Введение к работе
Актуальность проблемы. В результате деятельности человека концентрация урана в природе достигает достаточно высоких значений и может варьировать в пределах от 0,01 мкг/л до 12,4 мг/л [Depleted Uranium: Sources, Exposure and Health Effects,
-
. В почве и воде уран преимущественно встречается в виде свободных ионов
2+
уранила (UO2 ) или в виде их комплексов [Duquene et al., 2010]. Давно известно, что ионы уранила представляют непосредственную опасность для экосистем [Sheppard et al., 2005], на организменном уровне могут быть причиной ряда патологий [Hu et al., 1990], проявляя существенные мутагенные и канцерогенные свойства [Miller et al.,
-
. Подавляющее большинство известных работ сосредоточено на описании феноменологии повреждающего действия ионов уранила [Smith et al., 2009, Cheng et al., 2010, Trenfield et al., 2011, Orona & Tasat, 2012]. Причиной повреждающего действия ионов уранила на организм считают, с одной стороны, ярко выраженную радиоактивность изотопов урана [Бекман, 2009], с другой - их химическую токсичность, а именно - способность обратимо взаимодействовать с боковыми группами белков и аминокислот (например, с сульфгидрильными), что может приводить к инактивации ряда ферментов [Pible et al., 2010], а также способность к образованию комплексов, что негативно сказывается на обмене биологически значимых анионов и катионов [Baker, 2012]. Нужно отметить, что механизму химической токсичности ионов уранила традиционно отводится меньшее внимание, так как он наблюдается при остром воздействии и при достаточно высоких концентрациях [Cheng et al., 2010]. Образование активных форм кислорода и окислительных повреждений биополимеров за счет радиоактивности изотопов урана, а также ингибирование ряда ферментов антиоксидантной защиты и репарации, в большинстве случаев приводит к развитию окислительного стресса [George et al., 2011, Orona & Tasat, 2012]. В нашей лаборатории было высказано предположение о том, что существует дополнительный механизм инициации окислительного стресса ионами уранила, который связан преимущественно с физико-химической генерацией АФК под действием этих ионов [Смирнова и др., 2011]. В связи с вышеизложенным, исследование альтернативных процессов, лежащих в основе развития окислительного стресса, индуцированного ионами уранила, представляет собой актуальную научную проблему.
Цель и основные задачи исследования. Цель данной работы заключалась в исследовании образования активных форм кислорода под влиянием ионов уранила в водных растворах и их токсического действия в различных биологических системах. В соответствии с целью были поставлены основные задачи:
1. Исследовать влияние ионов уранила в микромолярных концентрациях на генерацию АФК в водных растворах под действием тепла или видимого света, выявить факторы, влияющие на этот процесс и оценить вклад естественной радиоактивности урана.
-
-
Изучить влияние ионов уранила в микромолярных концентрациях на образование окислительных повреждений ДНК и белков in vitro и in vivo.
-
Исследовать влияние ионов уранила на основные физиологические параметры митохондрий, оценить возможный вклад митохондрий в развитие индуцированного ионами уранила окислительного стресса.
-
Оценить радиомодифицирующий потенциал микромолярных концентраций ионов уранила на организменном уровне.
Научная новизна. Показано, что в присутствии ионов уранила в микромолярных концентрациях в водных растворах происходит существенное усиление образования АФК под действием тепла, видимого света и рентгеновского излучения. Выявлены ключевые факторы, влияющие на этот процесс. Установлено, что увеличение интенсивности генерации АФК в присутствии ионов уранила по большей части обусловлено их физико-химическими свойствами, а не природной радиоактивностью. С помощью метода индуцированной хемилюминесценции белка впервые показано образование долгоживущих радикальных форм белка под влиянием ионов уранила. Установлено, что при внутрибрюшинном введении ионов уранила в микромолярных концентрациях мышам наблюдается высокий уровень окислительных повреждений белков плазмы крови. Показано, что в присутствии ионов уранила в растворе с ДНК происходит интенсивное образование 8- оксогуанина - ключевого биомаркера окислительных повреждений ДНК. Установлено, что при внутрибрюшинном введении мышам ионов уранила в микромолярных концентрациях в костном мозге наблюдается увеличение уровня полихроматофильных эритроцитов (ПХЭ), содержащих микроядра (МЯ). Показано, что ионы уранила в микромолярных концентрациях не влияют на функционирование митохондрий. Показано, что ионы уранила в существенной мере модифицируют повреждающее действие ионизирующей радиации при тотальном облучении мышей. Научно-практическая ценность. В работе показано, что ионы уранила в микромолярных концентрациях обладают значительными прооксидантными, генотоксическими и цитотоксическими свойствами. При этом наблюдаемые эффекты по большей части связаны с физико-химическими свойствами ионов уранила, а не с их радиоактивностью. Полученные результаты могут быть использованы при научном обосновании безопасных санитарно-гигиенических нормативов концентрации ионов уранила в среде и указывают на необходимость корректировки «Требований к защите от природного облучения в производственных условиях» (СП 2.6.1. 758-99).
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 14-16-й конференциях молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2010-2012), на Съезде по радиационным исследованиям (Москва, 2010), на IX Конференции, посвященной дню космонавтики (Москва, 2010), на III Всероссийском конгрессе «Симбиоз-Россия 2010» (Нижний Новгород, 2010), на Международной конференции «Медико-биологические проблемы токсикологии и радиологии» (Санкт-Петербург, 2011), на Международной конференции «Современные проблемы радиобиологии» (Гомель, 2011), на конференции «Экспериментальная и теоретическая биофизика» (Пущино, 2011-2012), на VII Международном симпозиуме «Биологические механизмы старения» (Харьков, 2012), на I Всероссийской молодежной конференции «Актуальные проблемы биологии и химии» (Пущино, 2012). Материалы конференций опубликованы в виде тезисов.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 работ, из них 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 рецензируемая статья в иностранном журнале и 11 тезисов докладов.
Финансовая поддержка. Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ (№ 10-04-01264-а и 10-04-00969-а).
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах
Похожие диссертации на Образование активных форм кислорода под влиянием ионов уранила и их токсическое действие
-
