Topography of NO-syntase in the central nervous system of bivalve molluscs under normal and stress conditions
Abstract
This brief review article summarizes the results of the studies of the nitric oxide component of the central nervous system (CNS) of bivalve mollusks obtained by using aldehyde-resistant NADPH-dependent diaphorase (NADPH-d) as a marker for NO-syntase. The data are given on the influence of several environmental stress factors (hyperthermia, hypoxia and anthropogenic pollution) on the topography and quantitative characteristics of NADPH-d-positive neurons and activity of NADPH-d (determined as an optical density of formazan precipitate in the cells) in the CNS of bivalve mollusks, as well as on the neuron ultrastructure, synaptic plasticity and subcellular localization of NADPH-d.
About the Authors
M. A. Vaschenko
A.V. Zhirmunsky Institute of Marine Biology, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences
Russian Federation
Russian Federation
E. P. Kotsyuba
A.V. Zhirmunsky Institute of Marine Biology, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Анникова Л.В., Пименова Е.А., Дюйзен И.В. [и др.]. Локализация NO-ергических элементов в центральной нервной системе двустворчатого моллюска Crenomytilus grayanus // Ж. эвол. биохим. физиол. 2000. Т. 36, № 5. С. 452-457.
2. Дюйзен И.В., Анникова Л.В., Мотавкин П.А. Локализация NO-синтазы в центральной нервной системе двустворчатых моллюсков Mizuhopecten yessoensis и Modiolus kurilensis // Биол. моря. 1999. Т. 25, № 3. С. 243-245.
3. Ерохова Л.А., Браже Н.А., Максимов Г.В. [и др.]. Исследование конформационных изменений каротиноидов в нейронах при действии нейромедиаторов // Докл. Акад. наук. 2005. Т. 402, № 4. С. 558-560.
4. Коцюба Е.П. Влияние повышенной температуры и гипоксии на активность NO в центральной нервной системе двустворчатых моллюсков // Ж. эвол. биохим. физиол. 2008. Т. 44, № 2. С. 200-208.
5. Коцюба Е.П. Влияние температурного стресса на активность NO-синтазы и тирозингидроксилазы в центральной нервной системе двустворчатых моллюсков// Ж. эвол. биохим. физиол. 2009. Т. 45, № 1. С. 122-129.
6. Коцюба Е.П., Коцюба А.Е. NO-синтаза в центральной нервной системе пресноводного двустворчатого моллюска Nodularia vladivostokensis в норме и при гипоксии // Ж. эвол. биохим. физиол. 2003. Т. 39, № 2. С. 179-183.
7. Коцюба А.Е., Черток В.М. Нитроксидсодержащие элементы чувствительной иннервации артерий головного мозга // Тихоокеанский медицинский журнал. 2009. № 2. С. 69-72.
8. Коцюба А.Е., Черток В.М. Гистохимическая и иммуногистохимическая локализация холинацетилтрансфераз в ядрах продолговатого мозга крыс // Цитология. 2013. Т. 55, № 11. С. 821-827.
9. Мотавкин П.А., Вараксин А.А. Гистофизиология нервной системы и регуляция размножения у двустворчатых моллюсков. М.: Наука, 1983. 208 с.
10. Мотавкин П.А., Хотимченко Ю.С., Деридович И.И. Регуляция размножения и биотехнология получения половых клеток у двустворчатых моллюсков. М.: Наука, 1990. 217 с.
11. Пименова Е.А., Хлопова А.В., Вараксин А.А. Нитроксидергические клетки в кишечнике двустворчатого моллюска Modiolus kurilensis // Биология моря. 2002. Т. 28, № 2. С. 119-124.
12. Пименова Е.А., Вараксин А.А. Локализация NO-ергических элементов в ротовых лопастях, губах и пищеводе двустворчатого моллюска Crenomytilus grayanus // Ж. эвол. биохим. физиол. 2003. Т. 39, № 5. С. 476-481.
13. Ружинская Н.Н., Гдовский П.А. NADPH-диафораза в обонятельной системе карпа Cyprinus carpio // Ж. эвол. биохим. физиол. 2002. Т. 38, № 1. С. 91-96.
14. Старцева М.С., Коцюба А.Е., Черток В.М. Пространственная организация газотрансмиттерных нейронов в мозге // Тихоокеанский медицинский журнал. 2015. № 2. С. 38-42.
15. Тищенко П.Я., Сергеев А.Ф., Лобанов В.Б. [и др.]. Гипоксия придонных вод Амурского залива // Вестник ДВО РАН. 2008. № 6. С. 115-125.
16. Хотимченко Ю.С., Деридович И.И., Мотавкин П.А. Биология размножения и регуляция гаметогенеза и нереста у иглокожих. М.: Наука, 1993. 168 с.
17. Черток В.М., Коцюба А.Е. Оксид азота в механизмах афферентной иннервации артерий головного мозга // Цитология. 2010. Т. 52, № 1. С. 24-29.
18. Черток В.М., Коцюба А.Е. Сравнительное исследование катехоламинергических и нитроксидергических нейронов в вазомоторных ядрах каудальной части ствола мозга крысы // Морфология. 2015. Т. 147, № 2. С. 26-31.
19. Черток В.М., Коцюба Е.П. Сравнительная характеристика uNОS-позитивных структур в ЦНС некоторых видов ракообразных // Цитология. 2015. Т. 57, № 8. С. 584-591.
20. Черток В.М., Реутов В.П., Охотин В.Е. Павел Александрович Мотавкин - человек, педагог, ученый // Тихоокеанский мед. журнал. 2012. № 3. С. 7-8.
21. Annikova L.V., Dyuizen I.V., Paltseva Y.N. [et al.]. Putative nitric oxide synthase containing nervous elements in male and female gonads of some marine bivalve mollusks revealed by NADPH-diaphorase histochemistry // Invertebr. Reprod. Dev. 2001. Vol. 40. P. 69-77.
22. Bayne B.L. Ecological consequences of stress // The effects of stress and pollution on marine animals. New York: Praeger, 1985. P 141-155.
23. Brazhe (Ulyanova) N.A., Erokhova L.A., Churin A.A. [et al.]. The relation of different-scale membrane processes under nitric oxide influence // J. Biol. Phys. 2005. Vol. 3t. P 533-546.
24. Brown G.C. Regulation of mitochondrial respiration by nitric oxide inhibition of cytochrome c oxidase // Biochim. Biophys. Acta Bioenerg. 2001. Vol. 1504. P 46-57.
25. Brown G.C., Borutaite V Nitric oxide and mitochondrial respiration in the heart // Cardiovasc. Res. 2007. Vol. 75. P. 283-290.
26. Calabrese V, Mancuso C., Calvani M. [et al.]. Nitric oxide in the central nervous system: neuroprotection versus neurotoxicity // Nat. Rev. Neurosci. 2007. Vol. 8. P. 766-775.
27. Chertok V.M., Kotsyuba A.E., Kotsyuba E.P Serotoninergic and nitroxidergic neurons in the nuclei of the medulla oblongata in the rat // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2012. Vol. 42, No. 5. P. 526-531.
28. Chertok V.M., Kotsyuba A.E. Norepinephrinergic and nitroxidergic neurons of vasomotor nuclei in hypertensive rats // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2015. Vol. 158, No. 5. P. 695-699.
29. Chertok VM., Kotsyuba A.E. Distribution of NADPH-diaphorase and neuronal NO synthase in the nuclei of the medulla oblongata in rats // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2014. Vol. 44, No. 8. P. 909-913.
30. Dawson T.M., Bredt D.S., Fotuhi M.H. [et al.]. Nitric oxide synthase and neuronal NADPH-diaphorase are identical in brain and peripheral tissues // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. Vol. 88. P. 7797-7801.
31. Fiskum G. Mitochondrial dysfunction in the pathogenesis of acute neural cell death // Mitochondria in pathogenesis. New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2001. P 317-331.
32. Hope B.T., Michael G.J., Knigge K.M. [et al.]. Neuronal NADPH-diaphorase is a nitric oxide synthase // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. Vol. 88. P. 2811-2814.
33. Karnaukhov VN. Carotenoids in oxidative metabolism of molluscoid neurons // Exp. Cell. Res. 1971. Vol. 64. P 301-306.
34. Keating D.J. Mitochondrial dysfunction, oxidative stress, regulation of exocytosis and their relevance to neurodegenerative diseases // J. Neurochem. 2008. Vol. 104. P. 298-305.
35. Kim H.W., Batista L.A., Hoppes J.L. [et al.]. A crustacean nitric oxide synthase expressed in nerve ganglia, Y-organ, gill and gonad of the tropical land crab, Gecarcinus lateralis // J. Exp. Biol. 2004. Vol. 207. P. 2845-2857.
36. Kotsyuba A.E., Chertok V.M., Kotsyuba E.P. Comparative characteristics of serotoninergic neurons in some nuclei of rat medulla // Cell and Tissue Biology. 2011. Vol. 5, No. 4. P. 503-510.
37. Kotsyuba E.P, Vaschenko M.A. Neuroplastic and neuropathological changes in the central nervous system of the Gray mussel Crenomytilus grayanus (Dunker) under environmental stress // Invertebr. Neurosci. 2010. Vol. 10, No. 1. P 35-46.
38. Larade K., Storey K.B. A profile of the metabolic responses to anoxia in marine invertebrates // Cell and molecular response to stress 3: sensing, signaling and cell adaptation. Amsterdam: Elsevier Science B.V, 2002. P. 27-46.
39. Letendre J., Leboulenger F., Durand F. Oxidative challenge and redox sensing in mollusks: effects of natural and anthropic stressors // Oxidative stress in vertebrates and invertebrates: molecular aspects of cell signaling. Chpt. 26. New York: Wiley-Blackwell, 2012. P. 361-376.
40. Lopez-Costa J.J., Acuipil C., Tagliaferro P [et al.]. Distribution of NADPH-diaphorase in rat mesencephalon: a light and electron microscopical study // Biocell. 2002. Vol. 26. P. 247-252.
41. Mancuso C., Scapagnini G., Curro D. [et al.]. Mitochondrial dysfunction, free radical generation and cellular stress response in neurodegenerative disorders // Front. Biosci. 2007. Vol. 12. P 1107-1123.
42. Marine mussels: their ecology and physiology. Cambridge: Cambridge University Press, 1976. 506 p.
43. Matsumoto T., Nakane M., Pollock J.S. [et al.]. A correlation between soluble brain nitric oxide synthase and NADPH-diaphorase activity is only seen after exposure of the tissue to fixative // Neurosci. Lett. 1993. Vol. 155. P. 61-64.
44. Niizuma K., Endo H., Chan PH. Oxidative stress and mitochondrial dysfunction as determinants of ischemic neuronal death and survival // J. Neurochem. 2009. Vol. 109, Suppl. 1. P 133-138.
45. Petrunyaka V.V. Localization and role of carotenoids in molluscan neurons // Cell. Mol. Neurobiol. 1982. Vol. 1. P 11-20.
46. Pimenova E.A., Varaksin A.A. Putative nitroxidergic cells in the digestive system of some mytilids (Mollusca: Bivalvia: Mytilidae) revealed by NADPHdiaphorase histochemistry // Malacologia. 2006. Vol. 49. P. 61-78.
47. Rothe F., Langnaese K., Wolf G. New aspects of the location of neuronal nitric oxide synthase in the skeletal muscle: a light and electron microscopic study // Nitric Oxide. 2005. Vol. 13. P. 21-35.
48. Shulkin, V.M., Presley, B.J., Kavun, V.Ya. Metal concentrations in mussel Crenomytilus grayanus and oyster Crassostrea gigas in relation to contamination of ambient sediments // Environ. Int. 2003. Vol. 29. P. 493-502.
49. Tseng C.-Y., Lue J.-H., Chang H.-M. [et al.]. Ultrastructural localisation of NADPH-d/nNOS expression in the superior cervical ganglion of the hamster // J. Anat. 2000. Vol. 197. P. 461-475.
50. Varaksin A.A., Pimenova E.A., Varaksina G.S. [et al.]. Localization of NADPH-diaphorase-positive elements in the intestine of the mussel Crenomytilus grayanus // Malacologia. 2002. Vol. 44. P. 135-143.
51. Vaschenko M.A., Kotsyuba E.P. NADPH-diaphorase activity in the central nervous system of the Gray mussel Crenomytilus grayanus (Dunker) under stress conditions: a histochemical study // Mar. Environ. Res. 2008. Vol. 66. P. 249-258.
52. Wolf G., Würdig S., Schünzel G. Nitric oxide synthase in rat brain is predominantly located at neuronal endoplasmic reticulum: an electron microscopic demonstration of NADPH-diaphorase activity // Neurosci. Lett. 1992. Vol. 147. P. 63-66.
53. Zs.-Nagy I. Cytosomes (yellow pigment granules) of mollusks as cell organelles of anoxic energy production // Int. Rev. Cytol. 1977. Vol. 49. P. 331-377.
Review
For citations:
Vaschenko M.A., Kotsyuba E.P. Topography of NO-syntase in the central nervous system of bivalve molluscs under normal and stress conditions. Pacific Medical Journal. 2016;(2):34-41. (In Russ.)
Views:
323
Email this article 