Введение к работе
Актуальность проблемы. Ожирение рассматривается как один из основных факторов высокой смертности населения вследствие развития неалкогольного стеатогепатита, диабета 2-го типа и сердечно-сосудистых заболеваний (Асташкин и Глезер, 2008; Boguszewski et al., 2010). Развитие этих заболеваний при ожирении обусловлено «дислипидэмией» - избытком циркулирующих в крови токсинов - жирных кислот. Гипертрофия и дисфункция белой жировой ткани (WAT) несет в себе большой патогенный потенциал, ввиду ее неспособности эффективно устранять из крови жирные кислоты, а также за счет трансформации эндокринных и иммунных функций жировой ткани (Bays et al., 2008). Известно, что симпатическая нервная система и нейротрансмиттер норадреналин (НА) играют важную роль в процессе липолиза WAT (Tavernier et al., 2005). Модулирующий эффект норадреналина на функции жировой клетки является комплексным и вовлекает не только различные подтипы адренорецепторов, но и различные системы трансдукции сигналов. В ряде работ показано, что липолиз, стимулированный норадреналином, обеспечивается активацией Р-адренорецепторов, аденилатциклазы и синтезом сАМР, а также ключевых липаз HSL и ATGL и фосфорилированием перилипина. Ингибирование этого процесса обеспечивается в результате активации а2- адренорецепторов, гетеротримерного белка Gi, а^субъединицы, ингибирующей аденилатциклазу и синтез сАМР. Важную роль в процессах передачи сигналов от рецептора к мишеням играют и Ру-субъединицы Gi-белков. В последние годы стало известно, что липолиз также может быть стимулирован предсердным натрийуретическим пептидом с последующим накоплением сGMP и активацией протеинкиназы G.
Что касается парасимпатической нервной системы и ее нейротрансмиттера ацетилхолина, то кроме ингибирования процесса липолиза, о его действии на жировые клетки ничего не известно.
Роль Ca2+ в регуляции липолиза и липогенеза белой жировой ткани практически не исследована, несмотря на то, что в роли вторичного мессенджера ионы кальция опосредуют действие более 100 нейротрансмиттеров и гормонов и
регулирует многочисленные клеточные функции. Считается, что рост Ca2+ должен
2+
приводить к ингибированию липолиза протеинкиназой CaMKII и Ca -зависимыми фосфодиэстеразами (PDEIII, IV), снижению концентрации сAMР и cGMP и активности протеинкиназ A и G, соответственно.
Цель исследования. Целью данной работы является получение новых знаний о
функционировании системы кальциевой сигнализации белых адипоцитов.
Основные задачи исследования.
-
Исследовать механизмы генерации кальциевых сигналов белыми адипоцитами в культуре в ответ на стимуляцию адренергических и холинергических рецепторов.
-
Изучить механизм действия L-аргинина на кальциевую сигнализацию
культивируемых белых адипоцитов;
2+
-
Выяснить механизм генерации колебаний [Са Ji при активации мускариновых ацетилхолиновых рецепторов;
-
Изучить механизмы конвергенции сигнальных систем, сопряженных с 1Р3-зависимыми (IP3R) и рианодиновыми (RyR) рецепторами.
Научная новизна работы. В работе показано, что норадреналин, действуя на а- и Р-адренергические рецепторы белых адипоцитов, вызывает 3 типа кальциевых ответов, отличающихся по амплитуде и длительности сигнала. Агонисты аі-адренорецепторов активируют фосфоинозитидный путь передачи сигналов, что приводит к генерации кальциевого ответа типа пик-плато. Для а2-адренергических рецепторов, помимо известного пути ингибирования аденилатциклазы, показано функционирование нового пути передачи сигнала за счет Ру-субъединиц Gi-белков на рианодиновый рецептор эндоплазматического ретикулума, активация которого вызывает импульсное увеличение Са2+ в цитозоле.
Показан механизм возникновения и поддержания кальциевых колебаний, индуцируемых ацетилхолином, в котором ведущее значение имеет рианодиновый рецептор (RyR).
Продемонстрирована конвергенция сигнализации для рецепторов, сопряженных с IP3R и RyR, основанная на том, что гормоны, действуя через рецепторы, сопряженные с G-белком, включают общую схему сигнализации с участием Ру-субъединиц для Gq, Gi и Gs белков, которые активируют одну общую мишень - фосфатидилинозитол 3-киназу (PI3K).
Научно-практическая ценность. Полученные результаты позволяют расширить понимание механизмов сигнализации белых адипоцитов. Исследованная трансдукция сигналов с М3-холинорецепторов и адренергических рецепторов способствует не только пониманию действия ацетилхолина и норадреналина на клетки белого жира, но и может быть использована как потенциальная фармакологическая цель для понимания механизмов возникновения ожирения и связанных с ним нарушений обмена веществ. В силу универсальности PI3K-PKG-RyR пути передачи сигнала и существования множества заболеваний, связанных с нарушениями этого пути, полученные результаты могут стать основой для нового направления фармакологической коррекции этих заболеваний.
Апробация диссертации. Материалы диссертации были представлены на международных конференциях «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» (Пущино, 2009, 2011), на конференции «Фундаментальная наука и клиническая медицина» (Санкт-Петербург, 2008), на школе-конференции для молодых ученых «Методы культивирования клеток» (Санкт-Петербург, 2008), Международной научной конференции «Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем» (Минск, 2012), IV съезде биофизиков России (Нижний Новгород, 2012), а также на Международной конференции молодых ученых «Экспериментальная и теоретическая биофизика '12» (Пущино, 2012).
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 15 печатных работах, из них 5 статей в реферируемых журналах, 5 статей в сборниках и 5 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 104 страницах с использованием 51 рисунка, 3 таблиц и включает: введение, обзор литературы, материалы и методы исследования, собственные экспериментальные данные и их обсуждение, заключение и выводы. Список литературы содержит 263 ссылки.
