Введение к работе
Актуальность исследования. Старение, по современным представлениям, представляет собой многопричинный разрушительный процесс возрастзависимого увеличения числа отклонений от гомеостаза на молекулярном, субклеточном, клеточно-тканевом и системном уровнях, определяемый генетически детерминированной биологической организацией живой системы (Фролькис В.В., 1992; Москалев А.А., 2010). Этому процессу присуще нарушение хрупкого баланса прооксидантно-антиоксидантного равновесия и адаптационных возможностей в различных тканях и органах, что в итоге приводит к развитию ряда патологических состояний, свойственных пожилому возрасту, таких, как атеросклероз, сахарный диабет, нейродегенеративные, иммунологические и эндокринные нарушения, онкологические заболевания и др. (Хавинсон В.Х. и др., 2003; Серова Л.Д. и др., 2003; Halliwell B., Gutteridge J.M.C., 2007). Окислительный стресс, при старении имеющий необратимый и нарастающий характер (Терешина Е.В., 2003), вызывает повреждение основных макромолекул клетки - белков, липидов и ДНК, что ведет к инактивации ферментов, повреждению мембран, нарушению стабильности передачи генетической информации и клеточного деления, а также накоплению аберрантных балластных полимеров (Harman D., 2006). Детальное изучение старения на молекулярном и клеточном уровнях, а также изучение роли апоптоза и генетической нестабильности в возрастных патологиях позволили в настоящее время осуществить переход от понимания старения как пассивного накопления ошибок к представлениям о регуляторных эпигенетических изменениях, влияющих на экспрессию генов (Москалев А.А., 2008).
Рост числа пожилых и старых людей в составе общества высокоразвитых стран приводит к возникновению крупных социально-экономических проблем. При этом возрастные нарушения функций организма человека становятся одной из основных причин его смерти (Рыжак Г.А., Коновалов С.С., 2004; Анисимов В.Н., 2008). В связи с чем, одной из приоритетных задач современной биомедицины является профилактика ускоренного старения и возрастной патологии, направленная на сохранение активного долголетия, увеличение средней продолжительности жизни и достижения видового предела жизни человека (Hayflik L., 2000; Анисимов В.Н., 2008).
В настоящее время у геронтологов особый интерес вызывает изучение геропротекторных свойств разнообразных пептидов. Исследования последних десятилетий выявили, что регуляторные пептиды могут быть наиболее перспективными фармакологическими средствами в плане замедления возрастных и стресс-индуцированных изменений в организме (Karelin A.A. et al., 1998). В результате многолетних исследований Морозов В.Г. и Хавинсон В.Х. (1996, 1997, 2000) обосновали концепцию биорегулирующей терапии, основанной на применении пептидных биорегуляторов при различных заболеваниях, патологических состояниях и старении организма, а также предложили молекулярную модель, лежащую в основе биологических эффектов этих пептидов (Хавинсон В.Х. и др., 2005, 2009, 2012). Спектр регуляторных пептидов чрезвычайно широк. Одним из них является дельта-сон индуцирующий пептид (ДСИП), имеющий следующую первичную структуру - WAGGDASGE. Изучение биологической активности ДСИП выявило уникальные антистрессорные и адаптогенные способности пептида, его кардио- и нейропротекторные эффекты, антиметастатическое, антитоксическое, антидепрессивное и противосудорожное действие, антигипоксические и др. свойства (Sudakov K.V. et al., 1983; Бондаренко Т.И. и др., 1984-2012;
Менджерицкий А.М. и др., 1987-2007; Ульянинский Л.С. и др., 1990; Khvatova I.L.et al., 2003; Михалева И.И., Войтенков Б.О., 2007; Mikhaleva I.I. et al., 2011). Интересным открытием явилось установление геропротекторной активности ДСИП (Попович И.Г и др., 2003), позже подтвержденное в работах других авторов (Майборода Е.А., 2009; Войтенков В.Б. и др., 2009). Вместе с тем, механизм геропротекторного действия ДСИП в настоящее время окончательно не известен.
В связи с этим целью нашей работы явилось изучение молекулярных механизмов реализации геропротекторной активности ДСИП.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследования:
-
Исследовать влияние ДСИП на состояние глутатионзависимого звена антиоксидантной системы (активность глутатионпероксидазы (ГПО), глутатион^-трансферазы (F-S-Т), глутатионредуктазы (ГР) и концентрацию восстановленного глутатиона (GSH)) в разных тканях (мозге, сердечной и скелетной мышцах, печени, почках, селезенке и семенниках) и эритроцитах крыс в возрасте 4-24 месяца.
-
Исследовать влияние ДСИП на экспрессию генов супероксиддисмутазы 1 (СОД 1) и глутатионпероксидазы 1 (ГПО 1) в мозге и крови крыс в процессе физиологического старения организма.
-
Установить влияние ДСИП на активность ферментов электронтранспортной цепи (ЭТЦ) митохондрий (НАДН-дегидрогеназы и сукцинатдегидрогеназы) в мозге, сердечной мышце и печени крыс при физиологическом старении организма.
-
Изучить влияние ДСИП на окислительную модификацию суммарных белков (по содержанию сульфгидрильных, карбонильных групп и битирозина) разных тканей крыс (мозга, сердечной и скелетной мышц, печени, почек, селезенки, семенников) в ходе постнатального развития.
-
Исследовать влияние ДСИП на состояние мембран лизосом и интенсивность лизосомального протеолиза в мозге, сердечной мышце и печени крыс в постнатальном онтогенезе.
-
Изучить влияние ДСИП на уровень хромосомных аберраций и митотическую активность в эпителии роговицы глаза крыс в условиях физиологического старения организма.
Научная новизна работы. В работе впервые показано, что ДСИП участвует в регуляции возрастного окислительного стресса, обладая мощным антиоксидантным эффектом, реализующимся через стимуляцию активности ключевых антиоксидантных ферментов посредством влияния на экспрессию их генов, а также через стабилизацию активности ферментов ЭТЦ митохондрий и снижение окислительной модификации белков разных тканей. На основе анализа метаболических эффектов ДСИП при физиологическом старении организма предложена схема, объясняющая молекулярные механизмы реализации его геропротекторного действия. Обоснована возможность использования синтетического аналога эндогенного ДСИП в профилактике метаболических нарушений стареющего организма и преждевременного старения.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. ДСИП повышает ёмкость глутатионзависимого звена антиоксидантной системы в тканях крыс на разных этапах онтогенеза, причем это влияние имеет наиболее выраженный характер в постмитотических необновляемых тканях.
-
-
В основе модулирующего влияния ДСИП на активность антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы) в мозге и ядросодержащих клетках крови лежит его способность увеличивать экспрессию генов супероксиддисмутазы 1 и глутатионпероксидазы 1 в соответствующих клетках животных при физиологическом старении организма.
-
ДСИП оказывает стабилизирующее действие на активность НАДН-дегидрогеназы в митохондриальной фракции разных тканей крыс при старении, что в совокупности с увеличением ёмкости антиоксидантной системы (АОС) должно снижать выработку свободных радикалов и их негативное действие на макромолекулы клеток.
-
ДСИП приводит к снижению окислительной модификации суммарных белков тканей крыс при старении, в разной степени влияя на уровень сульфгидрильных, карбонильных групп и битирозина, причем степень влияния данного пептида имеет тканеспецифический и хронологически зависимый характер. В основе этого эффекта, вероятно, лежит способность ДСИП повышать емкость АОС организма и увеличивать интенсивность лизосомального протеолиза, последнее должно способствовать деградации аберрантных белков.
-
ДСИП обладает стабилизирующим влиянием на мембраны лизосом мозга, сердечной мышцы и печени крыс разного возраста, что может быть важной составной частью мембранопротекторного действия пептида при старении.
-
Введение ДСИП животным в течение их жизни приводит к снижению числа хромосомных аберраций и увеличению пролиферативной активности эпителия роговицы глаза крыс разных возрастных групп, что может быть следствием снижения окислительной модификации ДНК.
Теоретическая и практическая значимость работы. В теоретическом плане выполненная работа вносит существенный вклад в понимание роли регуляторных пептидов в поддержании гомеостаза при физиологическом старении организма, а также позволяет углубить и расширить наши представления о молекулярных механизмах реализации геропротекторной активности ДСИП. Результаты исследования свидетельствуют о несомненном потенциале ДСИП в качестве геропротектора, сочетающего свойства разных групп геропротекторных препаратов. Действие ДСИП осуществляется на молекулярном, клеточном, органном и организменном уровне, купируя проявления окислительного стресса, играющего важную роль в нарушении гомеостаза при старении организма. Изученные метаболические эффекты ДСИП при старении организма являются основой его геропротекторной активности и дают объяснение ряду обнаруженных ранее положительных эффектов ДСИП, в частности, раскрывают механизм его онкопротекторного действия. Особенности изменения ряда биохимических параметров в сердечной мышце под влиянием ДСИП, безусловно, свидетельствует о его кардиопротекторной функции при старении организма. Способность повышать пролиферативную активность показывает возможность применения этого пептида в терапии в качестве митогенного стимулятора для заживления тканей. А интенсификация лизосомального протеолиза под влиянием ДСИП позволяет прогнозировать возможность его применения с лечебно-профилактической целью при так называемых лизосомальных болезнях накопления. Всё это имеет большое значение в реализации эндогенных механизмов замедления старения организма и обосновывает возможность применения ДСИП для коррекции широкого спектра метаболических нарушений, развивающихся в процессе старения организма, а также для повышения качества жизни. Результаты, полученные в работе, используются на кафедре биохимии и микробиологии Южного федерального университета при чтении курсов «Биохимия», «Биология старения», «Биохимия аминокислот и пептидов», «Основы патологических процессов» и «Биохимия внутри- и межклеточных коммуникаций».
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на V национальном конгрессе геронтологов и гериатров Украины (Киев, 2010), Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2011), 7-Международном конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии» (Судак, 2011), 7-Международной научно-практической конференции «Активные формы кислорода, оксид азота, антиоксиданты и здоровье человека» (Смоленск, 2011), 4- Международной научной конференции «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологии и медицины» (Ростов-на-Дону, 2011), Всероссийской научной конференции «Свободные радикалы, антиоксиданты и старение» (Астрахань, 2011), Всероссийской научной конференции «Модернизация науки и образования» (Махачкала, 2011), II Международной научно- практической конференции «Постгеномные методы анализа в биологии, лабораторной и клинической медицине» (Новосибирск, 2011), XII международном конгрессе "Здоровье и образование в XXI веке" (Москва, 2011), 16-ой Международной Пущинской школе- конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2012), II Всероссийской с международным участием молодежной научной школе-конференции «Биология будущего: традиции и новации» (Екатеринбург, 2012), III Съезде геронтологов и гериатров России (Новосибирск, 2012), на научной сессии факультета биологических наук ЮФУ (Ростов-на- Дону, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, из них 2 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Общий объем публикаций составил 1,77 п.л., личный вклад - 66 %.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 196 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы, включающего 184 отечественных и 222 зарубежных источников. Работа иллюстрирована 31 таблицей и 61 рисунком.
Похожие диссертации на Молекулярные механизмы реализации геропротекторной активности пептида дельта-сна
-
