АРГІНАЗНА АКТИВНІСТЬ У ПЕЧІНЦІ ЩУРІВ ЗА УМОВ РІЗНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ХАРЧОВОГО РАЦІОНУ ПРОТЕЇНОМ ТА САХАРОЗОЮ
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2021.02.149Keywords:
аргінін, аргіназа, цикл сечовини, печінка, аліментарна нестача протеїну, високосахарозний раціонAbstract
У роботі представлені дослідження активності аргінази, а також вмісту L-аргініну та сечовини в цитозольній фракції клітин печінки щурів за умов різного забезпечення харчового раціону протеїном та сахарозою. Впродовж експерименту дослідні тварини споживали напівсинтетичний раціон AIN-93 відповідно до рекомендацій Американського інституту нутрієнтології з урахуванням кількості харчового протеїну та сахарози в перерахунку на кілограм дієти. З метою моделювання аліментарної депривації протеїну тварини протягом 28 днів щоденно отримували ннизькопротеїновий раціон, що містив 1/3 загальноприйнятої норми добової потреби протеїну. Дієту з високим вмістом сахарози моделювали шляхом збільшення кількості вуглеводу в 4 рази. Нормування добового раціону проводили з урахуванням принципу парного харчування. Активність аргінази в цитозольній фракції клітин печінки визначали за кількістю сечовини. Вміст L-аргініну оцінювали шляхом утворення забарвленого продукту в реакційній суміші з α-нафтолом та гіпобромідним реактивом після осадження протеїнів. Вміст сечовини діагностували уреазним методом відповідно до інструкції виробника. Встановлено, що зниження вмісту аргініну в цитозольній фракції клітин печінки щурів приблизно в 3 рази порівняно з контролем спостерігається лише в групах тварин, які отримували недостатню кількість харчового протеїну. При цьому у цитозолі клітин печінки щурів усіх дослідних груп спостерігається зниження активності аргінази порівняно зі значеннями контролю. Водночас за умов споживання високосахарозного раціону при нормальному надходженні протеїну зниження аргіназної активності на тлі стабільного клітинного рівня аргініну в цитозольній фракції печінки щурів можна розглядати як адаптаційний механізм підтримання тканинного пулу L-аргініну. Отже, дисбаланс нутрієнтів у харчовому раціоні призводить до порушення завершальної ланки орнітинового циклу, що супроводжується зниженням аргіназної активності та зменшенням кількості сечовини. Встановлені нами зміни вказують на порушення сечовиноутворювальної функції печінки.
References
Mkhitaryan L.S., Kuchmenko O.B., Ievstratova I.N., Lipkan N.G., Vasylynchuk N.M., Drobotko T.F. Citrulline as a marker of the functional state of organs under pathological conditions. Ukrainskyi kardiolohichnyi zhurnal. 2016; 3: 109-115. (In Ukrainian).
Peretiatko Y.V., Sybirna N.O. Particularities of arginase and NO-synthase pathways of L-arginine conversion in the leucocytes of peripheral blood under the X-ray radiation. Ukr Biokhim Zhurn. 2009; 81(2): 40-48. (In Ukrainian).
Brosnan M.E., Brosnan J.T. Renal arginine metabolism. J Nutr. 2004;134(10 Suppl):2791S-2795S. doi: 10.1093/jn/134.10.2791S.
Caldwell R.B., Toque H.A., Narayanan S.P., Caldwell R.W. Arginase: an old enzyme with new tricks. Trends Pharmacol Sci. 2015; 36(6):395-405. doi: 10.1016/j.tips.2015.03.006.
Fernandes-Lima F., Monte T. L., Nascimento F. A., Gregório B. M. Short Exposure to a High-Sucrose Diet and the First 'Hit' of Nonalcoholic Fatty Liver Disease in Mice. Cells Tissues Organs. Cells Tissues Organs. 2015 -2016; 201(6):464-472. doi: 10.1159/000446514.
Gawrys J., Gajecki D., Szahidewicz-Krupska E., Doroszko A. Intraplatelet L-Arginine-Nitric Oxide Metabolic Pathway: From Discovery to Clinical Implications in Prevention and Treatment of Cardiovascular Disorders. Oxid Med Cell Longev. 2020; 2020:1015908. doi: 10.1155/2020/1015908.
Grobben Y., Willemsen-Seegers N., Uitdehaag J., de Man J., van Groningen J., Friesen J., van den Hurk H., Buijsman R., Zaman G. High-Throughput Fluorescence-Based Activity Assay for Arginase-1. SLAS Discov. 2020; 25(9):1018-1025. doi: 10.1177/2472555220919340.
Joncquel-Chevalier Curt M., Voicu P.M., Fontaine M., Dessein A.F., Porchet N., Mention-Mulliez K., Dobbelaere D., Soto-Ares G., Cheillan D., Vamecq J. Creatine biosynthesis and transport in health and disease. Biochimie. 2015 Dec;119:146-65. doi: 10.1016/j.biochi.2015.10.022.
Kepka-Lenhart D., Ash D.E., Morris S.M. Determination of mammalian arginase activity. Methods Enzymol. 2008; 440:221-30. doi: 10.1016/S0076-6879(07)00813-0.
Kopylchuk G.P., Ivanovich I.Y., Voloshchuk O.M. Peculiarities of ammonia metabolism in the liver of rats under the conditions of different nutrients content in a diet. Ukr. Biochem. J. 2020; 92(4): Р. 71-77. doi: https://doi.org/10.15407/ubj92.04.070
Kopylchuk H.P., Nykolaichuk I.M., Lylyk I.S. Indexes of citrulline metabolism in rat liver under the toxic injury against the background of alimentary protein deficiency. Ukr. Biochem. J. 2020; 92(1): 113–119. doi: https://doi.org/10.15407/ubj92.01.113.
Lind T., Lind P.M., Hu L., Melhus H. Studies of indirect and direct effects of hypervitaminosis A on rat bone by comparing free access to food and pair-feeding. Ups J Med Sci. 2018; 123(2):82-85. doi: 10.1080/03009734.2018.1448020.
Moore J.B., Fielding B.A. Sugar and metabolic health: is there still a debate? Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2016;19(4):303-9. doi: 10.1097/MCO.0000000000000289.
Morris S. Arginine Metabolism Revisited. J Nutr. 2016; 146(12):2579S-2586S. doi: 10.3945/jn.115.226621.
Premakumar C.M., Turner M.A., Morgan C. Relationship between arginine intake in parenteral nutrition and preterm neonatal population plasma arginine concentrations: a systematic review. Nutr Rev. 2019; 77(12):878-889. doi: 10.1093/nutrit/nuz049.
Pudlo M., Demougeot C., Girard-Thernier C. Arginase Inhibitors: A Rational Approach Over One Century. Med Res Rev. 2017; 37(3):475-513. doi: 10.1002/med.21419.
Reeves P.G., Nielsen F.H., Fahey G.C. Jr. AIN-93 purified diets for laboratory rodents: final report of the American Institute of Nutrition ad hoc writing committee on the reformulation of the AIN-76A rodent diet. J Nutr. 1993; 123(11): 1939–1951.
Rodríguez-Gómez I., Moliz J.N., Quesada A., Montoro-Molina S., Vargas-Tendero P., Osuna A., Wangensteen R., Vargas F. L-Arginine metabolism in cardiovascular and renal tissue from hyper- and hypothyroid rats. Exp Biol Med (Maywood). 2016; 241(5):550-6. doi: 10.1177/1535370215619042.
Roth E., Druml W. Plasma amino acid imbalance: dangerous in chronic diseases? Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2011;14(1):67-74. doi: 10.1097/MCO.0b013e328341368c.
Schwimmer J.B., Ugalde-Nicalo P., Welsh J.A., Angeles J.E., Cordero M., Harlow K.E., Alazraki A., Durelle J., Knight-Scott J., Newton K.P., Cleeton R., Knott C., Konomi J., Middleton M.S., Travers C., Sirlin C.B., Hernandez A., Sekkarie A., McCracken C., Vos M.B. Effect of a Low Free Sugar Diet vs Usual Diet on Nonalcoholic Fatty Liver Disease in Adolescent Boys: A Randomized Clinical Trial. JAMA. 2019; 321(3):256-265. doi: 10.1001/jama.2018.20579.
Szefel J., Danielak A., Kruszewski W.J. Metabolic pathways of L-arginine and therapeutic consequences in tumors. Adv Med Sci. 2019; 64(1):104-110. doi: 10.1016/j.advms.2018.08.018.
Zhang H., Zhang Z.H., Zhang C.S., Wang Z.C. Effects of L-Arginine and alpha(1)-Adrenergic Receptor on the Regulation of Renal Functions. Zhongguo Yi Xue Ke Xue Yuan Xue Bao. 2020; 42(6):815-819. doi: 10.3881/j.issn.1000-503X.11482.
