DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 02.07.2009

Материалы

загрузка...

Сомногенные, терморегуляторные и противосудорожные эффекты белков теплового шока 70 кда

Худик Кирилл Александрович, 02.07.2009

 

Кирилл Александрович

СОМНОГЕННЫЕ, ТЕРМОРЕГУЛЯТОРНЫЕ И ПРОТИВОСУДОРОЖНЫЕ ЭФФЕКТЫ БЕЛКОВ ТЕПЛОВОГО ШОКА 70 КДА

03.00.13 – Физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Санкт-Петербург

Работа выполнена в лаборатории сравнительной термофизиологии Учреждения Российской академии наук Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук

Пастухов Юрий Федотович

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук

Оганесян Генрих Амазаспович

доктор биологических наук, профессор,

Марков Александр Георгиевич

Ведущее научное учреждение: Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины СЗО

Защита диссертации состоится «10» ноября 2009 года в 11 часов на заседании диссертационного совета (Д 002.127.01) при Учреждении Российской академии наук Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН по адресу: 194223, г. Санкт-Петербург, пр. М. Тореза, 44

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН (194223, г. Санкт-Петербург, пр. М. Тореза, 44).

Автореферат разослан «______» _____________ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук, профессор М.Н. Маслова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Белки теплового шока семейства Heat Shock Proteins 70 kDa (HSP70) осуществляют протективную функцию во всех живых организмах - от археобактерий до человека. Аминокислотная последовательность Hsp70 человека и Escherichia coli идентична на 47%, что подтверждает мнение Е.М. Крепса об исключительно консервативной природе эволюционного процесса, сохраняющего наиболее удачные биохимические перестройки от древних жизненных форм до современных организмов [Крепс, 1972]. Реализация защитной и многих других функций Hsp70 зависит от шаперонной активности [Ellis, 1987]. Под шаперонной активностью понимается способность узнавать и складывать вновь синтезированные полипептидные цепи в активные молекулы белков и восстанавливать нарушенную структуру белков [Маргулис, Гужова, 2000, 2009].

Экспрессия HSP70 выявлена у организмов, находящихся на разных ступенях эволюции, примерно при 100 видах повреждающих воздействий, в том числе после пролонгирования бодрствования или депривации сна [Маслова, 2005; Пастухов, Екимова, 2005]. В 2000-2009 гг показано, что депривация покоя или сна приводит к нарушению конформации белков и повышению экспрессии HSP70 и других шаперонов в мозге [Tononi, Cirelli 2001 - 2005; Naidoo et al., 2005, 2008; Cirelli, 2009 и др.]. Высказываемая рядом авторов гипотеза об участии шаперонов в биогенезе белка и восстановительной функции сна недостаточно обоснована [Terao et al., 2003, 2006], поскольку установлено, что проявления защитных эффектов шаперонов зависят не от их экспрессии, а от накопления их в клетках [Гужова, Маргулис, 2000]. Эти работы не позволяют сделать вывод, способны ли сами шапероны вызывать изменения основных характеристик сна (временных, спектральных, сомато-висцеральных). Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо изучить изменения характеристик сна при повышении уровня HSP70 в мозге. Определенные основания для такого анализа имеются – показано, что Hsp70 в условиях in vitro способен проникать в клетки неврального происхождения [Guzhova et al., 1998, 2001], а после введения Hsp70 в ликвор крысам и голубям он проникает в паренхиму мозга и колокализуется с везикулярным белком синаптофизином в структурах мозга, ответственных за регуляцию сна и висцеральных функций [Екимова и др., 2008, 2009].

Данные об эффектах умеренного теплового стресса (теплового прекондиционирования), вызывающего массивную экспрессию HSP70

в нейронах, глие и синаптических элементах [Chen, Brown, 2007], внесли весомый вклад в представление о высоком терапевтическом потенциале HSP70 при ишемии мозга, сердца, печени, трансплантации органов, тепловом ударе, сепсисе, язвенной болезни, инфекционных, злокачественных и нейродегенеративных заболеваниях [Pockley, 2001; Андреева, 2002; Lee et al., 2006; Holzer et al., 2007 и др.]. Основная задача, которая решалась в этих работах, – это реализация протективной функции HSP70 и получение данных о повышении устойчивости модельных клеточных систем и животных к повреждающим факторам. Изменения показателей терморегуляции остались не изученными.

В приведенном перечне отсутствуют модели эпилепсии как одного из наиболее распространенных заболеваний центральной нервной системы. Только у 40-50% больных эпилепсией отмечаются положительные эффекты медикаментозного лечения, в связи с чем приоритетной задачей является поиск веществ, содержащихся в мозге и обладающих нейропротективными свойствами. Первые данные о противосудорожных эффектах были получены при центральных микроинъекциях Hsp70 и после теплового прекондиционирования у крыс линии Вистар в модели судорог, вызванных введением N-метил, D-аспарагиновой кислоты (NMDA); высказана гипотеза об усилении тормозных процессов при повышении уровня Hsp70 мозге [Пастухов, Екимова, 2005]. Большая социальная значимость эпилепсии определила разработку наследственных моделей этого заболевания у животных как наиболее перспективных для выяснения молекулярных и генетических механизмов эпилептогенеза у человека. Противосудорожное действие HSP70 на моделях наследственной эпилепсии не исследовалось.

При исследовании центральных эффектов Hsp70, включающего два члена семейства HSP70, стресс-индуцибельный (Hsp70i) и конститутивный (Hsc70) белки, остается открытым вопрос о главном «виновнике» того или иного эффекта. Hsp70i и Hsc70 имеют сходные молекулярную структуру и биохимические функции [O’Malley et al., 1985]. Содержание Hsp70i при стрессе увеличивается

в клетках глии, в нейронах, в пре- и пост-синаптических элементах, тогда как содержание Hsc70 в нервной ткани млекопитающих высокое в не стрессовых условиях и не возрастает после стресса [Chen, Brown, 2007]. Однако при стрессе Hsc70 перемещается в области, где много синаптических контактов и поэтому предполагается, что оба шаперона обладают протективным действием. Изучение сомногенных, терморегуляторных и противосудорожных эффектов Hsp70i и Hsc70 не проводилось.

Цель исследования – выяснить, какой из белков теплового шока семейства HSP70 (стресс-индуцибельный Hsp70i и/или конститутивный Hsc70) обладает центральным действием на характеристики состояний сна и бодрствования

и терморегуляции у голубей и крыс, а также на поведенческие показатели судорожной активности у крыс с наследственной формой аудиогенной эпилепсии.

Задачи исследования:

Сравнить изменения характеристик сна и бодрствования и показателей терморегуляции у голубей и крыс при центральном действии Hsp70, состоящего из двух членов семейства HSP70 (Hsp70i и Hsc70).

Выяснить, с каким из членов семейства HSP70 - Hsp70i и/или Hsc70 связаны сомногенные и терморегуляторные эффекты Hsp70.

Сопоставить изменения поведенческих показателей аудиогенного судорожного припадка у крыс линии Крушинского-Молодкиной

с наследственной эпилепсией при центральном действии Hsp70

и входящего в его состав Hsp70i.

Определить влияние кратковременного теплового прекондиционирования на содержание Hsp70i в структурах головного мозга, а также на поведенческие показатели аудиогенного судорожного припадка у крыс

с наследственной эпилепсией.

Научная новизна