МЕХАНІЗМИ РЕАГУВАННЯ ОРГАНІЗМУ НА ГІПОКСІЮ ЯК УНІВЕРСАЛЬНИЙ АДАПТОГЕННИЙ ЧИННИК. ПОВІДОМЛЕННЯ 2. ГЕНЕТИЧНО-ОПОСЕРЕДКОВАНІ СИСТЕМНІ ТА ТКАНИННІ МЕХАНІЗМИ АДАПТАЦІЇ ДО ГІПОБАРИЧНОЇ ГІПОКСІЇ
DOI:
https://doi.org/10.24061/1727-4338.XIX.2.72.2020.15Ключові слова:
гіпоксія, високогір’я, генетичні особливості, адаптаціяАнотація
Стаття присвячена питанням дослідження генетично-детермінованих механізмівдовготривалої адаптації організму людини та тварин до гіпобаричної гіпоксії,
зокрема впливу складного комплексу чинників середовища на формування системних
структурно-функціональних компенсаторних механізмів реагування організму на
екзогенну гіпоксію.
Мета роботи – проаналізувати дані щодо генетично-детермінованих механізмів
довготривалої адаптації організму на гіпобаричну гіпоксію залежно від комплексу
чинників середовища в сучасній науковій медичній літературі.
Висновки. Проаналізувавши доступні джерела літератури, можна стверджувати,
що формування унікальності геномних композицій у представників природних
популяцій територіально розмежованих високогірних регіонів світу відбувалося
в умовах поєднання природних чинників середовища, де гіпобарична гіпоксія
виступала основним адаптогенним чинником, однак механізми компенсації
гіпоксичного впливу формувалися за модулюючого впливу тривалості світлового
дня, сезонних змін температури та вологості повітря, які зумовлюють наявність
популяційних особливостей адаптаційної реакції та впливають на її перебіг.
Накопичені наукові дані щодо біохімічних, фізіологічних, генетичних та
епігенетичних механізмів реагування на гіпобаричну гіпоксію частково пояснюють
динаміку системних та клітинних реакції організму на дефіцит кисню, однак
необхідні подальші всебічні дослідження сигнальних шляхів та їх регуляції для
розробки адекватних методів підвищення опірності організму людини до гіпоксії
різного генезу за фізіологічних умов та при патології, що може позитивно вплинути
на якість життя людей.
Посилання
1. Shevchenko YuL, redaktor. Gipoksiya. Adaptatsiya, patogenez,
klinika [Hypoxia. Adaptation, pathogenesis, clinic]. SanktPeterburg: ELBI-SPb; 2000. 383 p. (in Russian)
2. Moore LG. Measuring high-altitude adaptation. J Appl Physiol
(1985). 2017;123(5):1371-85. doi: https://doi.org/10.1152/
japplphysiol.00321.2017
3. Semenza GL. Regulation of oxygen homeostasis by hypoxiainducible factor 1. Physiology (Bethesda). 2009;24(2):97-106.
doi: 10.1152/physiol.00045.2008
4. Ron D, Walter P. Signal integration in the endoplasmic reticulum
unfolded protein response. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007;8(7):519-
29. doi: 10.1038/nrm2199
5. Hoshovs’ka IuV. Uchast' mitokhondrial'nykh roz’iednuval'nykh
bilkiv v mekhanizmakh zakhystu miokarda vid okysnoho stresu
[The role of uncoupling proteins in mechanisms of protection
from oxidative stress]. Fiziologichnyi Zhurnal. 2015;61(1):91-
101. doi: https://doi.org/10.15407/fz61.01.091 (in Ukrainian)
6. Laplante M, Sabatini DM. mTOR signaling in growth control
and disease. Cell. 2012;149(2):274-93. doi: 10.1016/j.
cell.2012.03.017
7. Lu Z, Sack MN. ATF-1 is a hypoxia-responsive transcriptional
activator of skeletal muscle mitochondrialuncoupling protein
3. J Biol Chem. 2008;283(34):23410–8. doi: 10.1074/jbc.
M801236200
8. Lanovenko II, Gaschuk AP, Zakcharenko AS, Berezyuk OM.
Zminy i vzaiemodiia erytropoetynu i kysnevotransportnoi
funktsii krovi pry hipoksii riznoho genezu [Changes and
interaction of erythropoietin and oxygen blood transport function
in hypoxia of different geneses]. Dopovidi Natsional'noi akademii
nauk Ukrainy. 2018;5:91-9. doi: https://doi.org/10.15407/
dopovidi2018.05.091 (in Ukrainian)
9. Majmundar AJ, Wong WJ, Simon MC. Hypoxia-inducible factors
and the response to hypoxic stress. Mol Cell. 2010;40(2):294-
309. doi: 10.1016/j.molcel.2010.09.022
10. Klimova T, Chandel NS. Mitochondrial complex III regulates
hypoxic activation of HIF. Cell Death Differ. 2008;15(4):660–6.
doi: 10.1038/sj.cdd.4402307
11. Bigham AW, Julian CG, Wilson MJ, Vargas E, Browne VA,
Shriver MD, et al. Maternal PRKAA1 and EDNRA genotypes
are associated with birth weight, and PRKAA1 with uterine
artery diameter and metabolic homeostasis at high altitude. Physiol Genomics. 2014;46(18):687-97. doi: 10.1152/physiolgenomics.00063.2014
12. Ge RL, Simonson TS, Cooksey RC, Tanna U, Qin G, Huff CD, et
al. Metabolic insight into mechanisms of high-altitude adaptation
in Tibetans. Mol Genet Metab. 2012;106(2):244-7. doi: 10.1016/j.
ymgme.2012.03.003
13. Scheinfeldt LB, Soi S, Thompson S, Ranciaro A, Woldemeskel
D, Beggs W, et al. Genetic adaptation to high altitude in the
Ethiopian highlands. Genome Biol [Internet]. 2012[cited 2020
Jul 14];13(1):R1. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.
gov/pmc/articles/PMC3334582/pdf/gb-2012-13-1-r1.pdf doi:
10.1186/gb-2012-13-1-r1
14. Tripathy V, Gupta R. Birth weight among Tibetans at different
altitudes in India: Are Tibetans better protected from IUGR? Am
J Hum Biol. 2005;17(4):442-50. doi: 10.1002/ajhb.20400
15. Kaelin WG Jr, Ratcliffe PJ. Oxygen sensing by metazoans:
the central role of the HIF hydroxylase pathway. Mol
Cell. 2008;30(4):393-402. doi: https://doi.org/10.1016/j.
molcel.2008.04.009
16. Bertout JA, Patel SA, Simon MC. The impact of O2 availability
on human cancer. Nat Rev Cancer. 2008;8(12):967-75 doi:
10.1038/nrc2540
17. Kumar T, Pandey R, Chauhan NS. Hypoxia Inducible Factor-1α:
The Curator of Gut Homeostasis. Front Cell Infect Microbiol
Actions [Internet]. 2020[cited 2020 Jul 15];10:227. Available
from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7242652/
pdf/fcimb-10-00227.pdf doi: 10.3389/fcimb.2020.00227
18. Myllyharju J, Koivunen P Hypoxia-inducible factor prolyl
4-hydroxylases: common and specific roles. Biol Chem.
2013;394(4):435–48. doi: https://doi.org/10.1515/hsz-2012-0328
19. Smirnova NA, Hushpulian DM, Speer RE, Gaisina IN, Ratan RR,
Gazaryan IG. Catalytic mechanism and substrate specificity of hif
prolyl hydroxylases. Biochemistry (Moscow). 2012;77(10):1108–
19. doi: 10.1134/S0006297912100033
20. Novikov VYe, Levchenkova OS. Gipoksiey indutsirovannyy
faktor (HIF-1α) kak mishen' farmakologicheskogo vozdeystviya
[Hypoxia-inducible factor as a pharmacological target]. Reviews
on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2013;11(2):8-16.
(in Russian)
21. Novikov VE, Levchenkova OS, Klimkina EI, Kulagin KN.
Potentsirovanie antigipoksantami effekta gipoksicheskogo
prekonditsionirovaniya [Potentiation of the hypoxic
preconditioning effect by antihypoxants]. Reviews on Clinical
Pharmacology and Drug Therapy. 2019;17(1):37–44. doi: https://
doi.org/10.7816/RCF17137-44 (in Russian)
22. Novikov VE, Levchenkova OS, Pozhilova EV.
Prekonditsionirovanie kak sposob metabolicheskoy adaptatsii
organizma k sostoyaniyam gipoksii i ishemii [Preconditioning
as a method of metabolic adaptation to hypoxia and ischemia].
Vestnik Smolenskoy gosudarstvennoy meditsinskoy akademii.
2018;17(1):69–79. (in Russian)
23. Drevytska T, Gavenauskas B, Drozdovska S, Nosar V, Dosenko
V, Mankovska I. HIF-3α mRNA expression changes in different
tissues and their role in adaptation to intermittent hypoxia and
physical exercise. Pathophysiology. 2012;19(3):205-14. doi:
https://doi.org/10.1016/j.pathophys.2012.06.002
24. Drevytska T, Gonchar E, Okhai I, Lynnyk O, Mankovska I,
Klionsky D, et al. The protective effect of Hif3a RNA interference
and HIF-prolyl hydroxylase inhibition on cardiomyocytes under
anoxia-reoxygenation. Life Sciences. 2018;202:131-9. doi:
https://doi.org/10.1016/j.lfs.2018.04.021
25. Renassiaa C, Peyssonnaux C. New insights into the links
between hypoxia and iron homeostasis. Curr Opin Hematol.
2019;26(3):125–30. doi: 10.1097/MOH.0000000000000494
26. Simonson TS. Altitude Adaptation: A Glimpse Through Various
Lenses. High Alt Med Biol. 2015;16(2):125-37. doi: 10.1089/
ham.2015.0033
27. Beall CM, Song K, Elston RC, Goldstein MC. Higher offspring
survival among Tibetan women with high oxygen saturation
genotypes residing at 4,000 m. PNAS. 2004;101(39):14300-4.
doi: https://doi.org/10.1073/pnas.0405949101
28. Julian CG, Moore L. Human Genetic Adaptation to High Altitude:
Evidence from the Andes. Genes (Basel) [Internet]. 2019[cited
2020 Jul 12];10(2):150. Available from: https://www.ncbi.nlm.
nih.gov/pmc/articles/PMC6410003/pdf/genes-10-00150.pdf doi:
10.3390/genes10020150
29. Yasinska OV. Mekhanizmy reahuvannia orhanizmu na hipoksiiu
yak universal'nyi adaptohennyi chynnyk. Povidomlennia 1.
Populiatsiini osoblyvosti reahuvannia na hipobarychnu hipoksiiu
u meshkantsiv vysokohirnykh rehioniv [The mechanisms of the
body response to hypoxia as universal adaptogenic factor. message
1. population peculiarities of responding to hypobaric hypoxia in
habitants of highland regions]. Clinical & experimental pathology.
2019;18(4):127-31. doi: https://doi.org/10.24061/1727-4338.
XVIII.4.70.2019.21 (in Ukrainian)
30. Bigham AW. Genetics of Human Origin and Evolution: HighAltitude Adaptations. Curr Opin Genet Dev. 2016;41:8-13. doi:
10.1016/j.gde.2016.06.018
31. Yasinska OV. Sex related peculiarities of the adrenal tissue
response on the hypobaric hypoxia at the altered duration of
photoperiod in immature rats. Clinical & experimental pathology.
2016;15(1):168-71. doi: https://doi.org/10.24061/1727-4338.
XV.1.55.2016.37
32. Khodorovskіy GI, Dmitrenko RR, Yasinska OV, Dovgopola TS.
Rol' i mistse tkanyn yasen u hormonal'nii systemi orhanizmu
[The role of gingival tissues in the body’s hormonal system].
Fiziologichnyi Zhurnal. 2018;64(5):93-9. doi: https://doi.
org/10.15407/fz64.05.093 (in Ukrainian)
33. Yasins'ka OV. Osoblyvosti fotoperiodychnykh zmin
prooksydantnykh protsesiv, antyoksydantnoi systemy ta
nadnyrkovykh zaloz za umov ekzohennoi hipoksii [Features
of photoperiodic changes of prooxidant processes, antioxidant
system and adrenal glands under conditions of exogenous
hypoxia] [avtoreferat]. Vinnytsia; 2006. 21 p. (in Ukrainian)
34. Liao Y, Su R, Zhang P, Yuan B, Li L. Cortisol inhibits mTOR
signaling in avascular necrosis of the femoral head. J Orthop
Surg Res [Internet]. 2017[cited 2020 Jul 12];12:154. Available
from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5648506/
pdf/13018_2017_Article_656.pdf doi: 10.1186/s13018-017-
0656-2
35. Marchi D, Santhakumar K, Markham E, Li N, Storbeck K-H,
Krone N, et al. Bidirectional crosstalk between HypoxiaInducible Factor and glucocorticoid signalling in zebrafish larvae.
PLoS Genet [Internet]. 2020[cited 2020 Jul 14];16(5):e1008757.
Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/
PMC7237044/pdf/pgen.1008757.pdf doi: 10.1371/journal.
pgen.1008757
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 O. V. Yasinska
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Часопис користується «Типовим шаблоном положення про авторські права».