Митохондриальные белки как биомаркеры риска развития профессиональных заболеваний у летчиков и космонавтов

DOI: https://doi.org/10.29296/24999490-2024-01-06

Д.О. Леонтьева(1, 2), А.С. Зубарева(2), А.Е. Коровин(1, 3), А.П. Гришин(4),
Д.В. Товпеко(1, 3), Т.В. Федоткина(1, 5), Л.П. Чурилов(1, 2)
1-Санкт-Петербургский государственный университет,
Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб. д. 7-9;
2-ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский
институт фтизиопульмонологии» Минздрава России,
Российская Федерация, 191036, Санкт-Петербург, Лиговский пр., д. 2–4;
3-Военно-медицинская академия им. ни С. М. Кирова,
Российская Федерация, 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, 6;
4-ФГБУ «Научно-исследовательский испытательный центр
подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина»,
Российская Федерация, 141160, Звездный городок;
5-ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова»,
Российская Федерация, 197341, Санкт-Петербург, ул. Аккуратова, д. 2.

Введение. Митохондриальная дисфункция является важным патологическим механизмом нейродегенерации, характеризующейся прогрессирующей структурной и функциональной потерей нейронов, приводящей к гетерогенным клиническим и патологическим проявлениям с последующим нарушением функциональной анатомии головного мозга. Цель исследования. Изучить влияния профессиональных вредностей и нагрузок, испытываемых летчиками гражданской авиации и космонавтами, на экспрессию биомаркеров митохондрий в клетках буккального эпителия для оценки риска развития нейродегенеративных процессов. Материалы и методы. В исследование включены 23 мужчины двух возрастных групп. Были сформированы 4 группы обследуемых, согласно профессии, сопоставимые по возрасту. Иммуногистохимическими методами оценена экспрессия митохондриальных белков – prohibitin и parkin в буккальном эпителии у участников исследования. Результаты. Установлено снижение уровня экспрессии белка prohibitin в группе летчиков гражданской авиации по сравнению с контрольной группой соответствующего возраста. Также наблюдалась тенденция к снижению уровня экспрессии исследуемых белков prohibitin и parkin в группе космонавтов по сравнению с контрольной группой соответствующего возраста. Заключение. Полученные результаты свидетельствует о снижении функций митохондрий, что может повышать риск развития нейродегенеративных изменений.
Ключевые слова: 
митохондрии, митохондриальные белки, нейродегенеративные процессы, буккальный эпителий, авиационная и космическая медицина, профессиональные заболевания
Для цитирования: 
Леонтьева Д.О., Зубарева А.С., Коровин А.Е., Гришин А.П., Товпеко Д.В., Федоткина Т.В., Чурилов Л.П. Митохондриальные белки как биомаркеры риска развития профессиональных заболеваний у летчиков и космонавтов . Молекулярная медицина, 2024; (1): 43-51https://doi.org/10.29296/24999490-2024-01-06
Список литературы: 
  1. Poddar K.M., Chakraborty A., Banerjee S. Neurodegeneration: diagnosis, prevention, and therapy. Oxidoreductase. 2021. DOI:10.5772/intechopen.94950
  2. Сухоруков В.С., Воронкова А.С., Литвинова Н.А., Баранич Т.И., Иллариошкин С.Н. Роль индивидуальных особенностей митохондриальной ДНК в патогенезе болезни Паркинсона. Генетика. 2020; 56 (4): 392–400. DOI: 10.31857/S0016675820040141.
  3. [Sukhorukov V.S., Voronkova A.S., Litvinova N.A., Baranich T.I., Illarioshkin S.N. The role of mitochondrial dna individuality in the pathogenesis of Parkinson’s disease Genetika. 2020; 56 (4): 392–400. DOI:10.31857/S0016675820040141 (in Russian)]
  4. Wilson D.M. 3rd, Cookson M.R., Van Den Bosch L., Zetterberg H., Holtzman D.M., Dewachter I. Hallmarks of neurodegenerative diseases. Cell. 2023; 186 (4): 693–714. DOI:10.1016/j.cell.2022.12.032
  5. World Health Organization. Global status report on the public health response to dementia. World Health Organization. 2021. Available at: https://apps.who.int/iris/handle/10665/344701
  6. Jellinger K.A. Basic mechanisms of neurodegeneration: a critical update. J. Cell. Mol. Med. 2010; 14 (3): 457–87. DOI:10.1111/j.1582-4934.2010.01010.x
  7. Brown R.C., Lockwood A.H., Sonawane B.R. Neurodegenerative diseases: an overview of environmental risk factors. Environ. Health Perspect. 2005; 113 (9): 1250–6. DOI:10.1289/ehp.7567
  8. Cheng Y.W., Chiu M.J., Chen Y.F., Cheng T.W., Lai Y.M., Chen T.F. The contribution of vascular risk factors in neurodegenerative disorders: from mild cognitive impairment to Alzheimer’s disease. Alzheimers Res Ther. 2020; 12 (1): 91. DOI:10.1186/s13195-020-00658-7
  9. Armstrong R. What causes neurodegenerative disease? Folia Neuropathol. 2020; 58 (2): 93–112. DOI:10.5114/fn.2020.96707
  10. Liu C., Liu Z., Zhang Z., Li Y., Fang R., Li F., Zhang J. A Scientometric analysis and visualization of research on Parkinson’s disease associated with pesticide exposure. Front. Public Health. 2020; 8: 91. DOI:10.3389/fpubh.2020.00091
  11. Hou Y., Dan X., Babbar M., Wei Y., Hasselbalch S.G., Croteau D.L., Bohr V.A. Ageing as a risk factor for neurodegenerative disease. Nat. Rev. Neurol. 2019; 15 (10): 565–81. DOI:10.1038/s41582-019-0244-7
  12. Wilson D., Driller M., Johnston B., Gill N. The prevalence and distribution of health risk factors in airline pilots: a cross-sectional comparison with the general population. Aust. N. Z. J. Public Health. 2022; 46 (5): 572–80. DOI:10.1111/1753-6405.13231
  13. Blettner M., Grosche B., Zeeb H. Occupational cancer risk in pilots and flight attendants: current epidemiological knowledge. Radiat. Environ. Biophys. 1998; 37 (2): 75–80. DOI:10.1007/s004110050097
  14. Chorley A.C., Evans B.J., Benwell M.J. Civilian pilot exposure to ultraviolet and blue light and pilot use of sunglasses. Aviat. Space Environ. Med. 2011; 82 (9): 895–900. DOI:10.3357/asem.3034.2011
  15. Ott C., Huber S. Die klinische Bedeutung von kosmischer Strahlenbelastung in der Luftfahrt. Praxis (Bern 1994). 2006; 95 (4): 99–106. DOI:10.1024/0369-8394.95.4.99
  16. [Ott C., Huber S. The clinical significance of cosmic radiation in aviation. Praxis (Bern 1994). 2006; 95 (4): 99–106. DOI:10.1024/0369-8394.95.4.99 (in German)]
  17. Декалин А.А. Профессиональные и профессионально обусловленные заболевания летного состава гражданской авиации. Синергия Наук. 2019; 31: 1461–76
  18. [Dekalin А.А. Occupational and occupationally caused diseases of aircraft of civil aviation. Sinergia Nauk. 2019; 31: 1461–76 (in Russian)]
  19. Laranjeiro R., Harinath G., Pollard A.K., Gaffney C.J., Deane C.S., Vanapalli S.A., Etheridge T., Szewczyk N.J., Driscoll M. Spaceflight affects neuronal morphology and alters transcellular degradation of neuronal debris in adult Caenorhabditis elegans. iScience. 2021; 24 (2): 102105. DOI:10.1016/j.isci.2021.102105
  20. Tesei D., Jewczynko A., Lynch A.M., Urbaniak C. Understanding the complexities and changes of the astronaut microbiome for successful long-duration space missions. Life (Basel). 2022; 12 (4): 495. DOI:10.3390/life12040495
  21. Afshinnekoo E., Scott R.T., MacKay M.J., Pariset E., Cekanaviciute E., Barker R., Gilroy S., Hassane D., Smith S.M., Zwart S.R., Nelman-Gonzalez M., Crucian B.E., Ponomarev S.A., Orlov O.I., Shiba D., Muratani M., Yamamoto M., Richards S.E., Vaishampayan P.A., Meydan C., Foox J., Myrrhe J., Istasse E., Singh N., Venkateswaran K., Keune J.A., Ray H.E., Basner M., Miller J., Vitaterna M.H., Taylor D.M., Wallace D., Rubins K., Bailey S.M., Grabham P., Costes S.V., Mason C.E., Beheshti A. Fundamental biological features of spaceflight: advancing the field to enable deep-space exploration. Cell. 2020; 183 (5): 1162–84. DOI:10.1016/j.cell.2020.10.050
  22. Akiyama T., Horie K., Hinoi E., Hiraiwa M., Kato A., Maekawa Y., Takahashi A., Furukawa S. How does spaceflight affect the acquired immune system? NPJ microgravity. 2020; 6: 14. DOI:10.1038/s41526-020-0104-1
  23. Самойлов А.С., Ушаков И.Б., Шуршаков В.А. Радиационное воздействие в орбитальных и межпланетных космических полетах: мониторинг и защита. Экология человека. 2019; 26 (1): 4–9. DOI:10.33396/1728-0869-2019-1-4-9
  24. [Samoylov A.S., Ushakov I.B., Shurshakov V.A. Radiation exposure during the orbital and interplanetary spaceflights: monitoring and protection. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2019; 26 (1): 4–9. DOI:10.33396/1728-0869-2019-1-4-9 (in Russian)]
  25. Meshkov D., Rykova M., Antropova E., Vdovin A., Biziukin A., Nesvizhsky I. Phagocyte system under spaceflight conditions. J. Gravit. Physiol. 1998; 5 (1): 139–40.
  26. Shirah B.H., Ibrahim B.M., Aladdin Y., Sen J. Space neuroscience: current understanding and future research. Neurol. Sci. 2022; 43 (8): 4649–54. DOI:10.1007/s10072-022-06146-0
  27. Пальцев М.А., Кветной И.М., Зуев В.А., Линькова Н.С., Кветная Т.В. Нейродегенеративные заболевания: молекулярные основы патогенеза, прижизненной персонифицированной диагностики и таргетной фармакотерапии. СПб.: ООО «Эко-Вектор», 2019; 200
  28. [Pal’cev M.A., Kvetnoj I.M., Zuev V.A., Lin’kova N.S., Kvetnaya T.V. Neurodegenerative diseases: molecular basis of pathogenesis, lifelong personalized diagnostics and targeted pharmacotherapy. Saint-Petersburg: Eko-Vektor LLC Publisher, 2019; 200 (in Russian)]
  29. Johri A., Beal M.F. Mitochondrial dysfunction in neurodegenerative diseases. J. Pharmacol. Exp. Ther. 2012; 342 (3): 619–30. DOI: 10.1124/jpet.112.192138
  30. Keogh M.J., Chinnery P.F. Mitochondrial DNA mutations in neurodegeneration. Biochim. Biophys. Acta. 2015; 1847 (11): 1401–11. DOI: 10.1016/j.bbabio.2015.05.015.
  31. Dawson T.M., Dawson V.L. Parkin plays a role in sporadic Parkinson’s disease. Neurodegener. Dis. 2014; 13 (2-3): 69–71. DOI:10.1159/000354307
  32. Hebron M., Chen W., Miessau M.J., Lonskaya I., Moussa C.E. Parkin reverses TDP-43-induced cell death and failure of amino acid homeostasis. J. Neurochem. 2014; 129 (2): 350–61. DOI:10.1111/jnc.12630
  33. Rosen K.M., Moussa C.E., Lee H.K., Kumar P., Kitada T., Qin G., Fu Q., Querfurth H.W. Parkin reverses intracellular β-amyloid accumulation and its negative effects on proteasome function. J. Neurosci. Res. 2010; 88 (1): 167–78. DOI:10.1002/jnr.22178
  34. Tsai Y.C., Fishman P.S., Thakor N.V., Oyler G.A. Parkin facilitates the elimination of expanded polyglutamine proteins and leads to preservation of proteasome function. J. Biol. Chem. 2003; 278 (24): 22044–55. DOI:10.1074/jbc.M212235200
  35. Kubo S., Hatano T., Takanashi M., Hattori N. Can parkin be a target for future treatment of Parkinson’s disease? Expert Opin. Ther. Targets. 2013; 17 (10): 1133–44. DOI:10.1517/14728222.2013.827173
  36. Signorile A., Sgaramella G., Bellomo F., De Rasmo D. Prohibitins: a critical role in mitochondrial functions and implication in diseases. Cells. 2019; 8 (1): 71. DOI:10.3390/cells8010071.
  37. Tatsuta T., Model K., Langer T. Formation of membrane-bound ring complexes by prohibitins in mitochondria. Mol. Biol. Cell. 2005; 16 (1): 248–59. DOI:10.1091/mbc.e04-09-0807
  38. Merkwirth C., Dargazanli S., Tatsuta T., Geimer S., Löwer B., Wunderlich F.T., von Kleist-Retzow J.C., Waisman A., Westermann B., Langer T. Prohibitins control cell proliferation and apoptosis by regulating OPA1-dependent cristae morphogenesis in mitochondria. Genes Dev. 2008; 22 (4): 476–88. DOI:10.1101/gad.460708.
  39. Эллиниди В.Н., Аникеева Н.В., Максимова Н.А. Практическая иммуногистоцитохимия: методические рекомендации. СПб.: ВЦЭРМ МЧС России; 2002; 36
  40. [Ellinidi V.N., Anikeeva N.V., Maksimova N.A. Prakticheskaya immunogistocitohimiya: metodicheskie rekomendacii. Saint Petersburg: VCERM MCHS Rossii Publisher; 2002; 36 (in Russian)]
  41. Wang X., Ding D., Wu L., Jiang T., Wu C., Ge Y., Guo X.. PHB blocks endoplasmic reticulum stress and apoptosis induced by MPTP/MPP(+) in PD models. J. Chem. Neuroanat. 2021; 113: 101922. DOI: 10.1016/j.jchemneu.2021. 101922
  42. Williams D.R. The biomedical challenges of space flight. Annu. Rev. Med. 2003; 54: 245–56. DOI: 10.1146/annurev.med.54.101601.152215