Введение к работе
Актуальность проблемы. Регуляция дифференцировки была и ссга-
' ' -Л -і '
рвется іодной из самых привлекательных и вместе с тем самых трудных проблем биологии и медицины. Рсление зтой проблемы является основой для направлсиного вмешательства в процессы индивидуального развития с целью создания новых генотипов в сельском хозяйстве и животноводстве, изучения физиологических отклонений раннего развития в медицине.
Тиреоидные гормоны являются мощными регуляторами процессов роста и развития. Наиболее фундаментальное проявление влияния гормонов щитовидной железы на комплекс биологических процессов, составляющих основу роста и развития - действие на энергети -
rraftwnM і*чттт№тт«». tfiromlfii Пйаттті ОЧГіЯІГТІ» TTcnftn TV4r4*AU«eTV3TT(*TTn»rtT«Jllf$
комплекс ( Sterling et al.,I975, Hashisume , Iohikawa , 1982, Do Nayer ,1987 ). Митохондрии представляют собой специфическую мишень действия тиреоидшх гормонов. Присутствие митохондриаль-ных рецепторов только в тканях, чувствительных к тиреоидным гормонам (печень, почка, скелетная мышца, миокард, мозг 10-ти дневных крысят) и отсутствие в нечувствительных к нии тканях (мозг, селезенка, семенники) свидетельствует об автономности этих органелл в отношении гормональной регуляции клеточного метаболизма ( Sterling et al.,1979,1980).
Любая из функций биологического окисления в клетке реализуется путем взаимодействия сопряженного и свободного путей переноса электронов, которые разумно сочетаются при выполнении разнообразных функций митохондрий в клетке. Разобщающее действие тиреоидных горігонов на дыхательную цепь митохондрий ( Га-гельганс и др., 1972), сопутствующее холодовой акклиматизации повышение функции щитовидной железы и дейод/рование тироксина в клетке ( Intocc4a,Middlesworth ,1959;Balsam ,Sexton ,1975;
'Bernal,БосоЬаг del Hey ,I975;Uatsuyama , 1986), неспособность гипотиреоидных нивотных выживать на холоду (Hsieh , 1966; Соболев, 1979), повышенная теплопродукция при гипертиреозе (Pitt-Eivers,lata ,1959) свидетельствует, что тиреоидине гормоны играют основополагающую роль в механизмах активации свободного окисления. Имеются данные о повышении активности фосфо-липазы А при гипертиреозе (Марзоев и др. 1981; Муратова и др. 1982). В литературе высказывались гипотезы об участии тиреоид-ных гормонов в усилении свободного окисления (Северин, Ян Фу-юй I960; Скулачев, 1969; Гагельганс и др.,1972). Однако, конкретные механизмы такого влияния остаются невыясненными. Решение этих вопросов имеет большое значение для определения принципов регуляции свободного окисления в клетке и механизма действия тиреоидных гормонов на функцию электронтранспортной цепи митохондрий.
Данные литературы о соотношении свободного и фосфорилирую-щаго окисления в митохондриях в период роста противоречивы. В одних экспериментах в интенсивно растущих тканях окисление слабо сопряжено с фосфорилированием и характеризовалось сниженными показателями ДК и Р/0 (Северян и др.,I960; Скулачев, 1969; pol-lak ,1975), в других - при окислении разных субстратов эмбриональные митохондрии имели высокое Р/0 ( Hovinski ,Mahfey ,1959 Махинько, Щегольков, 1974). Причины противоречивости результатов не ясны, поэтому возникает необходимость исследования этих процессов в динамике эмбрионального развития. Вышесказанное непосредственно связано с тиреоидной регуляцией дифференцировки митохондрий и развития разнообразных функций органелл. Онтогенетические аспекты этого вопроса мало изучены. Проведенные в этом плане исследования касаются, в основном, динамики содержа-
ния эндогенных тиреоидных гормонов в эмбриональный и постна-тальный периоды (Barletta et al.,I980,Goglia et al.,198*,1986) В других работах имеются линь косвенные данные воз.і!онности участия тиреоидных гормонов в развитии энергетических процессов развивавшихся тканей (Газдаров,І973). В этой связи особую актуальность приобретают эксперименты с введением экзогенного гормона, которые помогут получить представление о конкретных проявлениях зависимой от тиреоидных гормонов диффзренцировки на уровне митохондрий и их иембран. Изучение последовательности становления тирзоидной регуляции и ее значение в дифференпи-ровке митохондрий необходимо для познания роли митохондрий в процессах функциональной дифференцировки органов и механизма действия тиреоидных гор?,юнов на процессы роста и развития.
Цепь свободного окисления, локализованная в эндоплазмати-ческо?/ ретикулуме выполняет в клетке детоксикационную функцию (Владимиров, Арчаков, 1972; Арчаков, 1975; Ляхович.Цырлов, 1985). При введении тиреоидных гормонов заметно стимулируется ферментная система нинросом, однако, содержание цитохрома Р-450 снижается (Kato et al.,I970;Humbaugh et al,I978;Smith et al.,1982; Лемсшко, 1980,1982 ). Механизм такого разнонаправленного влияния неизвестен.
Окислительный обмен микросои з процессе роста организма претерпевает изменения, отрагаювдае возрастные особенности ферментативной адаптации к изменяющимся условиям существования. Тиреоидная регуляция !.'икросочального окисления в раннем онтогенезе не изучена. Выяснение роли тиреоидных гормонов з возрастных изменениях микросомальной системы окисления может быть использовано при разработке эффективных методов стимуляции дото-ксикационной функции организма в период роста от действия вре-
дных факторов окружающей среды.
Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования заключалась в изучении роли тиреоидных гормонов в регуляции раз-
и микросом вития и дифференцировки структуры к функции штохондрий'в периоды пре- и постнатального роста.-
В этой связи решались следующие задачи:
Исследовать соотношение свободного и фосфорилирующего дыхания в митохондриях печени и сердца в эмбриогенезе. Дать цито-функциональную характеристику реакции митохондрий эмбрионов на различные количества экзоганно введенного тироксина.
Выяснить вдияние различных доз Т^ на синтез и активность компонентов дыхательной, цепи митохондрий печени, сердца и мо-
;.зга в пре- и постнатальныо периода развития.
Определить влияние тироксина на адснилатциклазную систему в ткани печени, сердца и шэзга в эмбриональный период.
Исследовать роль тиреоидных гормонов матери в патогенезе крупного плода.
Исследовать роль тиреоидных горіїюяов в активации внешнего пути окисления НАДН в митохондриях взрослых крыс и крыс-сосунков. Выяснить механизм влияния структурных перестроек липидов мембран митохондрий печени при гипертиреозе на активность внешнего пути окисления НАДН.
Исследовать возрастные особенности реакции никросомальной цепи окисления на различные количества тироксина. Изучить зависимые от тиреоидных гормонов изменения липидного и фосфоли-пидного состава мембран иикросом и их роль в биосинтезе и активности компонентов электронтранспортной цепи микросом. Научная новизна. Впервые проведено систематическое исследование возрастной регуляции тироксином структуры и функции мито-
хондрий органов: печени, сердца и мозга, которое позволило охарактеризовать особенности, характер и зависимость от дозы тирэоидного контроля развития функции энерготранспортной цепи митохондрий и микросом в онтогенезе. Показано, что на ранних стадиях эмбриогенеза наблюдается высокая сопряженность дыхания и фосфорилирования, а на поздних стадиях развития -разобщенность этих процессов. Обнаружено, что реализация специфического гормонального эффекта в первую очередь зависит от функциональной дифференцировки ткани-вдшени. Гормонреактив-ность митохондрий проявляется при использовании низких количеств гормона. В эмбриональный период в механизме действия тироксина на дифферзнцировку митохондрий преобладают индугадоя роста внутренних мембран и сопряжение окислительного фосфорп-лирования. Стимуляция Т^ свободного окисления в митохондриях возможна в поздний эмбриональный и постнатальнкй периода. Наряду с непосредственным влиянием тироксина на структуру и функцию митохондрий осуществляется н опосредованное влияние гормона через систему циклических нуклеотидов.
В постнатальнкй период низкие дозы тироксина стимулируют окислительное фосфорилпрование в экспериментах in vivo и in vitro. Это имеет большое значение как для дифференцировки самих митохондрий, так я для стимуляции биоскятетяческих процессов в клетке. Умеренно высокие дозы гормона стимулируют функциональную активность дыхательной цепи га счет увеличения скорости дыхания и снижения сопряженности дыхания и фосфорилирования, повышения биосинтеза и активности компонентов дыхательной цепи. Показано, что зависимая от тирэоидннх гормонов дпф-ференцировка ипохондрий мозга происходит только з первые дин постнатальной жизни. Впервые показано, что увеличение содер-
аания тиреоидных гормонов в крови беременной матери могут усилить рост плода, путем повышения синтеза соматотропного горга>-на. На основании полученных результатов предложен метод ранней диагностики крупноплодия.
Установлены механизмы тиреоидной регуляции свободного окисления на примере активации внешнего пути окисления НАДН в митохондриях и ыикросонального окисления. Впервые выявлено резкое усиление окисления НАДН по внешнему пути в митохондриях печени гипертиреоидных крыс. Показано, что в механизме этого эффекта лекат изменения фосфолипидного состава мембран мито -хондрий, индуцированные тиреоидными гормонами. При исследовании онтогенетического аспекта влияния тироксина на скорость окисления НАДН по внешнему пути выявлено, что такой механизм регуляции проявляется в ранний постнатальный период, но значительно слабее, чем у зрелых животных. Предлагается схема, демонстрирующая взаимосвязь изменений липидного состава мембран с активацией внешнего пути окисления НАДН.
Установлено разнонаправленное влияние тиреоидных гормонов на отдельные компоненты микросомальной дыхательной цепи. Показано, что регуляция содериания цитохроыа Р-450 у постна-талькых крыс зависит от дозы гормона. Впервые показано, что в механизме тиреоидной регуляции компонентов дыхательной цепи микросом могут принимать участие лизофосфолипйды и снижение вязкости липидов мембран микросом. Представлена гипотетическая схема регуляции содержания цитохрома Р-450 в микросомах печени.
Научно-практическое значение работы. Разработанные в работе теоретические положения о роли тиреоидных гормонов в развитии и дифференцировке структуры и функции митохондрий в раннем .онтогенезе, а так яе рекомендации по использованию различных
Доз тироксина могут служить основой при разработке методов направленного вмешательства в процессы индивидуального развитая с целью создания новых генотипов в сельской хозяйстве, диагностике и лечении эндокринных отклонений в период внутриутробного и постнатального развития у человека. Они долнны учитываться в лабораторных условиях при создании экспериментальных моделей различного тиреоидного статуса у развивающихся животных.
Предложенный механизм тнреоидной регуляции внешнего пути окисления НАДН в митохондриях может быть использован при разработке методов ускоренного термогенеза при адаптации к холоду и для стимуляции обменных процессов в условиях жаркого кди-мятя,
Изучение влияния тиреоидных гормонов на функцию иикросо-мального окисления может быть использовано для усиления дето-ксикационной функции печени при воздействии вредных веществ в производстве и при загрязнении окружающей среды у взрослых и у детей.
На основании результатов исследования тиреоидного статуса у беременных аенщин при крупноплодии разработан и внедрен в практику родильных домов № б и 10 г.Танкента иетод ранней диагностики рождения крупного плода и терапии осложнений. Выпущены две методические рекомендации: "Прогнозирование ряска развития крупного плода и терапия осложнений в условиях женской консультации". 1986 г. и " Профилактика ослокнений при крупноплодии". Информационное сообщение К 451, 1988 г.
Основные положения этой работы включены в курс лекций спецкурса кафедры акушерства и гинекологии ТИУВ МЗ УзССР. Апробация работы. Результаты диссертационной работы были доложены на III Всесоюзном биохимической съезде (Рига, 1973),
?
Всесоюзном симпозиуме по биохимии митохондрий (Одесса, 1976), I Всесоюзном симпозиуме " Циклические нуклеотиды" ( Красноярск,1976). II Всесоюзной конференции по патфизиологии (Ташкент,1976), Симпозиуме " Механизм действия гормонов" ( Ташкент,1976), II, III, ІУ Конференциях биохимиков Средней Азии и Казахстана (Фрунзе, 1976, Душанбе, 1981, Ашхабад, 1986), II Радиобиологической конференции социалистических стран (Варна, 1978), II Всесоюзной конференции по электронной микроскопии (Таллин,1979), Всесоюзной конференции "Рзгуляториые системы обмена веществ в раннем эмбриогенезе" (Львов,1979), УІ, УІІ Всесоюзных совещаниях эмбриологов (Москва,1981, Ленинград, 1986), IX Всесоюзной съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Минск, 1981). III Советско-Швейцарском симпозиуме ( Ташкент,1983), У Всесоюзной конференции по биохимии мышц (Телави, 1985^ Научно-практической конференции " Интенсификации сельскохозяйственного производства" (Ташкент,1986), I Конференции биохимиков Узбекистана (Ташкент,1986), Европейском конгрессе по биологии развития (Хельсинки,1987),
Диссертация апробирована на Ученом Совете Института биохимии АН УаССР.
Публикации. Содержание работы отражено в 4-5 печатных трудах, в том числе I монография, получено I удостоверение на рационализаторское предложение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов и их обсуждения, заключения, выводов, и списка литературы. Работа изложена на 378 страницах машинописного текста, иллюстрирована 36 рисунками и 35 таблицами.