Введение к работе
Актуальность проблемы. Установлено, что главные процессы формирования пигмента меланина осуществляются в меланоцитах – большая часть факторов, ингибирующих процесс, действует именно на этом этапе (Фирагут Дж. А. с соавторами 2007). Факторы биохимического характера, контролирующие количество и качество активных молекул фермента тирозиназы, оказывают прямой эффект на формирование пигмента меланина. Вероятно, именно эта возможность изменения активности основного фермента реализуется в качестве одного из основных регуляторных механизмов процесса (Farragut J.A.et al., 2009). Важным регуляторным механизмом, контролирующим эффективность работы меланоцита, следует считать изменение способности клетки поддерживать внутреннюю стабильную химическую среду (например, концентрацию цистеина или глутатиона) (Prota G. 2008). Видимо, сульфгидрильные соединения (глутатион и цистеин) подавляют активность тирозиназы, так как связывают медь, активирующую этот фермент. Поэтому изменения концентрации SH-групп в среде (в цитоплазме меланоцита) оказывают непосредственное влияние на формирование пигмента меланина. Этот механизм действует при самых разнообразных обстоятельствах, либо ингибируя, либо интенсифицируя формирование пигмента меланина.
Большой интерес в качестве объекта для подобных исследований формирования пигмента меланина представляет таджикская порода овец, так как селекционировалась она по шерстной продуктивности, что привело к глубоким преобразованиям характера волосяного покрова, формированию новых свойств волосяных фолликулов. Наблюдаемое в волосяных фолликулах ягнят таджикской породы в течение первых недель-месяцев постнатального онтогенеза почти полное ингибирование формирования пигмента меланина обусловлено возрастанием концентрации в крови и тканях сульфгидрильных групп, вследствие увеличения интенсивности роста пуховых и переходных волокон. Клетки предшественников меланоцита приобретают свойства терминальной дифференцированности, когда определенные участки ДНК, в частности блок генов, контролирующих процессы формирования пигмента меланина, прекращают свою функцию, но деление клеток меланобластов не прекращается. Одним из подходов изучения природы факторов, контролирующих ингибирование формирования пигмента меланина, является комплексное исследование биохимических, морфофизиологических и клеточных механизмов блока пролиферации в предшественниках меланоцита (меланобласты).
Цель и задачи исследования. Основной целью работы являлось изучение регуляторных механизмов формирования пигмента меланина, то есть выявление влияния биохимических, морфофизиологических и клеточных факторов, ингибирующих формирование пигмента меланина, что приблизит нас к пониманию влияния факторов, контролирующих депигментацию у животных и человека.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
- исследовать митотическую активность меланоцитов и механизм снабжения волос пигментом, провести корреляционный анализ биохимических и морфофизиологических параметров, используемых для построения модели процесса формирования пигмента меланина;
- изучить основные биохимические и морфофизиологические характеристики пигментогенеза, провести регрессионный анализ зависимости концентрации пигмента в волосах от отобранных параметров у ягнят различных генотипов окраски;
- изучить морфофизиологические процессы формирования пигмента меланина в волосяных фолликулах ягнят таджикской породы различных генотипов окраски;
- изучить клеточный механизм регуляции процесса формирования пигмента меланина, на модели гетерокарионов исследовать природу влияния клеточных факторов предшественник меланоцита (меланобласты) на синтез ДНК в ядрах эмбриональных фибробластов овец (ЭФО).
Научная новизна работы. Впервые проведены исследования биохимических и клеточных процессов ингибирования формирования пигмента меланина. Выявлен новый механизм транспортирования меланобласта, реализующихся в процессе митотического деления пигментных клеток, их миграции из зоны сосочка фолликула и включения в формирующиеся волосы, а также биохимические и морфофизиологические основы процесса ингибирования формирования пигмента меланина. Показано, комплекс новых биохимических характеристик пигментных клеток и волосяных фолликулов, тесно коррелирующих с содержанием пигмента меланина в волосах. Выявлена белковая природа факторов, подавляющих формирование пигмента меланина шерсти у овец, и установлено, что эти белки локализованы в цитоплазме клетки. Выяснена зависимость ингибирования синтеза ДНК в ядрах клеток меланобластов от пролиферативного потенциала. Исследованы биохимические и клеточные основы подавления синтеза пигмента меланина под действием белков-ферментов, основные этапы биохимической детерминации пигментации шерстного покрова овец. Обнаружен до сих пор неизвестный механизм транспортирования гранул меланина волос, в процессе которого значительная часть пигмента приносится мигрирующими из зоны сосочка меланоцитами.
Практическая значимость работы. Результаты наших экспериментов позволяют существенно продвинуться в понимании роли митотического деления меланоцитов в процессах формирования пигмента меланина. Были выявлены биохимический, морфофизиологический и клеточный механизмы торможения и восстановления активной функции меланоцитов.
Научные разработки и опубликованные работы могут быть использованы при подготовке методических указаний, а также при чтении спецкурсов и проведении спецпрактикумов по биохимии животных и биохимии формирования пигмента меланина на кафедре биохимии биологического профиля ВУЗ-ов. Опубликованные материалы также могут быть широко использованы для составления методических указаний по изучению биохимии пигментации шерсти и кожного покрова.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на международной научно-практической конференции «Продовольственная безопасность: состояние и перспективы» (Душанбе 2011), Республиканской научной конференции «Экологические проблемы и рациональное использование природных ресурсов» (Душанбе 2012), на апрельских конференциях профессорского-преподавательского состава ТНУ «День науки» (2011, 2012, 2013), на конференциях и научных семинарах биологического факультета и кафедры биохимии ТНУ, на расширенном заседании кафедры биохимии ТНУ (2013).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав (обзор литературы; объекты и методы исследования; результаты исследований), заключения, выводов, списка литературы. Диссертация изложена на 117 страницах компьютерного текста, содержит 9 таблиц, 5 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 78 работ, из них 26 зарубежных. Публикации. По материалом диссертации опубликовано 13 работ, из них 4 работы в журналах, рецензируемых ВАК РФ.
