Введение к работе
Актуальность проблемы. Увеличение в экосистеме вредных факторов химической этиологии, обусловленное деятельностью человека, и отрицательные последствия применения современных лекарственных препаратов становятся причиной изменения важнейших параметров функционирования живых систем и ставит задачу комплексного изучения воздействия ксенобиотиков на организм.
Одним из базовых механизмов цитотоксичности ряда ксенобиотиков является индукция ими окислительного стресса [Н. Kappus, 1981; C.W. Olanow, 1993]. Генерация свободных радикалов, сопровождающая физиологические и патологические процессы, становится причиной альтерации биомакромолскул клеток и изменения интегративных межклеточных и внутриклеточных сигнальных процессов.
Рецептор-эффекторные взаимодействия, активация клеточных сигнальных систем и пролиферация являются основой жизнедеятельности всех клеток [A.M. Дыгай, 1989; М.А. Пальцев, 1995]. Регуляция эффекторных функций (изменение активности ферментов метаболизма, ионных каналов, экспрессии генов) и пролиферации клеток занимает центральное место в функционировании различных клеточных популяций многоклеточных организмов и процессах межклеточной коммуникации и интеграции. В последние годы все больший интерес представляет изучение влияния ряда эндогенных лигандов клеточных рецепторов на пролиферативные, дифференцировочные процессы, а также модуляция ими механизмов естественной (запрограммированной) клеточной гибели - апоптоза и патологической клеточной смерти - некроза. Однако, в литературе лишь в единичных работах рассматривается возможность и важность модуляции экзогенными веществами различных этапов лиганд-рецепторных взаимодействий [G. Milligan, 1993; С. Richter, 1993; F. Ferriere, 1997].
Согласно современным представлениям, несоответствие поступления экстрацеллюлярной информации (потока регуляторных молекул)
метаболическому статусу клетки может быть причиной переориентации клетки при прохождении ею различных фаз клеточного цикла, что, в свою очередь, приводит к выраженным внутрипопуляционным количественным и качественным сдвигам [M.F. Clarke, 1993]. Поэтому одной из актуальных проблем биологии является поиск научно обоснованных методов и средств мобилизации компенсаторно-приспособительных механизмов и повышения резистентности организма к различным экологически вредным факторам.
Одним из наиболее серьезных проявлений токсического действия ксенобиотиков - индукторов окислительного стресса является их выраженный миелоингибирующий эффект [И.А. Голова, 1984; Е.Д. Гольдберг, 1986; Е.Д. Гольдберг, 1992]. В качестве нового подхода к фармакологической регуляции такого рода нарушений в последнее время рассматривается возможность использования средств, корригирующих изменения ионного и окислительно-восстановительного гомеостаза клеток, и активирующих антиоксидантную систему организма.
Актуальность задачи поиска путей коррекции цитоповреждающего действия ксенобиотиков на гемопоэтическую ткань обусловлена отсутствием на сегодняшний день сведений о веществах - протекторах угнетающего эффекта индукторов окислительного стресса на миелопоэз и неполным раскрытием механизмов альтерации клеточных структур - компонентов сигнальных систем, позволяющих разработать наиболее эффективную стратегию антитоксической защиты клетки и восстановления ее структурно-функционального гомеостаза [В.В. Худолей, 1996].
Цель работы: поиск путей коррекции миелотоксического действия экологически вредных факторов химической природы (ксенобиотиков -индукторов окислительного стресса).
Задачи исследования:
1. Исследовать вклад нейротраисмиттерной регуляции в механизмы контроля пролиферации и запрограммированной клеточной смерти в
популяции гемопоэтическнх клеток.
2. Изучить влияние ксенобиотиков - индукторов окислительного стресса
на процессы серотошшергической регуляции пролиферации и апоптоза клеток
костного мозга.
-
Изучить вклад кальций- и НАД-зависимых процессов в миелотоксический эффект ксенобиотиков.
-
Оценить возможность коррекции физиологической активности нейромедиаторов и миелотоксического действия ксенобиотиков субстратными ингибиторами ферментов трансформации никотинамидадениндинуклеотида.
5. Оценить значимость нарушений ионных механизмов в повреждающем
действии ксенобиотиков и возможность их коррекции модификаторами
активности кальциевых ионных каналов.
6. Исследовать механизмы протекторного действия адаптогенов
растительного происхождения в отношении клеток костного мозга.
Научная новизна.
1. Впервые обнаружено, что регуляторная активность серотонина в
отношении гемопоэтическнх клеток опосредуется кальций- и НАД-
зависимыми внутриклеточными процессами, сопряженными с активацией
рецептор-эффекторных функций.
2. Установлено влияние окислительного стресса в клетках на регуляцию
серотонином процессов пролиферации и естественной гибели гемопоэтическнх
клеток.
3. Оценен вклад кальций- и НАД-зависимых механизмов в
миеяотоксическое действие акриламида и доксорубицина в клетках костного
мозга. Доказана возможность коррекции этого действия веществами -
субстратными ингибиторами ферментов каталитической деградации НАД,
блокаторами кальциевых каналов и антиоксидантами.
4. Исследованы особенности проявления протекторного действия
синтетического аналога природного адаптогена (п-тирозола).
Продемонстрирована возможность коррекции данным препаратом нарушений ионного и окислительно-восстановительного клеточного гомеостаза.
Научно-практическая значимость работы.
Данная работа является фрагментом темы "Исследование гомеостаза при экстремальных воздействиях: механизм, пути коррекции при нарушениях" (номер государственной регистрации 01970007696), выполняющейся на базе Международного научного центра исследований экстремальных состояний организма при Президиуме Красноярского научного центра СО РАН с 1995 г.
Научно-теоретическое значение работы заключается в том, что в ней исследованы клеточные механизмы миелотоксического действия ксенобиотиков - индукторов окислительного стресса.
Разработаны патогенетически обоснованные методы коррекции экзогенной интоксикации при действии на организм экологически вредных факторов, обеспечивающие нормализацию ионного, окислительно-восстановительного гомеостаза и антиоксидантного статуса клеток.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на VII Всероссийском симпозиуме "Коррекция гомеостаза", Красноярск, 1996 г.; 4-ом Российско-Японском международном медицинском симпозиуме, Иркутск, 1996 г.; VIII Всероссийском симпозиуме "Гомеостаз и окружающая среда" (с международным участием), Красноярск, 1997 г.; конференции молодых ученых Красноярского научного центра СО РАН, Красноярск, 1997 г.; XXXV Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс", Новосибирск, 1997 г.; студенческой международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения проф. И.И. Гительзона, Красноярск, 1997 г.; научной конференции профессорско-преподавательского состава КрасГАУ "Технологии неистощительного землепользования", Красноярск, 1997 г.; 3-ем съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока, Новосибирск, 1997 г.;
Международном симпозиуме "Противоопухолевые препараты из высших растений", Париж (Франция), 1998 г.
Положения, выносимые на защиту:
1. Нарушение взаимосвязи окислительно-восстановительного и ионного
гомеостаза, основанное на неадекватном снижении концентрации НАД в
клетке при действии факторов химической природы, лежит в основе
миелотоксических эффектов ксенобиотиков - индукторов окислительного
стресса.
2. Ксенобиотики регулируют механизмы пролиферации и
запрограммированной клеточной смерти (апоптоза) в клетках костномозгового
происхождения путем нарушения энергозависимых звеньев клеточной гибели,
диерегуляции ионного гомеостаза клеток и межклеточной коммуникации,
изменения физиологических процессов регуляции пролиферации и апоптоза
эндогенными факторами.
-
Необходимым условием реализации физиологической регуляторной функции биогенного амина серотонина является сохранение клеточного ионного и окислительно-восстановительного гомеостаза.
-
Коррекция миелотоксического эффекта ксенобиотиков - индукторов окислительного стресса может быть эффективно осуществлена субстратными ингибиторами ферментов каталитической конверсии никотинамидадениндинуклеотида, модификаторами активности кальциевых ионных каналов, антиоксидантами.
5. Механизм протекторного действия синтетического аналога
биологически активного вещества родиолы розовой - п-тирозола сопряжен с
кальций- и НАД-зависимыми процессами.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 1 - в центральной прессе, 1 - в международной печати.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы,
описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов и списка литературы, иллюстрирована 24 таблицами и 16 рисунками. Библиографический указатель включает 227 литературных источников, из них 114 отечественных и 113 иностранных.