Введение к работе
Актуальность работы. Современное состояние окружающей среды характеризуют как экологический кризис, одной из отличительных черт которого является загрязнение биосферы. Химические, физические и биологические ксенобиотические агенты, воздействуя на организм, вызывают развитие множества патологических состояний, снижающих продолжительность и качество жизни людей. Продолжительность жизни населения является одним из основных параметров определяющих экологическое благополучие страны. Увеличение продолжительности жизни возможно при минимизации воздействия патогенных факторов окружающей среды на организм, а также при своевременном нивелировании эффектов (терапии заболеваний), вызванных этими факторами. Многие из ксенобиотиков при длительном воздействии на организм человека вызывают появление генетических мутаций, приводящих к злокачественной трансформации клеток и способствующих развитию опухолевого процесса. Одной из важных задач современной экологии, фармакологии и медицины является разработка соединений, ингибирующих рост опухолей. Несмотря на большое количество проводимых исследований, остается открытым вопрос о поиске и применении эффективных противоопухолевых препаратов, способных избирательно воздействовать на раковые клетки и не оказывать негативного действия на организм, а именно, обеспечивать необходимый набор эндоэкологических составляющих. Главными мишенями действия таких лекарственных средств должны являться специфические компоненты раковых клеток, необходимые для их существования и размножения. В нормальных соматических клетках существует механизм контроля пролиферации, обусловленный укорочением концевых участков хромосом (теломер) в каждом цикле клеточного деления. Раковые клетки обладают способностью обходить этот механизм и становятся бессмертными (обладают неограниченным репликативным потенциалом). Иммортализация клеток опухолей напрямую связана с активацией теломеразы, компенсирующей укорочение теломер, происходящее при каждом делении клетки.
Теломераза - рибонуклеопротеиновый комплекс, обладающий обратно транскриптазной активностью, катализирующий синтез теломерных повторов на концах хромосом у эукариот. Реактивация теломеразы является одним из ключевых событий при злокачественной трансформации клеток и развитии опухолевого процесса (Hanahan D. et al., 2011). Теломеразная активность (ТА) обнаруживается почти во всех типах злокачественных опухолей человека независимо от вида и степени дифференциации (Shay J.W. et al., 1997), в то время как в большинстве нормальных тканей она практически не детектируется. Активная теломераза поддерживает длину теломер в опухолевых клетках, что позволяет им делиться неограниченное количество раз. Ингибирование теломеразы в активно делящихся опухолевых клетках ведет к укорочению и нарушению структуры и функций теломер,
что вызывает активацию системы ответа на повреждение ДНК и, в конечном итоге, апоптоз опухолевых клеток. Именно поэтому теломераза рассматривается как уникальный маркер опухолевого роста, а также как перспективная мишень для действия лекарственных препаратов.
Поиску ингибиторов ТА в опухолевых клетках посвящено большое количество исследований. Найденные ингибиторы принадлежат к различным группам химических веществ и ингибируют ТА по различным механизмам. Однако не все ингибиторы ввиду высокой токсичности, плохой растворимости и проницаемости через клеточные мембраны, быстрому разрушению в организме и пр. являются перспективными для терапевтических целей. Перспективным направлением работ по поиску противоопухолевых препаратов является выявление природных и создание синтетических ингибиторов ТА и их исследование. Такие соединения, как правило, различной химической природы, должны обладать высокой способностью проникновения в клетки, иметь высокую специфичность ингибирующего действия и, следовательно, малое количество побочных эффектов. Однако обнаружено и синтезировано всего несколько соединений, обладающих описанными выше свойствами (Kelland L. R. et al., 2005).
Этими обстоятельствами, а также возможностью использования ингибиторов теломеразы в терапии злокачественных заболеваний (для нивелирования отрицательных эндоэкологических факторов) объясняется необходимость поиска новых ингибиторов ТА и изучения их действия, что делает важным и актуальным настоящее исследование.
Целью работы явился поиск и исследование эндоэкологических особенностей биологического действия нового природного ненуклеозидного ингибитора ТА aITEL1296.
В связи с поставленной целью основные задачи исследования были сформулированы следующим образом.
Выявление связи определенного транскрипционного варианта (ТВ) белка теплового шока HSP90a с экспрессией гена каталитической субъединицы теломеразы и ТА.
Изучение механизма действия обнаруженного соединения а1ТЕЫ296 на активность теломеразы.
Определение влияния aITEL1296 на экспрессию генов белков теломеразного комплекса.
Определение ингибирования ТА внутри клеток в условиях in vitro.
5. Изучение действия aITEL1296 на рост опухолевых и нормальных клеток в
условиях in vitro и совместного действия с другими терапевтическими агентами.
6. Исследование противоопухолевой активности aITEL1296, а также его
действия на ТА опухолевых клеток в условиях in vivo на модели с ксенографтной
опухолью.
Научная новизна. Впервые проведено исследование экологических особенностей способности нового природного соединения aITEL1296 ингибировать теломеразу в клеточных лизатах и внутриклеточную ТА, а также его способности активировать процесс апоптоза в опухолевых клетках. Выявлена связь транскрипционного варианта 1 белка теплового шока HSP90a с экспрессией каталитической субъединицы теломеразы и ТА. Изучено влияние а1ТЕЫ296 на транскрипцию генов основных субъединиц теломеразного комплекса. Осуществлено компьютерное моделирование взаимодействия aITEL1296 с hTERT. Также проведено исследование способности aITEL1296 ингибировать ТА в клетках опухолей и противоопухолевой активности aITEL1296 в условиях in vivo на модели штамма ксенографтной опухоли. Полученные данные позволяют более полно изучать влияние ксенобиотических агентов окружающей среды на организм животных и человека.
Практическая значимость. Полученные данные о связи TBI HSP90a с экспрессией гена каталитической субъединицы теломеразы и ТА могут использоваться в качестве дополнительной информации при создании специфических к HSP90a ингибиторов теломеразы. На основании результатов исследования биологического действия aITEL1296, нового ингибитора ТА, можно считать, что данное соединение при дальнейшем изучении может служить основой для создания нового высокоспецифичного противоопухолевого терапевтического препарата и изучения влияния факторов окружающей среды на организм. aITEL1296 может также использоваться для фундаментальных медико-экологических исследований в области биологии теломер и теломеразы.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований доложены на конференциях: XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, Россия, 2009), «Experimental Biology - 2010» (Anahaim, USA); 5-ой международной конференции «Genomics, Proteomics, Bioinformatics and Nanobiotechnology for Medicine» (GPBNM-2010, St.Peterstmrg-Kizhi-Mandrogy-Valaam-Kovenets- St.Peterstmrg, Russia); 1-ой международной научно-практической конференция «Постгеномные методы анализа в биологии, лабораторной и клинической медицине» (Москва, Россия, 2010); 22n International Congress on Anti-Cancer Treatment, (Paris, France, 2011). По материалам диссертации опубликовано 4 печатные статьи в журналах рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 126 листах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов исследования и их обсуждения, общего заключения, выводов и списка литературы, включающего 145 источников. Диссертация иллюстрирована 33 рисунками и 6 таблицами.
