Введение к работе
Одной из центральных проблем современной нейробиологии является изучение механизмов пластичности и регенерации нервной системы. Исследование молекулярных основ этих процессов необходимо как для понимания механизмов высших функций головного мозга, включая обучение и запоминание, так и для поиска способов воздействия на патологические состояния нервной системы. В связи с этим актуальным является поиск и изучение механизмов действия факторов, влияющих на эти процессы.
Изучение функций пептидов семейства меланокортинов (N-концевых
фрагментов адренокортикотропного гормона, ряда фрагментов
проопиомеланокортина и их синтетических аналогов), выявило наличие у них способности регулировать обучение, внимание и поведение (De WiedD., 1982). Кроме того, данные пептиды проявляют нейропротекторные и неирорегенератитвные активности как в центральной, так и в периферической нервной системе (Antonawich F.J., 1994). Таким образом, меланокортины обладают интересным комплексом свойств, одновременно включающим ноотропные и нейротрофические активности. Наличие этих свойств в совокупности со способностью проникать через гематоэнцефалический барьер делает данное пептидное семейство перспективным с точки зрения медицинского применения. Единственный клинически применяемый представитель семейства меланокортинов, Семакс (Met-Glu-His-Phe-Pro-Gly-Pro), разработанный в Институте молекулярной генетики РАН (Пономарева-Степная М.А., 1984), также проявляет аналогичный комплекс свойств. Более того, Семакс является в настоящее время единственным индивидуальным пептидом, применяемым в клинике как ноотропное и нейропротекторное средство. При исследовании активности Семакса в экспериментах на животных была обнаружена его способность стимулировать процессы обучения, внимания и запоминания, что нашло в дальнейшем подтверждение в клинических испытаниях Семакса, выявивших его способность влиять на эти процессы и у человека. Клиническое применение Семакса показало его эффективность при лечении мнестических расстройств, последствий инсультов, травм мозга и ряда других заболеваний центральной нервной системы (АшмаринИ.П., 1997; Гусев ЕЖ, 1997).
Несмотря на имеющиеся данные о нейротрофических и ноотропных свойствах меланокортинов и характеристш *>f4fi **И*#й*ЛИМ*Акулярные механизмы их
snafom
UMHOfEKA Г
действия во многом остаются неясными (Van der Kraan М, 1999; Adan RA, 2000.). К настоящему времени охарактеризовано пять подтипов меланокортиновых (МС) рецепторов, три из которых экспрессируются в нервной системе (Hoi ЕМ., 1995). Вопрос о действии коротких N-концевых фрагментов АКТГ через известные меланокортиновые рецепторы не решен до настоящего времени, и предполагается существование еще одного, пока неизвестного, типа меланокортиновых рецепторов (Adan R.A., 1994; Hoi ЕМ, 1994). Кроме того, практически неизвестны гены, экспрессия которых регулируется меланокортинами при осуществлении ими нейроактивных свойств.
В связи с этим представляется важным изучение молекулярных механизмов действия Семакса и как клинически применяемого ноотропного и нейропротекторного препарата, и как представителя пептидного семейства меланокортинов.
Цель и задачи работы.
Целью работы являлось изучение молекулярных механизмов ноотропного и нейропротекторного действия Семакса, включая поиск и характеризацию связывающих центров Семакса на плазматических мембранах мозга крысы и поиск ядерных мишеней действия данного пептида на клетки мозга крысы.
Основные задачи исследования состояли в следующем:
Получить данные относительно существования связывающих центров Семакса на плазматических мембранах мозга крысы. Изучить основные характеристики связывания Семакса: специфичность, зависимость от времени, обратимость, аффинность и концентрацию связывающих центров.
Изучить деградацию Семакса в присутствии плазматических мембран и культур клеток нейроглии и нейронов базальных ядер переднего мозга крысы.
Изучить влияние Семакса на выживаемость нейронов различной эргичности, полученных из базальных ядер переднего мозга крысы.
Проверить гипотезу о регуляции Семаксом экспрессии нейротрофинов или их рецепторов в клетках ЦНС как промежуточной стадии его нейропротекторного действия.
Научная новизна и практическая ценность работы.
В результате проведенной работы впервые показано существование связывающих центров для Семакса на плазматических мембранах мозга крысы. Получены характеристики связывания Семакса с плазматическими мембранами базальных ядер переднего мозга крысы.
Изучена биодеградация Семакса в присутствии плазматических мембран и культур клеток нейронов и нейроглии базальных ядер переднего мозга крысы. Ранее была изучена деградация Семакса в присутствии плазмы крови человека (Potaman V.N., 1993), однако оставалась неизученной деградация Семакса в присутствии мишеней его действия - клеток головного мозга.
Обнаружено влияние Семакса на выживаемость холинэргических нейронов базальных ядер переднего мозга крысы in vitro.
Впервые показано влияние Семакса на экспрессию нейротрофинов BDNF (нейротрофического фактора мозга) и NGF (фактора роста нервов) в клетках нейроглии базальных ядер переднего мозга крысы.
Обнаружено влияние Семакса на экспрессию BDNF и его рецепторов в ряде отделов мозга крысы при интраназальном введении. Полученные результаты подтверждают выдвинутую нами гипотезу о том, что регуляция экспрессии нейротрофинов и/или их рецепторов в клетках мозга является одним из возможных этапов ноотропного и нейропротекторного действия меланокортинов. На основании этих данных и известных поведенческих эффектов нейротрофинов нами выдвинуто предположение о существовании у Семакса антидепрессантной активности.
В совокупности, полученные данные расширяют представления о механизмах действия представителей пептидного семейства меланокортинов и их функциях в организме. Сформулирована гипотеза о возможной компенсаторной роли N-концевых фрагментов АКТГ (эндогенных меланокортинов) в поддержании функций гиппокампа при стрессогенных воздействиях на организм.
С учетом неспособности нейротрофинов проникать через гематоэнцефалический барьер, полученные в работе данные представляют научно-практический интерес в связи с тем, что регуляция экспрессии нейротрофинов и их рецепторов в мозге рассматривается как один из перспективных путей воздействия на ряд патологических состояний ЦНС, связанных с дегенерацией и гибелью нейронов. В то же время, известные к настоящему времени соединения, способные регулировать
экспрессию нейротрофинов в мозге, например, антидепрессанты, обладают комплексом негативных побочных эффектов, что ограничивает их применение (Лек Н, 2004; Rothschild A.J., 2000; Bourin М., 2004). Данные о влиянии Семакса на экспрессию нейротрофинов в мозге крысы позволяют предложить возможный механизм наблюдаемых ноотропных и нейропротекторных эффектов этого клинически применяемого пептида, что может найти применение при разработке новых пептидных фармакологических средств. Кроме того, полученные данные о регуляции Семаксом экспрессии нейротрофинов могут предоставить дополнительную информацию для дальнейших клинических исследований Семакса в целях расширения спектра показаний и противопоказаний его применения.
Апробация работы.
Основные положения работы представлялись на Школе-конференции молодых ученых "Горизонты физико-химической биологии" (Пущино, май 2000г.), Международном симпозиуме "Neuron Differentiation and Plasticity - Regulation by Intercellular Signals" (Москва, июль 2003г.), Российском симпозиуме по химии и биологии пептидов (Москва, ноябрь 2003г.) и Конференции Международного нейрохимического общества "Changes in Neuronal Gene Expression and CNS Drug Responce" (Авиньон, Франция, май 2004г.). В завершенном виде результаты диссертационной работы были представлены на заседаниях Ученого совета кафедры физиологии человека и животных Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова 11 октября 2004 г. и Ученого совета Института молекулярной генетики РАН 18 октября 2004 г.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 5 статей и тезисы 5 докладов в материалах российских и международных конференций.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения полученных результатов, их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на v*c* страницах машинописного текста, включает^ таблиц и 7йрисунков. Библиография включает22названия.
Похожие диссертации на Механизмы действия пептида Семакс на центральную нервную систему: роль нейротрофинов
