической среды R, версия 2.15.1 (The R Foundation) и онлайн-приложения OASIS 2 (Online application for survival analysis) [37].

Обработка паракватом

При проведении эксперимента мух содержали на среде, содержащей 2 % агар-агара и 5 % сахарозы и 20 ммоль/л параквата (#856177, Sigma-Aldrich). В эксперименте использовали мух в возрасте 15 сут. Мухи находились в стресс-индуцируемых условиях до конца жизни. Для оценки динамики гибели мушек по одной рассаживали в стеклянные капилляры диаметром 5 мм и анализировали в мониторе локомоторной активности DAM (Drosophila Activity Monitor, Trikinetics, США). Данные активности от отдельных мух были объединены в 30-минутные периоды и проанализированы. Погибших мух идентифицировали по полному отсутствию локомоторной активности. На основании полученных данных были построены кривые выживаемости. На каждый экспериментальный вариант анализировали по 32 особи в трех биологических повторностях.

Условия облучения

В возрасте 15 сут дрозофил облучали в дозе 800 Гр с использованием γ-источника с Cs-137 «Исследователь» (СССР). При мощности дозы 0.74 Гр/мин продолжительность облучения составила 18 ч. Выбрана доза 800 Гр, так как она значительно снижает выживаемость имаго самцов и самок дрозофил без острого летального эффекта. После облучения мух помещали на стандартную питательную среду без добавления исследуемых веществ.

Анализ экспрессии генов стресс-ответа

Оценку транскрипционной активности генов стресс-ответа проводили с применением метода ПЦР «в реальном времени» с этапом обратной транскрипции. Для каждого варианта эксперимента отбирали 10 особей каждого пола, которых предварительно содержали на среде с 0.2 % DMSO (контроль) или исследуемыми веществами в течение 15 сут.

РНК выделяли с помощью набора Aurum Total RNA Mini (Bio-Rad, США) в соответствии с инструкциями производителя. Концентрацию РНК измеряли с помощью набора для анализа РНК Quant-iT (Invitrogen, США) в соответствии с инструкциями производителя. кДНК была синтезирована в соответствии с набором для синтеза кДНК iScript (Bio-Rad, Hercules, CA, США) из полученного раствора РНК. Реакционную смесь для ПЦР-реакции готовили на основе смеси qPCRmix-HC SYBR (Евроген, Россия) и праймеров (Евроген, Россия) (табл. 1). ПЦР проводили в амплификаторе CFX96 (Bio-Rad, США) по следующей программе: (1) 95 Выбрана °С в течение 5 мин, (2) 95 °С в течение 10 сек, (3) 60 °С в течение 10 сек, (4) второй-третий этапы повторялись 49 раз, (5) стадия плавления ДНК. Экспрессию исследуемых генов рассчитывали относительно экспрессии референсных генов β-Tubulin, RpL32, EF1α. Обработку данных осуществляли с помощью программного обеспечения CFX Manager 3.1 (Bio-Rad, США) и программы Statistica, версия 6.1 (StatSoft, США). Эксперименты проводили в трех биологических и трех технических повторностях.

 

Таблица 1. Праймеры генов контроля клеточного стресс-ответа

Table 1. Primers of genes controlling the cellular stress response

Ген

Прямой праймер

Обратный праймер

β-Tubulin

GCAACTCCACTGCCATCC

CCTGCTCCTCCTCGAACT

RpL32

GAAGCGCACCAAGCACTTCATC

CGCCATTTGTGCGACAGCTTAG

EF1α

AGGGCAAGAAGTAGCTGGTTTGC

GCTGCTACTACTGCGTGTTGTTG

D-Gadd45 (гомолог (GADD45)

AAGTCGCGCACAGATACTCACG

AAGTCGCGCACAGATACTCACG

Rrp1 (гомолог APE1)

AGGATGGTCTGCAGTTGATTGACC

CGTTTGCGCACTTGGTTTCCTG

mus 210

AGAAGACGGTGCATTTGAGATTGC

ATGGGATGACAAGCGCCTTGATG

Brca2

CAACCGAAGCAAGGCAGGATTC

TCTGCCATAGTTCCTGGACCTTCC

okr

AGTCGGCCGAGAAGCATTTCAC

GCAGCGCTTACACTTGAGCTTG

Ku80

AGCTTCAGAATGTCGCAACTACC

TCGTTGAAATCGAAGAGCAGGAG

Sod1

TGCACGAGTTCGGTGACAACAC

TCCTTGCCATACGGATTGAAGTGC

Prx5

CCGATGAGCTGAAGTCCAAG

TTGCCGTTCTCCACCACCAG

Hsp68

TGGGCACATTCGATCTCACTGG

TAACGTCGATCTTGGGCACTCC

Hsp 83

TCAAGTGTTTGAGGGCGAGAGG

ACGCCAGTGAGATCGAATGTGC

Atg1

AGACTCTTCCTCGTGCAACTAGC

GCTTGAGATCACGATGCACAATTC

Atg5

CTCGTCAAGCTCAACTCCAAGG

GTTGACCAATCCCAGCCAAAGC

Ire1

GACAGTGAGGACAGCCGAATTATC

GCGATTGCGGATCCTTGTGTATC

 

Результаты и их обсуждение

Влияние берберина и трихостатина А на продолжительность жизни дрозофил

Мы проанализировали изменение ПЖ дрозофил при применении широкого спектра концентраций берберина (1-5000 мкмоль/л) и трихостатин А (0.1-100 мкмоль/л) на протяжении всей жизни.

Трихостатин А оказал положительное влияние на длительность жизни дрозофил. Он увеличивал медианную ПЖ самцов на 2–5 % (p < 0.001) и возраст 90 % смертности на 2 % (p < 0.001) при концентрациях вещества 0.1, 1 и 100 мкмоль/л. У самок показаны более значительные изменения при добавлении 0.1, 1 и 10 мкмоль/л трихостатина А - увеличение медианной ПЖ на 3–9 % (p < 0.001) и показателя максимальной ПЖ – на 8% (p < 0.001).

Природное соединение берберин оказало положительное действие только на самок дрозофил, увеличив их медианную ПЖ на 2-3 % (p < 0.01) и возраст 90 % смертности на 1 % (p < 0.01). У самцов результаты были статистически незначимы (р > 0.05) или связаны с укорочением жизни (табл. 2, рис. 1).

 

Таблица 2. Параметры продолжительности жизни самцов и самок Drosophila melanogaster при обработке берберином и трихостатином А

Table 2. Lifespan parameters of Drosophila melanogaster males treated with berberine and trichostatin A

Вещество

C

Повторность

Самцы

Самки

M

90%

N

M

90%

N

Берберин

0 (DMSO)

1

56

66

159

63

69

147

1

52

63*

129

63*

70

202

10

55

63

149

59*

69

147

100

56

64

146

60

69

157

500

55

63

141

57*

69

144

1000

55*

64

145

62

72**

134

5000

56

63

113

60

69

126

0 (DMSO)

2

56

63

136

57

66

142

1

56

63

138

59

67

148

10

56

63

142

61***

71***

150

100

53

63

126

56

65

144

500

53*

63

144

59

67

146

1000

56*

63

147

59*

70*

153

5000

56*

63

150

59

70*

149

0 (DMSO)

3

57

64

154

60

71

148

1

67

64

141

61

70

145

10

56

64

133

61

71

144

100

56

64

138

64***

71

150

500

57

64

148

64**

72**

144

1000

58

64

148

64***

72**

149

5000

56

64

151

64***

71*

148

Трихостатин А

0 (DMSO)

1

56

63

157

59

66

159

0.1

60

62

215

63

64

163

1

56

63

147

60

68

156

10

57**

63**

156

60*

66

159

100

57**

63

157

59

66

149

0 (DMSO)

2

57

61

146

57

66

142

0.1

57

64

153

64

65

161

1

57

64

153

60

68

152

10

53

64

148

64***

71

147

100

57*

64

141

57

68

143

Примечание. С - концентрация (мкмоль/л); М – медианная ПЖ (сут); 90 % – время 90 % смертности (сут); N – количество особей в выборке. При сравнении времени 90 % смертности использовали метод Ванг-Аллисона, для медианной выживаемости – критерии Гехана-Бреслоу-Вилкоксона и Мантеля-Кокса.

Условные обозначения. Различия с контролем достоверны при * – p < 0.05; ** – p < 0.01, *** – p < 0.001.

Note. C - concentration (????M/l); M – median lifespan (days); 90 % – time of 90 % mortality (days); N – a number of individuals in a sample. When comparing the time of 90 % mortality, the Wang-Allison method was used; for median survival, the Gehan-Breslow-Wilcoxon and Mantel-Cox tests were used.

Symbols. Differences with a control are significant at * – p < 0.05, ** – p < 0.01, *** – p < 0.001.

 

Рисунок 1. Влияние берберина и трихостатина А на продолжительность жизни Drosophila melanogaster.

Условные обозначения. * – p < 0.05; ** – p < 0.01; *** – p < 0.001.

Figure 1. Effect of berberine and trichostatin A on the lifespan of Drosophila melanogaster.

Symbols. * – p < 0.05, ** – p < 0.01, *** – p < 0.001.

 

Влияние берберина и трихостатина А на устойчивость дрозофил к параквату и гамма-излучению

Мы оценили влияние берберина и трихостатина А на устойчивость дрозофил к стрессорам: прооксиданту параквату в концентрации 20 ммоль/л и гамма-излучению в дозе 800 Гр. Для исследования выбрали концентрации изучаемых веществ, показавшие наибольший положительный эффект на ПЖ.

Берберин и трихостатин А преимущественно не оказывали влияния на выживаемость самок в условиях воздействия параквата. Однако берберин в концентрации 1000 мкмоль/л снизил медианную выживаемость самцов на 8–10 % (р < 0.01) и максимальную – на 6 % (р < 0.05).

Берберин в концентрациях 10 и 1000 мкмоль/л увеличил медианную выживаемость самцов на 25 % (р < 0.001) после острого действия гамма-излучения. В то же время трихостатин А повысил чувствительность самцов к генотоксическому воздействию, снизив выживаемость на 9–17 % (р < 0.001) (рис. 2). Действие берберина на радиоустойчивость самок оказалось статистически незначимым (р > 0.05), а трихостатин А снизил их выживаемость на 7 % (р < 0.01).

 

Рисунок 2. Влияние берберина и трихостатина А на устойчивость дрозофил к прооксиданту параквату и гамма-излучению.

Условные обозначения. * – p < 0.05, ** – p < 0.01, *** – p < 0.001.

Figure 2. The effect of berberine and trichostatin A on the resistance of Drosophila to the paraquat prooxidant and gamma irradiation.

Symbols. * – p < 0.05, ** – p < 0.01, *** – p < 0.001.

 

Изменение экспрессии генов стресс-ответа у дрозофил после обработки берберином и трихостатином А

У мух, потреблявших берберин и трихостатин А анализировали экспрессию генов, участвующих в стресс-ответе, включая гены антиоксидантной защиты (Prx5, Sod2), гены ответа на повреждение ДНК и репарации ДНК (Gadd45, Rrp1, mus210, Brca2, okr, Ku80), а также генов протеостаза (Hsp68, Hsp83, Atg1, Atg5, Ire1).

Берберин повышал активность гена Hsp68, кодирующего белок теплового шока 68, у самцов и самок в 2.6 и 1.7 раз (p < 0.05) соответственно. Кроме того, у самок наблюдалась активация транскрипции генов аутофагии Atg1 и Atg5 и гена ответа на стресс эндоплазматической сети Ire1 в 1.3-1.5 раз (p < 0.05) после потребления этого вещества.

Трихостатин А активировал ген ответа на повреждение Gadd45 у самцов и самок, а также гены репарации ДНК Mus210, Brca2, Ku80 у самок в 1.5-3.0 раза (p < 0.05). Но у самцов наблюдалось подавление экспрессии Ku80 после применения этого вещества. В то же время действие трихостатина А на активность генов протеостаза оказалось противоположным у особей разного пола. У самок наблюдали повышение их активности, а у самцов - снижение, кроме гена Hsp68, который активировался у всех дрозофил в 2.1-2.2 раза (p < 0.05). Положительный эффект также был выявлен у самок в отношении гена Sod2 (p < 0.05) (рис. 3).

 

Рисунок 3. Влияние берберина и трихостатина А на экспрессию генов стресс-ответа.

Условные обозначения. * - p < 0.05 по U-критерию Манна-Уитни.

Figure 3. The effect of berberine and trichostatin A on the expression of stress response genes.

Symbols. * - p < 0.05 according to the Mann-Whitney U-test.

 

В данном исследовании in vivo были сопоставлены эффекты берберина и трихостатина А на ПЖ Drosophila melanogaster, а также впервые изучено влияние этих веществ на устойчивость дрозофил к острому гамма-излучению и прооксиданту параквату.

Положительное действие выбранных нами препаратов было показано ранее на различных модельных организмах. Берберин увеличивал длительность жизни дрожжей [27], мышей [27] и дрозофил [24, 25]. Трихостатин А также показал положительное влияние на ПЖ нематод [28], дрозофил [26] и мышей [29, 30]. В нашей работе мы подтвердили их геропротекторное действие, оба препарата продлили жизнь дрозофил, но более выраженный эффект был получен для трихостатина А, который увеличил ПЖ на 3-9 %. Различия в эффектах этих двух соединений могут быть обусловлены их разной биодоступностью [38, 39].

Ионизирующие излучения являются одним из факторов, приводящих к повреждениям ДНК, образованию промежуточных продуктов репарации, мутациям [40]. Кроме того, они вызывают спектр эпигенетических изменений, вносящих вклад в состояние генетической нестабильности (изменение экспрессии генов, ацетилирования гистонов или паттернов метилирования ДНК) [41]. Паракват также способен нарушать целостность и стабильность генома, опосредованно через индукцию свободных радикалов. Он вызывает выраженную митохондриальную токсичность, индуцирует апоптоз, перекисное окисление липидов и тяжелое вторичное воспаление [42, 43].

Согласно данным литературы, выбранные нами препараты – берберин и трихостатин А – оказывают защитное действие на клетки и организм в целом и могут стимулировать внутренние компенсаторные механизмы. В частности, трихостатин А способен активировать внутриклеточный сигнальный путь Akt/Nrf2 и усиливать антиоксидантную защиту в раковых клетках HeLa и HepG2 [44], а его положительное влияние на продолжительность жизни дрозофил может быть связано с активацией уровня экспрессии генов белков теплового шока [26, 45]. В исследовании на мышах трихостатин А оказывает кардиозащитное действие, через активацию сигнального пути FoxO3a и белков антиоксидантной защиты (SOD2, каталазы) [46]. Берберин повышал выживаемость дрозофил при высокой температуре [25]. У мышей этот алкалоид подавлял окислительный стресс и воспаление посредством сигнальных путей, включая NF-κB, AMPK и Nrf2 [47, 48]. В то же время имеются экспериментальные данные, указывающие на повышение чувствительности раковых клеток человека к ультрафиолетовому и ионизирующему излучению после обработки трихостатином [49-52] и берберином [53].

Мы предположили, что оба вещества повысят выживаемость особей Drosophila melanogaster при воздействии параквата и гамма-излучения. Однако положительное действие оказал только берберин на радиоустойчивость самцов дрозофил, увеличив данный показатель на 25 %. Трихостатин А, напротив, снижал выживаемость дрозофил после действия острого гамма-излучения на 17 %.

Для выяснения возможных молекулярных механизмов, обусловливающих наблюдаемые эффекты берберина и трихостатина А на уровне организма, мы оценили изменение экспрессии генов, вовлеченных в механизмы стресс-ответа, после применения веществ. Берберин преимущественно активировал гены протеостаза, особенно Hsp68. Продукт этого гена является одним из белков теплового шока – важных регуляторов ПЖ организма и ответа на повреждающие факторы. Они противодействуют накоплению аномальных белков, последствиям окислительного стресса и модулируют апоптоз (активируют его в случае избытка поврежденных макромолекул, либо обеспечивают выживание в стрессовых условиях) [54]. Повышенная экспрессия гена Hsp68 у дрозофил связана с долгожительством [55]. Тем не менее в некоторых моделях in vitro и in vivo берберин, напротив, подавлял гены и белки теплового шока и аутофагии [56-58].

Трихостатин А повышал экспрессию гена ответа на повреждение ДНК Gadd45 и генов, отвечающих за разные механизмы репарации ДНК. Эффект в большей степени проявлялся у самок, для которых также был отмечен и больший эффект на ПЖ. В экспериментах на клеточных культурах ранее была установлена способность данного вещества стимулировать клеточный ответ на повреждение ДНК через ингибирование деацетилаз и изменение конформации хроматина [59-62]. Стоит отметить, что повышенная экспрессия генов репарации ДНК (включая Gadd45) может быть связана с продлением жизни организма [63, 64]. При этом она сопровождается выраженным повышение радиочувствительности [65]. Возможно, что негативный эффект трихостатина А на устойчивость к острому гамма-излучению отчасти обусловлен избыточной активацией и нарушением баланса систем ответа на повреждение ДНК.

У самок, получавших трихостатин А, также наблюдалась активация гена антиоксидантной защиты Sod1 и генов протеостаза. Ранее в исследованиях на дрозофиле было показано, что трихостатин А через регуляцию ацетилирования гистонов способен стимулировать экспрессию генов, связанных с ответом на повреждение белков, например Hsp22 и Hsp70 [26, 45], что также подтверждают полученные данные на культурах клеток человека [66].

В то же время трихостатин А оказывал разнонаправленное действие на экспрессию большинства анализируемых генов стресс-ответа у самцов и самок, и схожую тенденцию для радиоустойчивости дрозофил. Половые различия могут быть обусловлены взаимодействием ингибитора HDAC с гормонами, регулирующими размножение и развитие организма. Например, в исследованиях на грызунах описана обратная связь между эпигенетическими модификациями и половыми гормонами (эстрадиолом и лютеинизирующим гормоном), которая определяет состояние здоровье и старение [67, 68]. Также установлено, что ацетилирование и деацетилирование гистонов важны для регуляторной активности ювенильного гормона у дрозофилы, а трихостатин А способен влиять на экспрессию ряда генов, опосредующих действие этого гормона [69].

Таким образом, нами показаны потенциальные геро- и радиопротекторные эффекты трихостатина А и берберина на модели D. melanogaster. Трихостатин А оказал положительное влияние на длительность жизни дрозофил, но повысил их чувствительность к острому гамма-излучению. Берберин при небольшом увеличении продолжительности жизни значительно повысил выживаемость самцов при радиационном воздействии.

×

Об авторах

Наталия Сергеевна Уляшева

Институт биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: uliasheva.n.s@ib.komisc.ru
ORCID iD: 0000-0002-3326-055X
Scopus Author ID: 57221866830

младший научный сотрудник 

Россия, Сыктывкар

Екатерина Николаевна Прошкина

Институт биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН

Email: proshkina.e.n@ib.komisc.ru
ORCID iD: 0000-0003-4558-1796
Scopus Author ID: 56801009300

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник 

Россия, Сыктывкар

Михаил Вячеславович Шапошников

Институт биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН

Email: shaposhnikov@ib.komisc.ru
ORCID iD: 0000-0002-4625-6488
Scopus Author ID: 7004704906

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник 

Россия, Сыктывкар

Алексей Александрович Москалев

Институт биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН; Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН

Email: amoskalev@ib.komisc.ru
ORCID iD: 0000-0002-3248-1633
Scopus Author ID: 7003730453

доктор биологических наук, профессор РАН, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией геропротекторных и радиопротекторных технологий Института биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН; ведущий научный сотрудник Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта

Россия, Сыктывкар; Москва

Список литературы

  1. Da Costa, J. P. A synopsis on aging-theories, mechanisms and future prospects / J. P. da Costa, R. Vitorino, G. M. Silva [et al.] // Ageing Res Rev. – 2016. – Vol. 29. – P. 90-112.
  2. Moskalev, A. A. Genetics and epigenetics of aging and longevity / A. A. Moskalev, A. M. Aliper, Z. Smit-McBride [et al.] // Cell Cycle. – 2014. – Vol. 13. – № 7. – P. 1063-77.
  3. Dues, D. J. Aging causes decreased resistance to multiple stresses and a failure to activate specific stress response pathways / D. J. Dues, E. K. Andrews, C. E. Schaar [et al.] // Aging (Albany NY). – 2016. – Vol. 8. – № 4. – P. 777-95.
  4. Marion, J. The effects of radiation on the longevity of female Drosophila subobscura / J. Marion, Lamb // Journal of Insect Physiology. –1964. –Vol. 10. – № 3. – P. 487-497.
  5. Gaman, L. Can ageing be slowed: Hormetic and redox perspectives / L. Gaman, I. Stoian, V. Atanasiu // J Med Life. –2011. – Vol. 4. – № 4. – P. 346-51.
  6. Belyi, A. A. The resistance of Drosophila melanogaster to oxidative, genotoxic, proteotoxic, osmotic stress, infection, and starvation depends on age according to the stress factor / А. А. Belyi, A. A. Alekseev, A. Y. Fedintsev [et al.] // Antioxidants (Basel). – 2020. – Vol. 9. – № 12. – P. 1239.
  7. Прошкина, Е. Н. Ключевые молекулярные механизмы старения, биомаркеры и потенциальные интервенции / Е. Н. Прошкина, И. А. Соловьев, М. В. Шапошников, А. А. Москалев // Молекулярная биология. – 2020. – Т. 54, № 6. – С. 883-921.
  8. McCubrey, J. A. Regulation of GSK-3 activity by curcumin, berberine and resveratrol : Potential effects on multiple diseases / J. A. McCubrey, K. Lertpiriyapong, L. S. Steelman [et al.] // Adv Biol Regul. – 2017. – Vol. 65. – P. 77-88.
  9. Xu, Z. Rhizoma coptidis and berberine as a natural drug to combat aging and aging-related diseases via anti-oxidation and AMPK activation / Z. Xu, W. Feng, Q. Shen [et al.] // Aging Dis.– 2017.–Vol. 8. –№ 6.– P. 760-777.
  10. Kooshki, L. The pivotal role of JAK/STAT and IRS/PI3K signaling pathways in neurodegenerative diseases: Mechanistic approaches to polyphenols and alkaloids / L. Kooshki, S.N Zarneshan, S. Fakhri [et al.] // Phytomedicine. – 2023. – Vol. 112. – P. 154686.
  11. Gjorgieva Ackova, D. Alkaloids as natural NRF2 inhibitors: Chemoprevention and cytotoxic action in cancer / D. Gjorgieva Ackova, V. Maksimova, K. Smilkov [et al.] // Pharmaceuticals (Basel). – 2023. –Vol. 16. – № 6. – P. 850.
  12. Vuddanda, P. R. Berberine: a potential phytochemical with multispectrum therapeutic activities / P. R. Vuddanda, S. Chakraborty, S. Singh // Expert Opin Investig Drugs. – 2010. – Vol. 19. –№ 10. – P. 1297-307.
  13. Xiong, R.G. Anticancer effects and mechanisms of berberine from medicinal herbs: An update review / R. G. Xiong, S. Y. Huang, S. X. Wu [et al.] // Molecules. – 2022. – Vol. 27.– № 14. – P. 4523.
  14. Lui, D. Natural isoquinoline alkaloid with antitumor activity: studies of the biological activities of berberine / D. Liu, X. Meng, D. Wu [et al.] // Front Pharmacol. – 2019. – Vol. 10. – № 9.
  15. Rauf, A. Berberine as a potential anticancer agent: A comprehensive review / A. Rauf, T. Abu-Izneid, A. A. Khalil [et al.] // Molecules. - 2021. – Vol. 26. – № 23. – P. 7368.
  16. Hashemzaei, M. A review on pain-relieving activity of berberine / M. Hashemzaei, R. Rezaee // Phytother Res. – 2021. – Vol. 35. – № 6. – P. 2846-2853.
  17. Haftcheshmeh, S. M. Berberine as a natural modulator of inflammatory signaling pathways in the immune system: Focus on NF-κB, JAK/STAT, and MAPK signaling pathways / S.M. Haftcheshmeh, M. Abedi, K. Mashayekhi [et al.] // Phytother Res. – 2022. – Vol. 36. – № 3. – P. 116-123.
  18. Gjorgieva Ackova, D. Alkaloids as natural NRF2 inhibitors: Chemoprevention and cytotoxic action in cancer / D. Gjorgieva Ackova, V. Maksimova, K. Smilkov [et al.] // Pharmaceuticals (Basel). – 2023. – Vol. 16. – № 6. – P. 850.
  19. DiNicolantonio, J. J. Ferulic acid and berberine, via Sirt1 and AMPK, may act as cell cleansing promoters of healthy longevity / J. J. DiNicolantonio, M. F McCarty, S. I. Assanga [et al] // Open Heart. – 2022. – Vol. 9. – № 1. – P. e001801.
  20. McCubrey, J. A. Effects of resveratrol, curcumin, berberine and other nutraceuticals on aging, cancer development, cancer stem cells and microRNAs / J. A. McCubrey, K. Lertpiriyapong, L. S. Steelman [et al.] // Aging (Albany NY). – 2017. – Vol. 9. – № 6. – P. 1477-1536.
  21. Rhodes, L.V. The histone deacetylase inhibitor trichostatin A alters microRNA expression profiles in apoptosis-resistant breast cancer cells / L. V. Rhodes, A. M. Nitschke, H. C. Segar [et al.] // Oncol Rep. – 2012. – Vol. 27. – № 1. – Р. 6-10.
  22. Dekker, F. J. Small molecule inhibitors of histone acetyltransferases and deacetylases are potential drugs for inflammatory diseases / F. J. Dekker, T. Bosch, N. I. Martin // Drug Discov Today. – 2014. – Vol. 19. – № 5. – P. 654-60.
  23. Pasyukova, E. G. Epigenetic enzymes: A role in aging and prospects for pharmacological targeting / E. G. Pasyukova, A. V. Symonenko, O. Y. Rybina, A. M.Vaiserman // Ageing Research Reviews. – 2021. – Vol. 67. – P. 1568-1637.
  24. Navrotskaya, V. V. Berberine prolongs lifespan and stimulates locomotor activity of Drosophila melanogaster / V. V. Navrotskaya, G. Oxenkrug, L. I. Vorobyova, P. Summergrad // Am J Plant Sci. – 2012. – Vol. 3. – № 7A. – P. 1037-1040.
  25. Navrotskaya, V. Berberine attenuated aging-accelerating effect of high temperature in Drosophila model / V. Navrotskaya, G. Oxenkrug, L.Vorobyova, P. Summergrad // Am J Plant Sci. – 2014. – Vol. 5. – № 3. – P. 275-278.
  26. Tao, D. Trichostatin A extends the lifespan of Drosophila melanogaster by elevating hsp22 expression / D. Tao, J. Lu, H. Sun [et al.] // Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai). – 2004. – Vol. 36. – № 9. – P. 618-622.
  27. Dang, Y. Berberine ameliorates cellular senescence and extends the lifespan of mice via regulating p16 and cyclin protein expression / Y. Dang, Y. An, J. He [et al.] // Aging Cell. – 2020. – Vol. 19. – № 81.
  28. Calvert, S. A network pharmacology approach reveals new candidate caloric restriction mimetics in C. elegans / S. Calvert, R. Tacutu, S. Sharifi [et al.] // Aging Cell. – 2016.–Vol. 15. – № 2. – P. 256-266.
  29. Avila, A. M. Trichostatin A increases SMN expression and survival in a mouse model of spinal muscular atrophy / A. M. Avila, B. G. Burnett, A. A. Taye [et al.] // J Clin Invest. – 2007. – Vol. 117. – № 3. – P. 659-71.
  30. Lui, H. The Smn-independent beneficial effects of trichostatin A on an intermediate mouse model of spinal muscular atrophy / H. Liu, A. Yazdani, L. M. Murray [et al.] // PLoS One. – 2014. – Vol. 9. – № 7. – P. e101225
  31. Xia, B. Transgenerational programming of longevity and reproduction by post-eclosion dietary manipulation in Drosophila / B. Xia, J.S. de Belle // Aging. – 2016. – Vol. 8. – № 5. – P. 1115–1134.
  32. Solovev, I.A. Chronobiotics KL001 and KS15 extend lifespan and modify circadian rhythms of Drosophila melanogaster / I.A. Solovev, M.V. Shaposhnikov, A.A. Moskalev // Clocks Sleep. – 2021. – Vol. 3. – № 3. – P. 429-441.
  33. Hilton, J. F. An algorithm for conducting exact Smirnov tests / J. F. Hilton, C. R. Mehta, N. R. Patel // Computational Statistics & Data Analysis. – 1994. – Vol. 17. – № 4. – P. 351–361.
  34. Mantel, N. Evaluation of survival data and two new rank order statistics arising in its consideration / N. Mantel // Cancer Chemotherapy Reports. Part 1. – 1966. – Vol. 50. – № 3. – P. 163–170.
  35. Martinez, R. L. Pretest for choosing between logrank and wilcoxon tests in the two-sample problem / R. L. Martinez, D.A. NaranjoJ // Metron. – 2012. – Vol. 68. – № 2. – P. 111–125.
  36. Wang, C. Statistical methods for testing effects on “maximum lifespan” / C. Wang, Q. Li, D. Redden [et al.] // Mechanisms of Ageing and Development. – 2004. – Vol. 125. – № 9. – P. 629–632.
  37. Han, S. K. OASIS2: online application for survival analysis 2 with features for the analysis of maximal lifespan and healthspan in aging research / S. K. Han, D. Lee, H. Lee [et al.] // Oncotarget. – 2016. – Vol. 7. – № 35. – P. 56147–56152.
  38. Tambunan, U. S. Identification of a better Homo sapiens Class II HDAC inhibitor through binding energy calculations and descriptor analysis / U. S. Tambunan, E. K. Wulandari // BMC Bioinformatics. – 2010. – Vol. 11. – Suppl. 7(S16).
  39. Gasmi, A. Berberine: Pharmacological features in health, disease and aging / A. Gasmi, F. Asghar, S. Zafar [et al.] // Curr Med Chem. – 2023.
  40. Vaiserman, A. M. Cross-life stage and cross-generational effects of gamma irradiations at the egg stage on Drosophila melanogaster life histories / A. M. Vaiserman, N. M. Koshel, L. V. Mechova [et al.] // Biogerontology. – 2004. – Vol. 5. – № 5. – P. 327-37.
  41. Vaisnav, M. Genome-wide association analysis of radiation resistance in Drosophila melanogaster / M. Vaisnav, C. Xing, H.C. Ku [et al.] // PLoS One. – 2014. – Vol. 9. – № 8. – P. e104858.
  42. Gawarammana, I. B. Medical management of paraquat ingestion / I. B. Gawarammana, N. A Buckley // Br J Clin Pharmacol. – 2011. – Vol. 72. – № 5. – P. 745-57.
  43. Gao, L. Toxicology of paraquat and pharmacology of the protective effect of 5-hydroxy-1-methylhydantoin on lung injury caused by paraquat based on metabolomics / L. Gao, H. Yuan, E. Xu [et al.] // Sci Rep. – 2020. – Vol. 10. – № 1. – P. 1790.
  44. Zhang, F. Low dose of trichostatin A improves radiation resistance by activating Akt/Nrf2-dependent antioxidation pathway in cancer cells / F. Zhang, C. Shao, Z. Chen [et al.] // Radiat Res. – 2021. – Vol. 195. – № 4. – P. 366-367.
  45. Zhao, Y. Lifespan extension and elevated hsp gene expression in Drosophila caused by histone deacetylase inhibitors / Y. Zhao, H. Sun, J. Lu [et al.] // J Exp Biol. – 2005. – Vol. 208 (Pt 4). – P. 697-705.
  46. Guo, Y. Trichostatin A attenuates oxidative stress-mediated myocardial injury through the FoxO3a signaling pathway / Y. Guo, Z. Li, C. Shi [et al.] // Int J Mol Med. – 2017. – Vol. 40. – № 4. – P. 999-1008.
  47. Lee, D. Inhibitory effects of berberine on lipopolysaccharide-induced inducible nitric oxide synthase and the high-mobility group box 1 release in macrophages / D. Lee, J. Bae, Y. K. Kim [et al.] // Biochem Biophys Res Commun. – 2013. – Vol. 431. – № 3. – P. 506-11.
  48. Ma, X. The pathogenesis of Diabetes mellitus by oxidative stress and inflammation: Its inhibition by berberine / X. Ma, Z. Chen, L. Wang [et al] // Front Pharmacol. – 2018. – Vol. 9. – P. 782.
  49. Wang, S. Trichostatin A enhances radiosensitivity and radiation-induced DNA damage of esophageal cancer cells / S. Wang, M. Song, B.Zhang // J Gastrointest Oncol. – 2021. – Vol. 12. – № 5. – P. 1985-1995.
  50. Nagarajan, D. Trichostatin A inhibits radiation-induced epithelial-to-mesenchymal transition in the alveolar epithelial cells / D. Nagarajan, L. Wang, W. Zhao, X. Han // Oncotarget. – 2017. – Vol. 8. – № 60. – P. 101745-101759.
  51. Kim, J.H. Sequence-dependent radiosensitization of histone deacetylase inhibitors trichostatin A and SK-7041 / J.H. Kim, I.H. Kim, J.H. Shin [et al.] // Cancer Res Treat. – 2013. – Vol. 45. – № 4. – P. 334-42.
  52. Qiu, X. Evaluation of the antioxidant effects of different histone deacetylase inhibitors (HDACis) on human lens epithelial cells (HLECs) after UVB exposure / X. Qiu, X. Rong, J. Yang, Y. Lu // BMC Ophthalmol. – 2019. – Vol. 19. – № 1. – P. 42.
  53. Peng, P. L. Synergistic tumor-killing effect of radiation and berberine combined treatment in lung cancer: the contribution of autophagic cell death / P. L. Peng, W. H. Kuo, H. C. Tseng, F. P. Chou // Int J Radiat Oncol Biol Phys. – 2008. – Vol. 70. – № 2. – P. 529-542.
  54. Tower, J. Heat shock proteins and Drosophila aging / J. Tower // Exp Gerontol. – 2011. – Vol. 46. – № 5. – P. 355-62.
  55. Wang, M. C. JNK signaling confers tolerance to oxidative stress and extends lifespan in Drosophila / M. C. Wang, D. Bohmann, H. Jasper // Dev Cell. – 2003. – Vol. 5. – № 5. – P. 811-6.
  56. La, X. Berberine-induced autophagic cell death by elevating GRP78 levels in cancer cells / X. La, L. Zhang, Z. Li [et al.] // Oncotarget. – 2017. – Vol. 8. – № 13. – P. 20909-20924.
  57. Jiang, J. F. Mechanism underlying berberine’s effects on HSP70/TNFα under heat stress: Correlation with the TATA boxes / J. F. Jiang, F. Lei, Z. X. Yuan [et al.] // Chin J Nat Med. – 2017. – Vol. 15. – № 3. – P. 178-191.
  58. Jiang, J. F. Novel effect of berberine on thermoregulation in mice model induced by hot and cold environmental stimulation / J. F. Jiang, Y. G. Wang, J. Hu [et al.] // PLoS One. – 2013. – Vol. 8. – № 1. – P. e54234.
  59. Gao, L. Histone deacetylase inhibitor trichostatin A and autophagy inhibitor chloroquine synergistically exerts anti-tumor activity in H-ras transformed breast epithelial cells / L. Gao, X. Sun, Q. Zhang [et al.] // Mol Med Rep. – 2018. – Vol. 17. – № 3. – P. 4345-4350.
  60. Zhang, Y. Attenuated DNA damage repair by trichostatin A through BRCA1 suppression / Y. Zhang, T. Carr, A. Dimtchev [et al.] // Radiat Res. – 2007. – Vol. 168. – № 1. – P. 115-24.
  61. Campanero, M. R. The histone deacetylase inhibitor trichostatin A induces GADD45 gamma expression via Oct and NF-Y binding sites / M. R. Campanero, A. Herrero, V. Calvo // Oncogene. – 2008. – Vol. 27.–№ 9. – P. 1263-72.
  62. Egidi, F. Modulation of chromatin conformation by the histone deacetylase inhibitor trichostatin A promotes the removal of radiation-induced lesions in ataxia telangiectasia cell lines / F. Egidi, S. Filippi, F. Manganello [et al.] // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. – 2018. – Vol. 836(Pt A). – P. 109-116.
  63. Plyusnina, E.N. Increase of Drosophila melanogaster lifespan due to D-GADD45 overexpression in the nervous system / E. N. Plyusnina, M. V. Shaposhnikov. A. A. Moskalev // Biogerontology. – 2011. – Vol. 12. – № 3. – P. 211-226.
  64. Shaposhnikov, M. Lifespan and stress resistance in Drosophila with overexpressed DNA repair genes / M. Shaposhnikov, E. Proshkina. L. Shilova [et al.] // Sci Rep.– 2015. – Vol. 5. – P. 15299.
  65. Koval, L. The role of DNA repair genes in radiation-induced adaptive response in Drosophila melanogaster is differential and conditional / L. Koval, E. Proshkina, M. Shaposhnikov, A. Moskalev // Biogerontology. – 2020. – Vol. 21. – № 1.– P. 45-56.
  66. Gao, L. Histone deacetylase inhibitor trichostatin A and autophagy inhibitor chloroquine synergistically exerts anti-tumor activity in H-ras transformed breast epithelial cells / L. Gao, X. Sun, Q. Zhang [et al.] // Mol Med Rep. – 2018. – Vol. 17. – № 3. – P. 4345-4350.
  67. Kovacs, T. Estradiol-induced epigenetically mediated mechanisms and regulation of gene expression / T. Kovacs, E. Szabo-Meleg, I. M. Abraham // Int J Mol Sci. – 2020. –Vol. 21. – № 9. – P. 3177.
  68. Dai, R. Epigenetic modification of Kiss1 gene expression in the AVPV is essential for female reproductive aging / R. Dai, W. Xu, W. Chen [et al.] // Biosci Trends. – 2022. – Vol. 16 – № 5. – P. 346-358.
  69. Roy, A. Epigenetic modifications acetylation and deacetylation play important roles in juvenile hormone action / A. Roy, S. R. Palli // BMC Genomics. – 2018. – Vol. 19. – № 1. – P. 934.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рисунок 1. Влияние берберина и трихостатина А на продолжительность жизни Drosophila melanogaster.

Скачать (250KB)
3. Рисунок 2. Влияние берберина и трихостатина А на устойчивость дрозофил к прооксиданту параквату и гамма-излучению.

Скачать (321KB)
4. Рисунок 3. Влияние берберина и трихостатина А на экспрессию генов стресс-ответа.

Скачать (394KB)

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».