Введение к работе
Актуальность проблемы Глюкокортикоиды, основным источником которых является надпочечник, участвуют в регуляции многих физиологических функций, а также в формировании адаптивных реакций организма (Genuth, 1998) Исследование механизмов регуляции продукции кортикостероидов надпочечниками является актуальной задачей Выделяют нейрогуморальную, эндокринную и паракринную/аутокринную регуляцию кортикостероццной функции надпочечников (Jacobson, 2005)
Основным эндокринным регулятором кортикостероидной функции надпочечников является гипофизарный адренокортикотропный гормон (АКТГ), который передает свой сигнал, связываясь с меланокортиновым рецептором 2 типа и активируя мембранный фермент аденилатциклазу (Montague, 1988,Mountjoy et al, 1992)
Исследования последних 10-15 лет показали, что в паракринной регуляции сте-роидогенеза, при которой вещества, секретируемые клетками одного типа, оказывают биологический эффект на близлежащие клетки другого типа, может принимать участие меланокортиновая система (Chat et al, 2003) Меланокортиновая система включает в себя 1) пять типов меланокортиновых рецепторов, 2) их агонисты - меланокортиновые пептиды (АКТГ, а-,р- и у-МСГ), 3) их антагонисты - белки семейства Агути (белок Агути и Агутиподобный белок) (Abdel-Malek et al, 2001) У человека и грызунов в надпочечниках обнаружена экспрессия всех пяти типов меланокортиновых рецепторов (Abdel-Malek et al, 2001, Dhillo et al, 2005) В мозговом слое надпочечника экспрессируется АКТГ, который, действуя паракринно, стимулирует стероидогенез в адренокортикаль-ных клетках (Willenberg et al, 2000) В корковом слое надпочечника экспрессируется Агутиподобный белок, причем уровень его экспрессии в надпочечнике значительно выше, чем в других периферических тканях (Bicknell et al, 2000) По-видимому, Агутиподобный белок, наряду с АКТГ, принимает участие в паракринной регуляции кортикостероидной функции надпочечника Однако каким образом и на какие этапы стероидо-генеза он действует в настоящее время не известно
Агутиподобный белок имеет значительные структурные и функциональные сходства с другим белком этого семейства, белком Агути (Ollmann et al, 1997) Однако, в отличие от Агутиподобного белка, белок Агути в норме у грызунов экспрессируется только в меланоцитах и контролирует окраску шерсти (Carroll et al, 2004) Доминантная мутация Agouti yellow (А") в локусе агути вызывает повсеместную эктопическую экспрессию белка Агути (Duhl et al, 1994) Поскольку Агути- и Агутиподобный белки имеют структурное сходство и общий механизм действия (Lu et al, 1994, Yang et al, 1999), мыши с мутацией А' могут быть использованы в качестве модели для изучения роли Агутиподобного белка в надпочечнике Показано, что у взрослых мышей с повсеместной экспрессией белка Агути повышена кортикостероидная реакция на стресс (De Souza et al, 2000, Hams et al, 2001, Каркаева и др , 2003) Одной из причин этого мо-
жет быть повышенный стероидогенез в надпочечниках На примере других тканей показано, что белок Агути повышает экспрессию различных белков (Graham et al, 1997, Zemel, 1998, Claycombe et al, 2000) Возможно, в надпочечниках белок Агути повышает экспрессию белков, участвующих в биосинтезе кортикостерона, что приводит к усилению стероидогенного ответа у взрослых мышей с мутацией А"
Активность кортикостероидной функции надпочечников взрослых животных во многом определяется факторами, действующими на ранних этапах постнатапьного онтогенеза (Маслова и др , 1991, Francis et al, 1999) У грызунов в первый месяц жизни можно выделить два важных для становления кортикостероидной функции надпочечников периода период низкой активности или так называемый стресс-гипореспонсивный период, приходящийся на первые две недели жизни и характеризующийся отсутствием кортикостероидной реакции на стресс, и следующий за ним период повышенной активности системы, приходящийся на третью неделю жизни, во время которого уже наблюдается повышение уровня кортикостерона при стрессе (Diez et al, 1976, Vazquez, 1998, Schmidt et al, 2003) Стресс и другие экспериментальные воздействия в эти периоды приводят к значительным изменениям активности гипота-ламо-гипофизарно-надпочечниковой системы взрослых животных (Маслова и др, 1991, Edwards et al, 1999, Ordyan et al, 2001) У мышей с мутацией Ау белок Агути экс-прессируется во всех тканях уже на ранних стадиях развития (Duhl et al, 1994) и, следовательно, может нарушать становление кортикостероидной функции надпочечника Это может также являться одной из причин повышенного стрессорного уровня кортикостерона в крови у взрослых мышей с мутацией Ау
У мышей с мутацией А" с возрастом после полового созревания развивается ожирение (Wolff et al, 1999), сопровождающееся гиперлипидемией, гиперлептинемией, гипергликемией, гиперинсулинемией, развитием резистентности к лептину и инсулину (Carroll et al, 2004, Бажан и др , 2005) Известно, что лептин, инсулин и жирные кислоты участвуют в регуляции уровня кортикостерона в крови (Heiman et al, 1997, Chan, 2005) Нарушение проведения сигнала от этих метаболических факторов может вызывать изменение активности кортикостероидной функции надпочечника Действительно, многие виды ожирения разной этиологии сопряжены с гиперкортицизмом (White et al, 1988, Livingstone, 2000, Duclos, 2005) Возможно, развитие ожирения у взрослых мышей с мутацией А" приводит к повышению у них кортикостероидного ответа на стресс
Таким образом, мутация А" может действовать как непосредственно на интенсивность стероидогенеза, так и через развитие с возрастом ожирения или за счет нарушения постнатального становления кортикостероидной функции надпочечников
Цель и задачи работы Цель - исследовать в раннем постнатальном периоде развития и во взрослом состоянии кортикостероидную функцию надпочечников у мы-
шей с повсеместной неконтролируемой экспрессией белка Агути, вызванной мутацией Agouti yellow
Были поставлены следующие задачи
-
Исследовать у мышей влияние мутации Agouti yellow на возрастные изменения уровня кортикостєрона в крови в состоянии покоя и возрастные изменения продукции кортикостерона клетками надпочечников при стимуляции АКТГ в условиях от vitro
-
Исследовать у мышей в период повышенной активности системы (третья неделя жизни) и во взрослом состоянии влияние мутации Agouti yellow на кортикостероид-ную функцию надпочечников при стрессорной активации в условиях in vivo и при цАМФ- и субстрат-зависимой стимуляции в условиях от vitro
-
У взрослых мышей с мутацией Agouti yellow сопоставить активность кортикостероидной функции надпочечников в условиях in vivo и in vitro со степенью развития у них ожирения
Научная новизна исследования Впервые показано, что у взрослых мышей, независимо от степени развития ожирения, мутация А" повышает стресс-реактивность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы за счет усиления кортикостероид-ного ответа надпочечников на АКТГ, что, в свою очередь, связано не с повышенной активностью аденилатциклазы, а с активацией последующих этапов стероидогенеза
У мышей в норме в раннем постнатальном становлении гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы наблюдается период повышенной активности, приходящийся на третью неделю жизни и характеризующийся высоким базальным и стрессорным уровнем кортикостерона в крови, а также повышенной стресс-реактивностью не только по сравнению с 1- и 2-недельными мышами, но и по сравнению со взрослыми животными, о чем свидетельствуют результаты работы Впервые установлено, что одной из причин усиленного ответа 3-недельных мышей на стресс является повышенная у них относительно взрослых животных чувствительность клеток надпочечников к АКТГ и активность ферментов стероидогенеза
Впервые показано, что в 3-недельном возрасте у мышей с мутацией Ау изменена активность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы Это позволяет предположить, что действие мутации А' на ранних этапах постнатального развития приводит к нарушению становления кортикостероидной функции надпочечников, что может являться одной из причин повышенного стероидогенного ответа на АКТГ у взрослых мышей, несущих мутацию Ау
Теоретическая значимость работы Работа направлена на развитие современных представлений о механизмах действия Агутиподобного белка и его физиологической роли в паракринной/аутокринной регуляции кортикостероидной функции над-
почечников Результаты работы дополняют и расширяют существующие представления о процессе становления функции гипотапамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в раннем постнатальном онтогенезе у незрелорождающих видов Положения, выносимые на защиту.
-
Мутация Ау, приводящая к повсеместной экспрессии белка Агути, усиливает корти-костероидный ответ надпочечников на АКТГ Это обусловлено повышенным стероидо-генным ответом на цАМФ и не связано с изменениями в активности аденилатцикпазы
-
В раннем постнатальном онтогенезе мышей можно выделить стресс-гаперреспонсивный период, повышенная стресс-реактивность во время которого обусловлена повышенной чувствительностью надпочечников к АКТГ и повышенной активностью ферментов стероидогенеза
Апробация работы Результаты работы были представлены на конференции "Эндокринная регуляция физиологических функций в норме и патологии" (Новосибирск, 2002), конференции «Компенсаторно-приспособительные процессы фундаментальные и клинические аспекты» (Новосибирск, 2002), III Международной научной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные вопросы современной биологии и биотехнологии» (Алматы, Казахстан, 2003), конференции «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» (Пущино, 2003), III Съезде ВОГиС (Москва, 2004), IXX Съезде Физиологического общества им И П Павлова (Екатеринбург, 2004), V Сибирском физиологическом съезде (Томск, 2005), XX Съезде Физиологического общества им И П Павлова (Москва, 2007), 2nd World Conference of Stress (Budapest, Hungary, 2007), Международной научной конференции «Развитие эволюционной идеи в биологии, социологии и медицине» (Новосибирск, 2007), Всероссийском симпозиуме с международным участием «Гормональные механизмы адаптации» (Санкт-Петербург, 2007), V конференции молодых ученых СО РАН, посвященной М А Лаврентьеву (Новосибирск, 2007)
Публикации По теме диссертации опубликовано 14 работ, из них 7 - статьи в российских и зарубежных рецензируемых журналах, 7 - тезисы устных докладов
Структура и объем работы Диссертация включает введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты, обсуждение, выводы и список цитируемой литературы (249 работы) Диссертация изложена на 114 стр, содержит 19 рисунков
