Введение к работе
Актуальность проблемой. Общепризнано, что пшоталамо-пшофизарный нейроэндокринный комплекс у позвоночных животных играет ведущую роль в интеграции систем организма, поддержании гомеостаза, а также в реализации разнообразных адаптивных функций. Существенную роль в регуляции этих процессов отводят нонапептидергической гипоталамо-пшофизарной нейросекреторной системе, продуцирующей нонапептидные гормоны - вазопрессин (ВП) и окситоцин [Scharrer, Scharrer, 1963; Поленов, 1968, 1983]. Окситоцин и ВП являются основными участниками регуляции водно-солевого обмена и тонуса сосудов. Показано участие этих нейрогормонов в терморегуляции, регуляции поведения, обучения и памяти. Кроме того, нонапептидные гормоны, поступая в портальный кровоток передней доли гипофиза, действуют наряду с аденогипофизотропнымн гормонами, оказывая влияние на выделение тройных гормонов [Поленов, 1986].
Крупноклеточные ВП- и окситоцян-ергические нейроны являются удобной моделью для изучения цитофизиологических аспектов синтеза и выделения нейрогормонов. Их относительно крупные размеры, хорошо известная локализация и способность изменять свою функциональную активность адекватно применяемым нагрузкам позволяет использовать их для изучения процессов внутриклеточной регуляции функционального состояния и апоптоза.
Проблема апоптоза активно изучается последние 30 лет и за это время накоплено большое количество данных о факторах, вызывающих апоптоз нейронов и подробно описаны сигнальные пути инициации и реализации апоптоза [Eamshaw et al., 1999; Budihardjo et al., 1999]. Известно, что в формирующейся нервной системе большую роль играет программированная клеточная гибель нейронов, которая является необходимым условием нормального развития центральной и периферической нервной системы [Oppenheim, 1991; Johnson, Deckwerth, 1993; Henderson, 1996]. Усиление или ослабление интенсивности апоптоза нейронов могут приводить к различным нарушениям и аномалиям развития структур головного мозга. Однако до сих пор остается без внимания роль апоптоза в формировании нонапептидергической нейросекреторной системы гипоталамуса.
Катехоламины (КА) и N0 - факторы, участвующие в регуляции функционального состояния нонапептидергических нейронов взрослых животных. В ряде работ на различных типах нейронов показано, что КА и N0 принимают участие в регуляции программированной клеточной гибели, при этом действие этих веществ на апоптоз не является однозначным и во многом зависит от типа клеток и условий опыта [Noh et al., 1999; Brune et al., 1998]. Однако практически ничего не известно об участии КА и NO в регуляции апоптоза нонапептидергических нейронов. Показано, что КА оказывают морфогенетическое влияние на развивающиеся пшоталамические нейроны, в том числе и нонапептидергические [Lauder, Bloom, 1974; Wray, Hoffman, 1986], но только единичные работы связывают морфогенетическое влияние КА на формирующиеся нейросеї с программированной клеточной гибелью [Pabbathi et al., 199'
БИБЛИОТЕКА С Петербург /-.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы было изучение влияния КА на экспрессию сигнальных белков апоптоза в нонапептидергических нейронах гипоталамуса крыс находящихся на разных стадиях постнатального онтогенеза, а также выяснение возможного участия специфических сигнальных белков апоптоза в регуляции функционального состояния вазопрессинергических нейронов. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Выяснить характер влияния изменений уровня КА в мозге на содержание nNOS, проапоптозного белка каспазы-9 и антиапоптозного белка ЬсІ-2 в нонапептидергических нейронах взрослых крыс.
-
Оценить динамику экспрессии каспазы-9 и bcl-2 в нонапептидергических нейронах крысят, подвергавшихся пренатальной блокаде синтеза КА и интактных крысят на ранних этапах постнатального онтогенеза.
-
Оценить функциональное состояние ВП-ергических нейронов у мышей-нокаутов по генам р21, р53 и bcl-2, и у мышей с повышенной экспрессией генас-Raf-l.
Научная новизна результатов исследования.
В данной работе впервые продемонстрировано, что значительные изменения уровня КА в мозге сопровождаются увеличением внутриклеточного содержания nNOS и приводят к повышению экспрессии каспазы-9 и bcl-2 в нонапептидергических нейронах СОЯ и ГЖЯ гипоталамуса. Динамика экспрессии каспазы-9 и bcl-2 в течение раннего постнатального онтогенеза существенно различается в нейронах СОЯ и ПВЯ гипоталамуса интактных крысят, указывая на более раннее завершение формирования СОЯ. Пренатальное снижение уровня КА в мозге вызывает значительное усиление механизмов как инициирующих, так и подавляющих апоптоз в нонапептидергических клетках у крысят на ранних сроках постнатального развития, что свидетельствует о морфогенетическом влиянии КА на развивающиеся нонапептидергические нейросекреторные центры.
Также впервые показано, что сигнальные белки апоптоза - р21, р53, bcl-2 и митогенный фактор - с-Raf-l участвуют в регуляции синтеза и выведения ВП нейронами СОЯ и ПВЯ гипоталамуса.
Нами были выявлены значительные различия между нейронами СОЯ и ПВЯ как в путях реализации программированной клеточной гибели, так и в регуляции функционального состояния этих нейронов сигнальными белками апоптоза.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Изменение уровня КА в мозге повышает экспрессию сигнальных белков апоптоза в нейронах СОЯ и ПВЯ гипоталамуса.
-
На ранних стадиях постнатального онтогенеза КА модулируют апоптоз нейронов СОЯ и ПВЯ, оказывая, таким образом, морфогенетическое влияние на формирующиеся нонапептидергические нейросекреторные центры.
3. Сигнальные белки апоптоза участвуют в регуляции функционального состояния
ВП-ергических нейронов.
Теоретическая и практическая значимость работы. Анализ полученных результатов позволил сформулировать научную гипотезу о зависимости апоптоза нонапептидергических нейронов от факторов, принимающих участие в регуляции функциональной активности этих нейронов (катехоламины, N0), а также о зависимости функциональной активности нонапептидергических нейронов от экспрессии в них сигнальных белков апоптоза.
Полученные результаты важны для понимания механизмов апоптоза нонапептидергических нейросекреторных клеток в условиях их хронической активации.
Кроме того, полученные данные позволяют оценить роль апоптоза в ходе формирования нонапептидергических нейросекреторных центров. Выяснение роли КА в регуляции апоптоза развивающихся ВП-ергических нейронов может иметь практическое значение в клинике при лечении несахарного диабета, а также при исследовании приспособляемости организма к условиям длительного стресса.
Материалы настоящего исследования используются при чтении лекций спецкурса по сравнительной гистофизиологии эндокринной системы в Санкт-Петербургском государственном университете.
Работа выполнена по плану научных исследований лаборатории сравнительной сомнологии и нейроэндокринолопш Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН в рамках проекта РФФИ (01-04-48825).
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены и обсуждены яа ХП Международном совещании и V школе по эволюционной физиологии (С-Петербург, 2001), на 6-й Пущинской школе-конференции молодых ученых "Биология - наука XXI века" (Лущило, 2002), на Второй научной конференции с международным участием "Эндокринная регуляция физиологических функций в норме и патологии" (Новосибирск, 2002), на международном симпозиуме "Neuron differentiation and plasticity - regulation by intercellular signals" (Москва, 2003), на Всероссийской конференции с международным участием "Нейроэндокринология-2003" (С-Петербург, 2003). По материалам диссертации опубликовано 8 тезисов докладов на Российских и международных конференциях и две научные статьи в рецензируемых российских журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов, обсуждения, заключения и выводов. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержите /рисунков и 14 таблиц. Список литературы включает 270 источников, в том числе 247 иностранных.
