Введение к работе
Актуальность исследования.
Длительная и интенсивная гипертермия вызывает тепловой шок, который фактеризуется острой гипотензией, почечной недостаточностью, поражением ;чени, повышением уровня ферментов в плазме крови и нарушением процесса іертьівания крови (Semenza, 1999; Diehl et al., 2000; Berger et al., 2000; Hall et ., 2001). Для теплового шока характерна гиперпродукция оксида азота (NO), угорый является наиболее мощным из всех эндогенных вазодилататоров Ланухина и др., 1996а; Malyshev et al., 1995; Alzeer et al., 1999). яперпродукция NO при теплом шоке приводит к глубокому падению АД, эторое может стать необратимым (Манухина и др., 1996в; Hall et al., 2001). іщиту от теплового шока может обеспечивать небольшое предварительное эвышение уровня NO в организме, вызванное стимулированием синтеза NO ш введением доноров NO (Манухина и др., 1997). Механизм такой защиты сончательно не установлен. Предполагается, что он связан либо с NO-висимым ограничением избыточной активности NOS по принципу грицательной обратной связи, либо с NO-зависимой индукцией синтеза щогенных протекторных факторов, например белков теплового шока Малышев, Манухина, 1998).
Не вызывает сомнения, что для предупреждения тепловых повреждений и «ранения работоспособности в условиях высокой температуры, необходима юфилактика путем повышения теплоустойчивости самого организма за счет эстепенной индивидуальной адаптации. Такой подход возможен лишь при шичии ясных представлений о механизмах адаптации к высокой температуре.
Молекулярные механизмы формирования адаптации, клеточной защиты и ^становления после повреждения в значительной степени зависят от наличия клетке протекторных белков теплового шока (HSPs). Среди HSPs наибольшее шмание привлекают белки семейства HSP70 вследствие высокой юыщенности ими тканей. Участие HSP70 в акклиматизации к теплу и юсобность обеспечивать термотолерантность хорошо известна. Главные гутриклеточные механизмы защитного действия HSP70 от повреждений, .ізванньїх тепловым шоком, состоят в участии HSP70 в дезагрегации юмальных белковых комплексов, участии в утилизации и репарации )врежденных белков, в регуляции синтеза белка de novo (Benjamin, McMillan, '98; Schoffl et al., 1998; Sharp et al., 1999), а также способности ограничивать лерпродукцию оксида азота (Heneka et al., 2000; Bhora et al., 2000) и юапоптотические механизмы (Beere, Green, 2001).
Одним из факторов, играющих важную роль в активации экспрессии генов р70 является NO. Многочисленные данные о сочетанной и взаимозависимой тивации синтеза NO и HSP70 позволили выдвинуть и обосновать гипотезу о м, что NO и HSP70 образуют единую эндогенную протекторную систему Малышев, Манухина, 1998). Показано, что при адаптации организма к таким акторам среды, как гипоксия, стресс и физическая нагрузка, синтез HSP70
активируется под влиянием N0 (Аймашева и др., 1998; Зенина и др., 1998 Смирин и др., 2000). Однако роль системы NO/HSP70 при адаптации к тепл; клетки и организма в целом не изучена, поскольку в настоящее врем отсутствуют данные о продукции N0 при этом виде адаптации. Кроме тоге несмотря на большое количество исследований по акклиматизации целоп организма, создать адекватную клеточную модель адаптации к теплу пока н удавалось, и это затрудняет изучение механизмов адаптации и возможності направленного влияния на этот процесс (Moseley, 1997).
Цель и задачи исследования.
Цель настоящего исследования состояла в изучении роли NO-зависимы: механизмов индукции HSP70 в формировании адаптации к теплу і адаптационной защиты на уровне целого организма и изолированных клеток.
В рамках поставленной цели решались следующие основные задачи:
-
Оценить и сопоставить роль N0 в регуляции синтеза HSP70 при адаптаци организма и клеток к теплу.
-
Разработать модель дозированной адаптации животных к теплу и использованием этой модели оценить возможность адаптационной защиті организма от гиперпродукции N0, острой гипотензии и повреждений клетої вызванных тепловым шоком.
-
Изучить влияние адаптации животных к теплу на синтез N0 и HSP70 различных органах.
-
Изучить влияние ингибитора синтеза HSP70, ингибитора NO-синтазы донора N0 на антигипотензивный эффект адаптации к теплу и адаптивно накопление HSP70.
-
Разработать модель дозированной адаптации к теплу культур кардиомиоцитов и изучить возможность адаптационной защиты о повреждений, вызванных тепловым шоком
-
Изучить внутриклеточные механизмы гиперпродукции N0 при теплово шоке.
-
Изучить влияние ингибитора NO-синтазы и донора N0 на синтез HSP70 пр адаптации клеток к теплу и при тепловом шоке.
Научная новизна исследования определяется следующими основным результатами.
Впервые показано, что дозированная адаптация крыс к теплу эффективн ограничивает гиперпродукцию N0, острую гипотензию и смертност животных при тепловом шоке. Защитный эффект адаптации проявлялся такж в ограничении массивной индукции в тканях стресс-белков HSP70, котора является маркером повреждения клеток.
Обнаружено, что формирование защитного эффекта адаптации к тепл сопровождается умеренным стимулированием синтеза N0 и HSP7 Накопление HSP70 происходит с одинаковой динамикой во все исследованных органах - печени, сердце, аорте и мозге, что позволяї
редположить сходный механизм регуляции этого процесса. Ингибирование интеза HSP70 отменяло антигипотензивный эффект адаптации. Тем-самым ыло доказано, HSP70 является одним из факторов адаптационного граничения гиперпродукции N0
Впервые продемонстрировано, что N0 вовлечен в синтез HSP70 и юрмирование защитных эффектов при адаптации к теплу. Это подтверждается ем, что курсовое введение донора NO той же продолжительности, что и даптация к теплу, воспроизводило антигипотензивный защитный эффект даптации, вызывало накопление HSP70 и ограничивало ответ HSP70 на епловой шок. Ингибирование синтеза N0 отменяло адаптивное накопление ISP70 и антигипотензивный эффект адаптации.
Впервые разработана модель дозированной адаптации к теплу культуры ардиомиоцитов. Адаптация клеток, проводимая с использованием этой юдели обеспечивала защиту клеток от повреждающего действия теплового юка, но не сопровождалась накоплением HSP70. Защитный эффект адаптации роявлялся в ограничении падения общего синтеза белка и уровня АТФ и [ассивного накопления HSP70, которые являются прямыми маркерами овреждения клеток.
Впервые доказано, что N0 вносит вклад в формирование защитного ффекта адаптации клеток к теплу за счет активации механизмов, не связанных накоплением HSP70. Это подтверждается тем, что ингибитор NO-синтазы тменял эффект адаптивного ограничения индукции HSP70, вызванной епловым шоком. В то же время донор N0 сам по себе не индуцировал HSP70, о при трехкратном введении воспроизводил защитный эффект адаптации к еплу, который проявлялся в ограничении индукции HSP70 в ответ на тепловой юк.
Полученные данные позволили впервые сопоставить роль N0 в регуляции интеза HSP70 при адаптации к теплу на уровне целого организма и на нутриклеточном уровне. Доказано, что N0 вносит существенный вклад в юрмирование защитных эффектов адаптации на разных уровнях регуляции. Іринципиальное различие состоит в том, что роль NO в адаптации организма вязана с активацией защитных HSP70, тогда как при адаптации клеток N0-ависимое накопление HSP70 отсутсгвует и NO-зависимые защитные эффекты еализуются через другие механизмы. Очевидно, накопление HSP70 редставляет собой лишь один из адаптивных механизмов, триггером которых лужит N0. С другой стороны, синтез HSP70 при адаптации к теплу может ыть индуцирован и другими факторами, помимо N0, которые отсутствуют в золированных клетках.
Теоретическое значение работы состоит в том, что в ней впервые азработана модель адаптации к теплу клеточной культуры, доказана важная оль эндогенных протекторных факторов N0 и HSP70 в формировании цаптации к теплу и адаптационной защиты от теплового шока и сопоставлены
NO-зависимые механизмы адаптивного синтеза HSP70 на уровн изолированных клеток и целого организма..
Практическое значение работы состоит в том, что в не продемонстрирована возможность направленного влияния на формировани адаптации к теплу с помощью фармакологических модуляторов синтеза NO : HSP70.
Положения, выносимые на защиту;
-
Адаптация организма к теплу эффективно защищает организм о гиперпродукции N0 и связанной с ней острой гипотензии при теплово шоке.
-
Защитный эффект адаптации к теплу на уровне организма опосредован NC зависимой индукцией синтеза HSP70.
-
Адаптация к теплу изолированных клеток защищает клетки от повреждение вызванных тепловым шоком.
-
N0 играет важную роль в защитном эффекте адаптации к тепл изолированных клеток, но, в отличие от целого организма, механиз действия N0 не опосредован индукцией синтеза HSP70.
Апробация работы. Основные результаты проведенных исследовани были доложены на VI Международной встрече по биологии оксида азот (Стокгольм, Швеция, 1999), XVIII Съезде Физиологического общества имен И.П. Павлова (Казань, Россия, 2001), Национальной научно-практическо конференция с международным участием «Свободные радикаль антиоксиданты и болезни человека» (Смоленск, Россия, 200 Г межлабораторном семинаре Отдела молекулярной и клеточной биологи Утрехтского университета (Утрехт, Голландия, 2001), VI Всемирном Конгресс Международного общества по адаптационной медицине (Лион, Франци. 2001), XVII Всемирном Конгрессе Международного общества по изучениі сердца (Виннипег, Канада, 2001).
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 115 страницах и состоит из введения, обзор литературы, собственных результатов и их обсуждения, заключения и выводо Список литературы содержит 184 источника. Диссертация иллюстрирована таблицами и 21 рисунком.
