МЕХАНІЗМИ РЕАГУВАННЯ ОРГАНІЗМУ НА ГІПОКСІЮ ЯК УНІВЕРСАЛЬНИЙ АДАПТОГЕННИЙ ЧИННИК. ПОВІДОМЛЕННЯ 2. ГЕНЕТИЧНО-ОПОСЕРЕДКОВАНІ СИСТЕМНІ ТА ТКАНИННІ МЕХАНІЗМИ АДАПТАЦІЇ ДО ГІПОБАРИЧНОЇ ГІПОКСІЇ

Автор(и)

  • O. V. Yasinska

DOI:

https://doi.org/10.24061/1727-4338.XIX.2.72.2020.15

Ключові слова:

гіпоксія, високогір’я, генетичні особливості, адаптація

Анотація

Стаття присвячена питанням дослідження генетично-детермінованих механізмів
довготривалої 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

2020-09-13

Номер

Розділ

Статті