NEUROCHEMICAL REGULATOR OF REPRODUCTION KISSPEPTIN AS A POTENTIAL REGULATOR OF CIRCADIAN RHYTHMS

Full Text

Открытие полипептидного регулятора кисспептина произошло в 1996 году, однако сначала он рассматривался в качестве су- прессора метастазов клеточных линий ме- ланомы [1]. Впоследствии, с 2003 года, на- чалось активное изучение кисспептина в качестве регулятора фертильности млеко- питающих и человека. Высокое содержание данного полипептида сначала было обнару- жено в плаценте [2; 3], а затем и в семенни- ках, яичниках [2]. В центральной нервной системе экспрессия кисспептина и его ре- цепторов осуществляется в основном в пре- делах гипоталамуса: аркуатном ядре и анте- ровентральном перивентрикулярном ядре [4]. Функционально кисспептиновые нейро- ны находятся в тесном взаимодействии с нейроэндокринной системой гонадотропин рилизинг-гормона (далее - ГнРГ). Кисспеп- тин стимулирует нейроны, продуцирующие ГнРГ, что приводит к высвобождению дан- ного гормона [5]. Помимо этого кисспептин image © Ткачёва М. А., Инюшкин А. Н., 2016. Ткачёва Маргарита Андреевна, (tkachevara@mail.ru), аспирант кафедры физиологии человека и животных; Инюшкин Алексей Николаевич, (ainyushkin@mail.ru), заведующий кафедрой физиологии человека и животных Самарского университета, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, 34. регулирует высвобождение лютеинизи- рующего гормона [6]. О непосредственной связи кисспептина с репродуктивной функцией свидетельствуют данные о том, что у людей с врожденным гипогонадотропным гипогонадизмом имеются мутации гена, кодирующего рецептор кисспептина [7]. Использование мышей с нокаутом генов, кодирующих кисспептин, позволило более подробно исследовать механизм функционирования кисспептиновой системы в период полового созревания и половой зрелости [8]. Прежде всего, у живот- ных с данным дефектом был обнаружен гипогонадотропный гипогонадизм. Введение же кисспептина приводило к стимуляции секреции эндогенного ГнРГ [9]. В после- дующих исследованиях данные результаты получили новые экспериментальные под- тверждения [10]. Важно отметить тот факт, что в случае наличия полиморфизма в гене рецептора кисспептина у млекопитающих и человека наблюдается преждевременное по- ловое созревание [11]. В некоторых работах показано, что ре- продуктивная активность кисспептина может носить сезонный характер, что выража- ется в его регулирующем влиянии на сезонное воспроизведение потомства. Эта особен- ность полипептидного регулятора подтверждена в исследованиях на сирийских хомя- ках. Эксперименты проводились в условиях различного светового режима, отличавшего- ся продолжительностью светлого и тёмного времени суток. Увеличение продолжитель- ности ежесуточного периода дневного осве- щения закономерно приводило к увеличе- нию сексуальной активности животных [12]. При этом введение кисспептина-10 сирий- ским хомякам в условиях фотоингибирова- ния (короткого светового периода), приво- дило к восстановленнию репродуктивной активности [13]. Известно так же, что у овец репродуктивная активность повышается при небольшом увеличении светового периода, но снижается при более значительном его увеличении [14]. Установлено, что введение кисспептина в анэструс также провоцирует овуляцию [15]. Относительно недавно было показано, что подъём концентрации ГнРГ и лютеинизирующего гормона (далее - ЛГ) в ответ на введение кисспептина у овцематок более выражен в период анэструса по срав- нению с лютеиновой фазой [16]. Кроме того, экспрессия кисспептина оказалась более вы- раженной в условиях сезонного анэструса по сравнению с сезоном репродуктивной актив- ности [17]. В настоящее время хорошо известно, что стероидные гормоны, которые выраба- тываются половыми железами, кроме своей основной гормональной функции одновре- менно являются нейрохимическими сигна- лами обратной связи с гипоталамусом. Дан- ный контур обратной связи необходим для адекватной регуляции продукции и высво- бождения ГнРГ. Рецепторы эстрогенов в этом контуре являются факторами транс- крипции, и существуют в виде двух изо- форм: Эрα и ЭРβ. В данном случае эстроге- ны стимулируют продукцию и высвобожде- ние ЛГ [18; 19]. Однако, у некоторых живот- ных (например, у крыс) нейроны, продуци- рующие ГнРГ, характеризуются дефицитом Эрα [20]. Это может свидетельствовать о на- личии нейрохимического посредника в цепи передачи сигнала. Таким посредником в эст- роген-индуцированном выбросе ЛГ может служить кисспептин. Кроме того, было от- мечено, что экспрессия кисспептина в пара- вентрикулярном ядре (далее - ПВЯ) крыс наиболее высока в фазу проэструса в вечер- нее время, в то время как уровень экспрессии кисспептина в аркуатном ядре в это время наоборот был на самом низком уровне. Экс- прессия кисспептина возрастала в ПВЯ во время выброса ЛГ у крыс с удаленными яич- никами, в то время как экспрессия кисспеп- тина в аркуатном ядре была на самом низком уровне в течение этого времени. Экспрессия кисспептина в ПВЯ способствует выбросу ЛГ; в то же время, кисспептиновые нейроны в аркуатном ядре неактивны во время вы- броса ЛГ. Кроме того, большинство кис- спептиновых нейронов в ПВЯ и аркуатном ядре экспрессируют Эрα. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что кис- спептиновые нейроны в ПВЯ играют замет- ную роль в опосредовании сигналов эстроге- на для генерации преовуляторных выбросов ЛГ у крыс [21]. Рядом исследований под- тверждена роль кисспептина в регуляции секреции ЛГ. Введение экзогенного кисспеп- тина вызывает секрецию ЛГ, что приводит к овуляции, например, у крыс [22; 23]. Кроме того, у крыс эстроген-индуцированный пре- овуляторный выброс ЛГ, индуцированный эстрогенами, подавляется введением антител к кисспептину [24; 25]. Наиболее выраженная экспрессия пе- риферического кисспептина в организме бы- ла обнаружена в синцитиотрофобластных клетках плаценты [26; 27]. Прогрессивное повышение уровня кисспептина в плаценте обнаруживается по ходу увеличения срока беременности; этот уровень был до 7000 раз выше, чем у контрольной группы небере- менных [28; 29]. Помимо беременности, уро- вень кисспептина может увеличиваться при трофобластической болезни и гестационной неоплазии трофобласта [30; 31]. Точная функция кисспептина в этих случаях остает- ся неясной, хотя имеется предположение о том, что он может действовать в качестве регулятора активности клеток трофобласта [28]. На основании дальнейших исследова- ний кисспептина было сделано предложение о наличии связи между уровнем кисспептина и степенью угрозы выкидыша. Было отмече- но, что уровни плацентарного кисспептина были ниже у женщин с повторными выки- дышами по сравнению с уровнем кисспепти- на в плацентарной ткани при планово пре- рванной беременности [32]. В результате та- ких исследований были сделаны предполо- жения, что кисспептин может использоваться в качестве нового потенциального марке- ра для выявления беременных женщин с по- вышенным риском выкидыша. Хорошо известно, что масса тела мо- жет влиять на фертильность. К настоящему времени относительно подробно изучена роль ряда нейропептидных регуляторов, влияющих на вес тела и расход энергии. Один из них - лептин представляет собой пептидный регулятор, вырабатываемый ади- поцитами [33]. Кроме своей наиболее из- вестной функции - угнетающего влияния на потребление пищи, лептин может участво- вать в регуляции репродукции. В частности, описаны случаи бесплодия, возникающего в условиях дефицита лептина [34; 35]. Однако, ГнРГ нейроны не имеют рецепторов для многих основных метаболических сигналь- ных пептидов, в том числе инсулина и леп- тина [36]. Предполагается, что кисспептин выполняет роль посредника между сигнали- зацией лептина и функцией ГнРГ нейронов. Известно, что уровень кисспептина повыша- ется после введения экзогенного лептина [37]. В ходе исследований влияния ограни- чения пищевого рациона у крыс было, в ча- стности, показано, что наблюдающееся в данных условиях уменьшение уровня гипо- таламической мРНК кисспептина вызывает отсрочку в наступлении половой зрелости. Кроме того, введение кисспептина крысам с хронической его недостаточностью в препу- бертатном периоде в определённой степени восстанавливает скорость полового созрева- ния [38]. Тем не менее, специфический нока- ут рецепторов лептина не ингибирует раз- множение грызунов, и данные результаты позволяют предположить, что кисспептин не является критическим компонентом для реа- лизации роли лептина в воспроизводстве по- томства [39]. Опосредующие эффекты лептина на фертильность были исследованы также пу- тем целенаправленных генетических мани- пуляций в отношении ГАМКергических (преимущественно ингибирующих) нейро- нов, и глутаматергических (возбуждающих) нейронов первого порядка у мышей. Было обнаружено, что у мышей с ГАМКергиче- ской ко-экспрессией наблюдается задержка полового созревания и снижение параметров репродуктивной функции, в то время как мыши с нормальной глютаминэргической ко-экспрессией имели нормальное пубертат- ное развитие репродуктивной функции. Эти данные свидетельствуют о том, что лептин, регулярующий активность ГАМКергических нейронов, может передавать сигналы энерге- тического баланса через кисспептиновые нейроны и таким образом регулировать ре- продуктивную функцию [40]. В другом ис- следовании изучали влияние введения кис- спептина на обезьянах в условиях ограниче- ний пищевого рациона. У обезьян, которым пища давалась по определённым часам с промежутками в 12, 18 или 24 часа, в ответ на внутривенное введение кисспептина про- исходило высвобождение тестостерона, хотя средний уровень тестостерона через 3 часа после инъекции был ниже у животных с ре- жимом кормления через 18 и 24 часа по сравнению с режимом кормления через 12 часов. Кроме того, длительное голодание (18 и 24 ч) привело к задержке первоначаль- ного подъема тестостерона в ответ на инъек- ции кисспептина. Эти результаты свиде- тельствуют о том, что пост-индуцированное подавление репродуктивной оси может включать в себя ослабленную восприимчи- вость к эндогенному кисспептину, хотя точ- ный механизм этого явления требует даль- нейшей проверки [41]. Недавние исследования показали, что осциллятор супрахиазматического ядра ги- поталамуса может задавать ритм высвобож- дения важнейшего полипептидного регуля- тора фертильности кисспептина. Помимо этих данных, был сделан ряд предположе- ний, в том числе и о том, что кисспептин способен регулировать активность нейронов супрахиазматического ядра по принципу об- ратной связи, однако эти данные до сих пор не были экспериментально подтверждены. В ходе проведенного нами исследования in vitro на фронтальных срезах гипоталамуса крыс-самцов весом 70-120 г было исследо- вано влияние кисспептина на показатели спайковой активности и мембранный потен- циал, а так же входное сопротивление мем- браны нейронов супрахиазматического ядра гипоталамуса. Для проведения исследова- ний, была использована техника внеклеточ- ной регистрации спайковой активности ней- ронов супрахиазматического ядра. В ходе проведенного исследования были выявлены следующие особенности: аппликация 50 нМ кисспептина в перфузионный раствор спо- собствовала увеличению роста средней час- тоты генерации потенциалов действия на 0,73 имп/с (P < 0,05, n = 24). При этом одно- временно с увеличением средней частоты генерации потенциалов действия, происхо- дило снижение энтропии логарифма распре- деления межспайковых интервалов (P < 0,05). Данные результаты были свиде- тельством того, что происходило уменьше- ние степени нерегулярности генерации спай- ков. Исследование также включало в себя проведение пэтч-клэмп регистрации мем- бранного потенциала (n = 17). Было установ- лено, что при воздействии кисспептина на- блюдается небольшая, но статистически зна- чимая деполяризация мембраны на 2,2 ± 0,7 мВ (P < 0,05) при одновременном повышении входного сопротивления мем- браны клеток на 131 ± 41 мОм (P < 0,05). В результате исследования была подтверждена гипотеза о влиянии кисспептина на показатели активности нейронов супрахи- азматического ядра. Полученные результаты в совокупности с данными об экспрессии кисспептиновых рецепторов в данном ядре позволяют следать вывод о том, что регуля- тор фертильности кисспептин представляет собой нейрохимический фактор, который выполняет роль нейрохимического сигнала в петле хронобиологической циркадианной обратной связи и оказывает непосредствен- ное влияние на функцию супрахиазматиче- ского ядра гипоталамуса.

About the authors

Margarita Andreevna Tkacheva

Samara University

Email: tkachevara@mail.ru
443086, Russia, Samara, Moskovskoye Shosse, 34

Alexey Nikolaevich Inyushkin

Samara University

Email: ainyushkin@mail.ru
443086, Russia, Samara, Moskovskoye Shosse, 34

References

Supplementary files