Гендерные и возрастные особенности реакции протеасомы 20S в условиях ограничения калорийности питания

Актуальность. Протеасома 20S является представителем убиквитин-протеазной системы, регулирующая как анаболические, так и катаболические процессы. Поиск путей регуляции этим процессом является актуальным. Цель: исследовать особенности активации протеасомы 20S в условиях гипокалорийного питания и установить взаимосвязи с гендерными, возрастными и весовыми характеристиками человека. Материалы и методы. В работе обследовано 48 пациентов в возрасте 18-75 лет (11 мужчин и 37 женщин), получавшие гипокалорийное питание (800-1200 ккал/сут), лечебное голодание, физиотерапевтические и очистительные процедуры, физическую нагрузку (Центр «Здоровье», г. Майкоп, Россия). Определяли: концентрацию 20S в крови иммуноферментным, а состав тела - импедансометрическим методом. Результаты. Гендерная особенность заключалась в различиях доминирующего компонента тела, определяющего базовую активность протеасомы 20S. У женщин этим компонентом являлась жировая ткань; у мужчин доминирующий сектор не выявлялся. Оздоровительная программа сопровождалась потерей массы тела, активацией функции 20S, независимо от степени ограничения калорийности питания. У женщин до 50 лет реакция активации происходила за счет жировой массы при ингибировании ее в мышечной и тощей массе. У женщин более 50 лет, напротив, активность определялась в мышечной и тощей массе при ингибировании ее в жировой. У мужчин таких особенностей в реакции протеасомы 20S выявлено не было. Полученные данные свидетельствует о разной степени активации ресинтеза, аутофагии и апоптоза. Ограничение калорийности питания является физиологическим стрессовым фактором для активации протеасомы 20S. Заключение. Гипокалорийное питание и лечебное голодание в комплексе с физиотерапевтическими процедурами может быть альтернативным методом обновления и ресинтеза белкового пула в организме человека. При использовании этих методов следует учитывать гендерные и возрастные особенности пациентов.

протеасома 20S, гипокалорийная диета, лечебное голодание, состав тела, мужчины, женщины

1. Coux O., Zieba B.A., Meiners S. The Proteasome System in Health and Disease. Adv Exp Med Biol. 2020;1233:55-100. doi: 10.1007/978-3-030-38266-7_3.

2. Sahu I., Mali S.M., Sulkshane P., Xu C. et al. The 20S as a stand-alone proteasome in cells can degrade the ubiquitin tag. Nat Commun. 2021;12(1):6173. doi: 10.1038/s41467-021-26427-0.

3. Thomas T., Salcedo-Tacuma D., Smith D.M. Structure, Function, and Allosteric Regulation of the 20S Proteasome by the 11S/PA28 Family of Proteasome Activators. Biomolecules. 2023 Aug 29;13(9):1326. doi: 10.3390/biom13091326.

4. Zhu Y., Shigeyoshi K., Hayakawa Y., Fujiwara S. et al. Acceleration of Protein Degradation by 20S Proteasome-Binding Peptides Generated by In Vitro Artificial Evolution.Int. J. Mol. Sci. 2023;24(24):17486. doi: 10.3390/ijms242417486.

5. Jesenberger V., Jentsch S. Deadly encounter: ubiquitin meets apoptosis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002;3(2):112-21. doi: 10.1038/nrm731.

6. Zhang H.G., Wang J., Yang X., Hsu H.C. et al. Regulation of apoptosis proteins in cancer cells by ubiquitin. Oncogene. 2004;23(11):2009-15. doi: 10.1038/sj.onc.1207373.

7. Yousef A.A., Suliman G.A., Mabrouk M.M. The value of correlation of serum 20S proteasome concentration and percentage of lymphocytic apoptosis in critically ill patients: a prospective observational study. Crit Care. 2010;14(6): R215. doi: 10.1186/cc9340.

8. Renehan A.G., Booth C., Potten C.S. What is apoptosis, and why is it important? BMJ. 2001;322(7301):1536-8. doi: 10.1136/bmj.322.7301.1536.

9. Szondy Z., Sarang Z., Kiss B., Garabuczi É. et al. Anti-inflammatory Mechanisms Triggered by Apoptotic Cells during Their Clearance. Front Immunol. 2017;8:909. doi: 10.3389/fimmu.2017.00909.

10. Martinez M., Reif R., Pappas D. Detection of apoptosis: A review of conventional and novel techniques. Anal Methods. 2010;2: 996-1004. doi: 10.1039/c0ay00247j.

11. Yarovaya G.A., Peshkova E.A., Martynova E.A., Blokhina T.B. The role of proteolytic enzymes in the control of various stages of apoptosis. Laboratory medicine. 2011;11:39-52. (In Russ.)@@ Яровая Г.А., Нешкова Е.А., Мартынова Е.А., Блохина Т.Б. Роль протеолитических ферментов в контроле различных стадий апоптоза. Лабораторная медицина. 2011;11:39-52.

12. D’Arcy M.S. Cell death: a review of the major forms of apoptosis, necrosis and autophagy. Cell Biol Int. 2019;43(6):582-592. doi: 10.1002/cbin.11137.

13. Singh R., Letai A., Sarosiek K. Regulation of apoptosis in health and disease: the balancing act of BCL-2 family proteins. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019;20(3):175-193. doi: 10.1038/s41580-018-0089-8.

14. Bhowmick T., Biswas S., Mukherjee A. Cellular response during cellular starvation: a battle forcellular survivability. Cell Biochem Funct. 2024;42: e4101. doi: 10.1002/cbf.4101.

15. Beillevaire D., Migneault F., Turgeon J., Gingras D. et al. Autolysosomes and caspase-3 control the biogenesis and release of immunogenic apoptotic exosomes. Cell Death Dis. 2022;13(2):145. doi: 10.1038/s41419-022-04591-5.

16. Ulas M., Akbas E., Akbas S., Aktemur G. et al. Physiological aspect of apoptosis-regulating microRNAs expressions during fasting. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2023;27(6):2210-2215. doi: 10.26355/eurrev_202303_31754.

17. Yakimovich E.P., Nemtsova V.V., Klyuchnikov D.A. Vozrastnaya anatomiya, fiziologiya i gigiena: uchebnoe posobie dlya vuzov. Vladivostok: Shkola pedagogiki. 2018. 54 p. (In Russ.)@@ Якимович Е.П., Немцова В.В., Ключников Д.А. Возрастная анатомия, физиология и гигиена: учебное пособие для вузов. Владивосток: Школа педагогики. 2018. 54 с.

18. Ahmad O.B., Boschi-Pinto C., Lopez A.D., Murray C.J. et al. Age standardization of rates: a new who standard. World Health Organization. 2001; 31. Available at: https://www.researchgate.net/publication/284696312_Age_Standardization_of_Rates_A_New_WHO_Standard

19. Yu P., Hua Z. To Kill or to Be Killed: How Does the Battle between the UPS and Autophagy Maintain the Intracellular Homeostasis in Eukaryotes? Int J Mol Sci. 2023;24(3):2221. doi: 10.3390/ijms24032221.

20. Li H., Pin S, Zeng Z., Wang M.M. et al. Sex differences in cell death. Ann Neurol. 2005 Aug;58(2):317-21. doi: 10.1002/ana.20538.

21. Lang J.T., McCullough L.D. Pathways to ischemic neuronal cell death: are sex differences relevant? J Transl Med. 2008;6:33. doi: 10.1186/1479-5876-6-33.

22. Abdelbary M., Mohamed R., Gillis E.E., Diaz-Sanders K. et al. Sex differences in apoptosis do not contribute to sex differences in blood pressure or renal T cells in spontaneously hypertensive rats. Front Physiol. 2022;13:1006951. doi: 10.3389/fphys.2022.1006951.

23. Du L., Bayir H., Lai Y., Zhang X. et al. Innate gender-based proclivity in response to cytotoxicity and programmed cell death pathway. J Biol Chem. 2004;279(37):38563-70. doi: 10.1074/jbc.M405461200.

24. Villanueva-Paz M., Cotán D., Garrido-Maraver J., Oropesa-Ávila M. et al. AMPK Regulation of Cell Growth, Apoptosis, Autophagy, and Bioenergetics. Exp Suppl. 2016;107:45-71. doi: 10.1007/978-3-319-43589-3_3.

25. Caro-Maldonado A., Tait S.W., Ramírez-Peinado S., Ricci J.E. et al. Glucose deprivation induces an atypical form of apoptosis mediated by caspase-8 in Bax-, Bak-deficient cells. Cell Death Differ. 2010;17(8):1335-44. doi: 10.1038/cdd.2010.21.

26. Wagner M., Moore D.D. Endoplasmic reticulum stress and glucose homeostasis. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2011;14(4):367-73. doi: 10.1097/MCO.0b013e32834778d4.

27. Fulda S., Gorman A.M., Hori O., Samali A. Cellular stress responses: cell survival and cell death.Int J Cell Biol. 2010;2010:214074. doi: 10.1155/2010/214074.

28. Petricca S., Flati V., Celenza G., Di Gregorio J. et al. Tebuconazole and Econazole Act Synergistically in Mediating Mitochondrial Stress, Energy Imbalance, and Sequential Activation of Autophagy and Apoptosis in Mouse Sertoli TM4 Cells: Possible Role of AMPK/ULK1 Axis. Toxicol Sci. 2019 May 1;169(1):209-223. doi: 10.1093/toxsci/kfz031.

29. Nüchel J., Tauber M., Nolte J.L., Mörgelin M. et al. An mTORC1-GRASP55 signaling axis controls unconventional secretion to reshape the extracellular proteome upon stress. Mol Cell. 2021;81(16):3275-3293.e12. doi: 10.1016/j.molcel.2021.06.017.

30. Uriarte M., Sen Nkwe N., Tremblay R., Ahmed O. et al. Starvation-induced proteasome assemblies in the nucleus link amino acid supply to apoptosis. Nat Commun. 2021;12(1):6984. doi: 10.1038/s41467-021-27306-4.

31. Elmore S. Apoptosis: a review of programmed cell death. Toxicol Pathol. 2007;35(4):495-516. doi: 10.1080/01926230701320337.

32. Qi Z., Chen L. Endoplasmic Reticulum Stress and Autophagy. Adv Exp Med Biol. 2019;1206:167-177. doi: 10.1007/978-981-15-0602-4_8.

33. Mei Y., Glover K., Su M., Sinha S.C. Conformational flexibility of BECN1: Essential to its key role in autophagy and beyond. Protein Sci. 2016;25(10):1767-85. doi: 10.1002/pro.2984.

34. Tkhakushinov I.A., Lysenkov S.Р., Korchazhkina N.B., Muzhenya D.V. et al. Gender and age peculiarities of autophagy in men and women induced by a comprehensive wellness program: a prospective observational study. Kuban Scientific Medical Bulletin. 2024;31(2):95-106. (In Russ.) doi: 10.25207/1608-6228-2024-31-2-95-106.@@ Тхакушинов И.А., Лысенков С.П., Корчажкина Н.Б., Муженя Д.В. с соавт. Гендерные и возрастные особенности аутофагии у мужчин и женщин в условиях проведения комплексной оздоровительной программы: проспективное наблюдательное исследование. Кубанский научный медицинский вестник. 2024;31(2):95-106. doi: 10.25207/1608-6228-2024-31-2-95-106.

35. Ferhat M., Funai K., Boudina S. Autophagy in Adipose Tissue Physiology and Pathophysiology. Antioxid Redox Signal. 2019;31(6):487-501. doi: 10.1089/ars.2018.7626.

36. Kraus W.E., Bhapkar M., Huffman K.M., Pieper C.F. et al. CALERIE Investigators. 2 years of calorie restriction and cardiometabolic risk (CALERIE): exploratory outcomes of a multicentre, phase 2, randomised controlled trial. Lancet Diabetes Endocrinol. 2019;7(9):673-683. doi: 10.1016/S2213-8587(19)30151-2.