Анализ УФ-индуцированных структурно-функциональных изменений белков системы комплемента и эритроцитарных мембран Гусинская, Виктория Витальевна

Введение к работе

- З -

Актуальность проблемы.

В современной неблагоприятной экологической обстановке, сложившейся в результате интенсивной технологической деятельности человека, остро встала проблема предотвращения и ликвидации целого спектра врожденных и приобретенных его патологических состояний, протекающих на фоне различных нарушений иммунитета - иммунодепрессии, иммуното-лерантности, иммунореактивности и аутоиммунной агрессии. В связи с чем неоспоримым является приоритет проблем современной биологии, физики, химии и медицины, связанных с поиском и разработкой эффективных методов иммунокоррекции организма человека и животных в лечебных и профилактических целях.

В силу замедленной эффективности действия традиционных средств фармакотерапии и накопления нежелательных последствий их применения особую актуальность приобрели методы нефармакологической терапии, в частности, аутотрансфузии УФ-облученной крови (АУФОК). В настоящее время АУФОК используется в хирургических, акушерско-гинекологических и терапевтических клиниках для лечения самого широкого спектра заболеваний (В.А.Крыленков и сотр., 1983; В.Е.Холмогоров и сотр., 1988; И. И. Жуликова, 1992). Лечебный эффект метода связывают с усилением оксигенации крови, купированием гипсксических состояний, с повышением бактерицидных и нормализацией реологических свойств УФ-облученной крови, а также стимуляцией факторов клеточного и гуморального иммунитета (К.А.Самойлова, И.Г.Дуткевич. 1986). Определенная универсальность терапевтического воздействия переливания фотомодифицированной крови на организм находит свое объяснение в том, что клеточные и гуморальные компоненты крови, подвергнутые УФ-облучению в физиологических дозах, могут оказывать регулирующее действие на иммунную систему, а значит, и на организм в целом.

Исследования по функциональной активности иммунной системы при воздействии оптического (в том числе и УФ) излучения на биосистемы различного уровня организации способствовали формированию нового научного направления - фотоиммунологии, базирующейся на применении современных методов биофизики и иммунологии.

В литературе имеется большое количество работ, вскрывающих механизм действия УФ-света на белки, липиды и их надмолекулярные комплексы - ферментные ансамбли, цитоплазматические мебраны, клетки и т.д. (СВ. Конев, И. Д. Волотовский, 1979; Д. И. Рощупкин, 1979; И. И. Сапе-жинский, 1981; В.Г.Артюхов, 1983; Ю.А. Владимиров, А.Я.Потапенко,

- 4 -1989; В.А.Крыленков, 1990).

Но несмотря на достаточно большое число работ в области фотобиологии и фотоиммунологии, определенные успехи в использовании метода АУФОК в медицине, сохраняется значительная диспропорция между широтой применения метода и пониманием конкретных механизмов его лечебного действия. Следствием такого положения является неопределенность в анализе процессов, определяющих терапевтический эффект данного метода, отсутствие показаний и противопоказаний его использования, а также дифференцированного подхода при лечении и профилактике различных патологий у людей с учетом их индивидуальных особенностей.

Кроме того, в литературе практически отсутствуют работы, посвященные анализу взаимосвязи процессов дозозависимых структурных фотомодификаций иммунокомпетентных компонентов крови с процессами их функциональной активации, а также определению соотношения вкладов тех или иных фотохимических процессов в эффектах УФ-модификации составляющих крови и возможности их дозозависимой регуляции.

Исходя из вышеизложенного, нами проведены систематические исследования структурно-функциональных фотомодификаций системы сывороточных белков комплемента (одного из факторов неспецифического иммунитета) и эритроцитарных мембран, функционирующих отдельно и в комплексе друг с другом. Так как комплемент представляет собой сложную и полифункциональную систему организма, эффективно участвующую вс многих физиологических процессах, мы сосредоточили свое внимание на анализе лишь одной из его функций - гемолитической.

Цель и задачи работы.

Целью настоящей работы явилось изучение взаимосвязи между структурными и функциональными изменениями белков системы комплемен-та и компонентов эритроцитарных .мембран^-.^шдуцирдванными-раздинными— дозами УФ-излучения.

Задачи работы предусматривали:

1. Исследование воздействия УФ-излучения (240-390 нм) в диапазоне доз 75,5 * 755 Дж/м² на модельную гемолитическую систему, состоящую из сенсибилизированных кроличьими антителами бараньих эритроцитов и сыворотки крови человека - источник белков комплемента.

2. Определение дозозависимого соотношения вкладов различных фотопроцессов (прямого и косвенного действия УФ-света), протекающих на эритроцитарных мембранах и в сыворотке крови, в общем эффекте УФ-модификации гемолитической системы.

3. Выявление роли структурно-функциональных фотомодификаций отдельных факторов комплемента в УФ-индуцировакном изменении его активации по классическому и альтернативному путям.

4. Изучение взаимосвязи структурных УФ-превращений эритроцитарных мембран с проявлением ими своих иммунобиологических свойств.

5. Исследование роли структурно-функциональных изменений мембран эритроцитов и системы комплемента в проявлении терапевтического эффекта метода АУФОК по отношению к больным бронхиальной астмой и язвой желудка.

Научная новизна.

Работа является комплексным исследованием, посвященным анализу взаимосвязи между структурными и функциональными фотомодификациями мембран эритроцитарных клеток, а такие белков системы комплемента сыворотки человека.

Впервые изучено влияние УФ-света на структурно-функциональное состояние взаимодействующих в гемолитической системе компонентов -эритроцитарных мембран и сывороточного комплемента; определено соотношение вкладов различных фотохимических процессов, протекающих в этих компонентах при различных дозах УФ-облучения, в общем эффекте наблюдаемой фотоинактивации системы комплемента.

Установлено, что определяющая роль в УФ-изменении гемолитической активности системы комплемента принадлежит опосредованному через продукты радикальной природы (преимущественно продукты пероксидного окисления липидов) действию УФ-света.

Показано, что ответные реакции системы комплемента на воздействие различных доз УФ-излучения определяются исходным уровнем его активности в сыворотке крови, а также фотомодификациями отдельных его факторов и состоянием функционирования ингибиторкых протеиназ.

Разработана схема УФ-индуцированных превращений молекул белка Clq (субкомпонента первого фактора комплемента).

Изучены структурные изменения внешнего примембранного слоя эритроцитарных клеток под действием УФ-излучения, проявляющиеся в модификации их сорбционных, иммуносорбционных и гормонсвязывающих свойств.

Показано коррегирующее действие АУФОК-терапии на структурно-функциональное состояние эритроцитарных мембран и систему комплемента крови больных бронхиальной астмой и язвой желудка.

Практическая значимость.

Научные положения диссертационной работы расширяют и углубляют современные представления о молекулярно-клеточном механизме действия УФ-света на отдельные составляющие системы крови, являющиеся ключевыми звеньями в адаптационно-защитной системе организма.

Выявленная дозовая зависимость интенсивности протекания тех или иных фотохимических процессов в различных компонентах крови может явиться теоретическим фундаментом целенаправленного использования УФ-света в медицине.

Предложенные тесты диагностики структурно-функционального состояния систем клеточной рецепции и комплемента могут быть включены в перечень профилактических и терапевтических мероприятий с целью разработки программ индивидуального дифференцированного назначения больным курса фотогемотерапии.

Разработанные нами оригинальные тесты иммуноферментного анализа для изучения инсулинсвязывающей способности эритроцитарных мембран в силу своей простоты и удобства могут быть внедрены в практику лабораторного анализа.

Материалы работы используются в учебном процессе биолого-почвенного Факультета Воронежского госуниверситета (общих курсах - "Иммунология" и "Биофизика", спецкурсе - "Фотобиология").

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены и обсуждены на: Всесоюзной конференции "Применение УФ-облучения крови в медицине и ветеринарии" (Ленинград, 1989); VII Всесоюзной конференции по спектроскопии биополимеров (Харьков, 1991); I съезде "Физиологического общества" (Москва-Пущино, 1993); IX Украинской школе-семинаре "Спектроскопия -молекул-и-кристаллов"—fXapbKOB, 1993Тг^_Научных~сессиях^-Воронежского" госуниверситета (Воронеж, 1990, 1993); Международном симпозиуме "Физико-химические основы функционирования белков и их комплексов" (Воронеж, 1995).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 статей и 2 тезисов.

На зашиту выносятся следующие положения: 1. Фотоинактивация модельной гемолитической системы при действии УФ-излучения в интервале доз 75, 5 + 755 Дж/м² является суммар-

- 7 -ным результатом фотопроцессов, протекающих в сыворотке крови и на мембранах сенсибилизированных эритроцитов при определяющей роли УФ-инактивации белков сывороточного комплемента.

2. В сыворотке крови и на мембранах эритроцитов протекают процессы пероксидного фотоокисления липидов, вклад которых в фотоинактивацию системы комплемента зависит от дозы УФ-облучения.

3. Ответные реакции системы комплемента на воздействие УФ-ради-ации определяются исходным уровнем его активности в сыворотке, фотомодификациями отдельных факторов и состоянием функционирования инги-биторнкх протеиназ.

4. Индуцированные УФ-облучением (151 и 2265 Дж/м²) структурные перестройки белка Clq связаны с процессом разворачивания белковой молекулы, не затрагивающим соотношения типов II структуры белка.

5. Модификация маркеров (антигенных детерминант) поверхности клеток, приводящая к изменению сорбционных, иммуносорбционных и гор-монсвязывающих свойств мембран.эритроцитов, является результатом усиливающихся с ростом дозы УФ-облучения процессов пероксидного окисления липидов.

6. АУФОК-терапия оказывает коррегирующее действие на систему гуморального иммунитета и уровень экспрессии антигенных детерминант и рецепторов на поверхности мембран эритроцитов.

7. схема УФ-модификации белка Clq.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа включает /? страниц машинописного текста, 23 таблицы, 39 рисунков. Состоит из введения, семи глав, заключения, выводов и приложения. Список литературы содержит 136 работ, из них 72 отечественных и 64 зарубежных.