Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из центральных проблем биофизики клетки является изучение механизмов действия физико-химических агентов (УФ-света, ионизирующей радиации, активных форм кислорода) на структурно-функциональное состояние компонентов иммунной системы, являющихся основными элементами поддержания гомеостаза организма.
Накоплены обширные сведения о структурно-функциональных модификациях лимфоцитов человека и животных в условиях воздействия УФ-света и активных форм кислорода (И.Е. Ганелина, К.А. Самойлова, 1986; В.И. Карандашов, Е.Б. Петухов, 1997; А.А. Ярилин, 1999; I.A. Gamaley, I.V. Klyubin, 1999). Действие УФ-света и активных форм кислорода на лимфоциты человека проявляется в изменениях процессов их пролиферации и дифференцировки (Е.В. Волгарева и др., 1990; Е.В. Волгарева, 1991), клеточной цитотоксичности (Л.И. Попова, 2008), уровня экспрессии поверхностных рецепторов и антигенов (В.А. Крыленков, 1982; Е.В. Дмитриев, 2003; И.А. Колтаков, 2007; Л.И. Попова, 2008; О.В. Земченкова, 2012), активности ферментов (О.В. Земченкова, 2012), синтеза цитокинов (D. Kulms, Т. Schwarz, 2001; Е.А. Двурекова, 2005; И.Е. Савостина, 2005), интенсификации пероксидного фотоокисления липидов (Д.И. Рошупкин, 1993; Е.В. Дмитриев, 2003), усилении спонтанного и митогениндуцированного синтеза ДНК (Е.В. Волгарева, 1991), индукции апоптоза (И.А. Донская, 1997; М.С. Трубицына, 2009). В реализации модифицирующих клеточных эффектов ультрафиолетового излучения и АФК могут участвовать сигналтрансдукторные системы (G.L. Schieven, J.A. Ledbetter, 1993; В.А. Ткачук, 2012), к числу которых относят системы регуляции внутриклеточного кальция, цАМФ, оксида азота. В то же время отсутствуют исчерпывающие данные о взаимосвязи структурно-функциональных модификаций лимфоцитов с изменением уровня внутриклеточных вторичных мессенджеров. Исследования, посвященные изучению процессов модулирования уровня вторичных мессенджеров в лимфоцитах человека, не носят систематического характера. Требуют уточнения и детализации многие вопросы, касающиеся выявления роли экзогенного кальция в процессах функционирования иммуноцитов в условиях воздействия физико-химических факторов.
В этой связи исследование особенностей трансдукции внешнего сигнала в лимфоцитарные клетки позволит выяснить механизмы функционирования иммунокомпетентных клеток человека и разработать способы управления программами жизнедеятельности клеток в норме, при действии внешних факторов и в условиях патологии.
Цель и задачи диссертационной работы. Целью работы явилось выявление роли отдельных сигнальных путей и вторичных посредников в процессах модуляции структурно-функциональных свойств лимфоцитов периферической крови доноров в условиях воздействия УФ-света (240-390 нм) в дозах 151, 1510, 4530 и 9060 Дж/м и активных форм кислорода (пероксида водорода, гидроксильного радикала, синглетного кислорода).
Задачи работы предусматривали:
-
Исследование изменений внутриклеточной концентрации Са в лимфоцитах после воздействия УФ-света и активных форм кислорода (АФК).
-
Исследование изменений уровня цАМФ в цитозоле интактных и УФ-облученных лимфоцитов человека.
-
Выявление возможной роли УФ-света и активных форм кислорода в активации индуцибельной NO-синтазы лимфоцитов и образовании в них N0-радикалов.
-
Исследование структурно-функциональных модификаций плазматических мембран лимфоцитов после УФ-облучения и генерации АФК.
-
Выяснение возможной роли экзогенного кальция в процессах гибели лимфоцитов, индуцированной воздействием УФ-света и активных форм кислорода.
Научная новизна. Изучены изменения уровня вторичных мессенджеров - ионов кальция, цАМФ и оксида азота, в лимфоцитарных клетках человека в условиях воздействия УФ-света (240-390 нм) в дозах 151, 1510, 4530, 9060 Дж/м2 и активных форм кислорода (пероксида водорода, гидроксильного радикала, синглетного кислорода). Установлено участие аденилатциклазного и фосфоинозитидного путей передачи сигнала в процессах модулирования структурно-функционального состояния лимфоцитов человека после воздействия УФ-света и АФК. Исследованы возможные механизмы изменений уровня цитозольного кальция в лимфоцитах, суспендированных в кальцийсодержащей и бескальциевой средах, индуцированных УФ-облучением и активными кислородными метаболитами.
Практическая значимость. Результаты данной работы расширяют современные представления о механизмах внутриклеточной передачи сигнала в иммунокомпетентных клетках после воздействия УФ-света и активных форм кислорода. Их необходимо учитывать при обсуждении вопросов, касающихся выявления молекулярно-клеточных механизмов лечебно-профилактического действия метода аутотрансфузии УФ-облученной крови (АУФОК).
Результаты работы используются в учебном процессе Воронежского государственного университета при проведении занятий по дисциплинам «Биофизика», «Биофизика мембран», «Физико-химические основы межклеточных взаимодействий», «Медицинская биохимия и биофизика», а также в ходе выполнения выпускных квалификационных работ студентами кафедры биофизики и биотехнологии.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на 3-й Международной конференции ИНТЕРН АС-2007 «Актуальные проблемы современного естествознания» (Калуга, 2007); 15-ой Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008» (Москва, 2008); Международной научной конференции «Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем» (Беларусь, Минск, 2008); 5-ом съезде Российского фотобиологического общества, международной конференции «Преобразование энергии света при фотосинтезе» (Пущино, 2008); 6-ом Сибирском физиологическом съезде (Барнаул, 2008); II съезде физиологов СНГ (Кишинэу, Молдова, 2008); Международной конференции студентов,
аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2009» (Москва, 2009); VI съезде Российского фотобиологического общества (пос. Шепси, 2011); VI Международном конгрессе «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2012); IV съезде биофизиков России (Нижний Новгород, 2012); Международной научно-методической конференции «Современные проблемы биофизики сложных систем. Информационно-образовательные процессы» (Воронеж, 2013); Научных отчетных конференциях преподавателей и сотрудников Воронежского госуниверситета (Воронеж, 2009, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 статей и 12 тезисов, в том числе 5 статей в журналах из «Перечня ВАК РФ».
На защиту выносятся следующие положения:
1. Воздействие УФ-света (240-390 нм) в дозах 151, 1510, 4530 и 9060 Дж/м2
и активных форм кислорода (пероксида водорода, гидроксильного радикала,
синглетного кислорода) на лимфоциты человека индуцирует изменения уровня
9-І-
внутриклеточных мессенджеров - Са , пАМФ, NO.
2. В процессы модулирования уровня цитозольного кальция в лимфоцитах
9-І-
человека после воздействия УФ-света и АФК вносят вклад Са -депо клетки,
9-І- 9-І-
Са -каналы и Са -АТФаза плазматических мембран, нарушения структурного состояния лимфоцитарных мембран вследствие интенсификации свободнорадикальных процессов.
3. Экзогенный кальций в среде суспендирования лимфоцитов в условиях их
УФ-облучения и воздействия АФК определяет направленность изменений
9-І-
уровня внутриклеточного кальция, активности Са -АТФазы, структурного состояния плазматических мембран и процессы гибели исследуемых клеток.
4. Схема процессов взаимодействия компонентов отдельных
сигналтрансдукторных систем лимфоцитов в условиях их УФ-облучения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает 162 страницы машинописного текста, 2 таблицы, 35 рисунков. Состоит из «Введения», 6 глав, «Заключения», «Выводов». Список литературы содержит 247 источников, из них 136 - отечественных и 111 - зарубежных.
