Введение к работе
Актуальность проблемы. Поиск и изучение новых природных радиозащитных соединений, способных модифицировать повреждающие эффекты ионизирующего излучения, обусловленные повреждением биологических макромолекул - ДНК, белков, липидов, которые приводят к патологическим последствиям, являются актуальной проблемой. Известно, что повреждения молекул ДНК являются одной из основных причин пострадиационной гибели животных (Ярмоненко, Вайнсон, 2004).
Воздействие ионизирующего излучения на живые организмы может происходить как за счет непосредственного возбуждения и ионизации макромолекул (прямое действие), так и за счет высокореакционных свободных радикалов, которые образуются в результате радиолиза воды - косвенное действие радиации (Кудряшов, 2004). Около 80% радиационно-индуцированных повреждений в клетке являются результатом косвенного действия радиации (Газиев, 1999). Индуцированные радиацией повреждения ДНК приводят к генетически запрограммированному сигнально-регуляторному запуску сложной системы реакций ответа клетки на повреждения. Она сопряжена с изменением экспрессии многих генов: активацией систем антиоксидантной защиты клетки, систем контроля клеточного цикла пролиферации, репарации ДНК, инициации апоптоза и других процессов (Газиев, 2011). Так как свободные радикалы, образующиеся в результате радиолиза воды и других молекул, из-за их высокой реакционной способности являются короткоживущими продуктами, основное направление в области радиационной защиты было связано с поиском и использованием радиопротекторов - веществ, которые нейтрализуют свободные радикалы при введении их в организм непосредственно перед облучением.
В настоящее время известен и хорошо изучен ряд эффективных радиопротекторов, которые проявляют защитные свойства при введении их незадолго до воздействия радиации. Это существенно ограничивает возможности их практического использования и создаёт необходимость
разработки радиозащитных средств, защищающих организм от повреждающего
воздействия ионизирующей радиации при введении их в организм после облучения.
В середине прошлого столетия было обнаружено, что препараты РНК (Detre, Finch, 1958; Лучник, 1958) защищали растения и животных от радиационно-индуцированных повреждений и увеличивали выживаемость облученных животных при введении их как до, так и после облучения. Гидролизаты РНК до уровня мононуклеотидов проявляли аналогичные защитные свойства (Maisin et al., 1959). Позднее было показано, что из всех основных природных рибонуклеозидов, входящих в состав РНК, только инозин и гуанозин обладают ярко выраженными антиоксидантными и радиозащитными свойствами. Причем наиболее эффективные радиозащитные свойства они проявляли при введении их в организм вскоре после облучения (Gudkov et al, 2006; Gudkov et al, 2009). В связи с этим изучение радиозащитных свойств ряда природных пуриновых соединений, а также механизмов их действия, представленные в данной работе, актуально и связано с потенциальной возможностью использования полученных результатов в практических медицинских целях.
Цель исследования: изучить антиоксидантные и радиозащитные свойства природных пуриновых соединений: ксантозина (Хао), кофеина (1,3,7-триметилксантин, Caf), инозин-5'-монофосфата (IMP) и гуанозин-5'-монофосфата (GMP).
Задачи исследования:
Исследовать антиоксидантные свойства данных пуриновых соединений.
Изучить их влияние на радиационно-индуцированное образование повреждений ДНК in vitro и in vivo.
Определить радиозащитные свойства этих пуриновых соединений и исследовать возможные механизмы их защитного действия.
Научная новизна исследования: Впервые установлено, что пуриновые соединения: Хао, Caf, IMP и GMP проявляют существенные антиоксидантные свойства, значительно уменьшая радиационно-индуцированный выход
перекиси водорода и гидроксильных радикалов в водных растворах и образование 8-оксогуанина (7,8-дигидро-8-оксогуанина, 8-ОГ) в ДНК под действием рентгеновского излучения in vitro. В работе впервые показано, что исследуемые пуриновые соединения проявляют выраженные радиозащитные свойства, увеличивая выживаемость мышей при внутрибрюшинном введении их после радиационного воздействия в летальной дозе 7 Гр. Показано, что фактор изменения дозы (ФИД) для этих пуриновых соединений равен примерно 1,2. В работе установлено, что введение этих пуриновых соединений стимулирует процессы кроветворения, увеличивая количество лейкоцитов и тромбоцитов в периферической крови облученных животных и нормализуя гемопоэз в пострадиационный период. Установлено, что исследуемые соединения стимулируют ускоренное пострадиационное восстановление повреждений ДНК при введении их как до, так и в существенно большей степени после облучения мышей. Они уменьшают процентное содержание полихроматофильных эритроцитов (ПХЭ), содержащих микроядра (МЯ), в костном мозге животных и уровень деградации ДНК в клетках тимуса мышей, подвергнутых воздействию рентгеновского излучения. Впервые установлено, что данные пуриновые соединения в системе in vitro нейтрализуют долгоживущие активные формы бычьего сывороточного альбумина.
Научно-практическая ценность работы: Впервые установлено, что исследуемые пуриновые соединения проявляют антиоксидантные свойства in vitro и in vivo и могут быть использованы как биологически активные добавки, препятствующие патологическим последствиям окислительного стресса. Впервые показано, что исследуемые пуриновые соединения проявляют радиозащитные свойства при введении их животным вскоре после воздействия рентгеновского излучения. Таким образом, данные пуриновые соединения могут рассматриваться как потенциально перспективные профилактические и терапевтические средства для уменьшения патологических эффектов, индуцированных воздействием ионизирующего излучения на организм млекопитающих и человека.
Основные положения, выносимые на защиту:
Пуриновые соединения: Хао, Caf, IMP и GMP в системе in vitro проявляют антиоксидантные свойства.
Данные пуриновые соединения проявляют радиозащитные свойства in vivo: увеличивают выживаемость облученных животных, стимулируют кроветворение у облученных мышей в пострадиационный период и пострадиационное восстановление повреждений ДНК при введении пуриновых соединений мышам как до, так и после облучения.
Обоснование возможных механизмов действия исследованных пуриновых соединений и применения их как потенциально перспективных профилактических и терапевтических радиозащитных средств.
Апробация работы: Материалы диссертации были представлены на 10 международных и 9 российских конференциях: XI и XII Межд. научно-практическая конференция «Человек и космос» (Днепропетровск 2009, 2010), 14 и 15-я Межд. школа-конференция молодых ученых «Биология-наука XXI века» (Пущино 2010, 2011), IX Межд. симпозиум «Биологические механизмы старения» (Харьков 2010), VIII Межд. конференция «Биоантиоксидант» (Москва 2010), 381 Annual Meeting of the European Research Society (Stockholm 2010), III Всероссийской конгресс с межд. участием «Симбиоз-Россия 2010» (Нижний Новгород 2010), XVIII Межд.научная конференция «Ломоносов-2011» (Москва 2011), конференция с международным участием «Актуальные проблемы токсикологии и радиобиологии» (Санкт-Петербург 2011), 38-я научной конференция студентов (Самара 2007), 34 Самарская областная студенческая научная конференция (Самара 2008), конференция «90-летие создания Института биофизики в России (Пущино 2009), конференция «Фундаментальная наука и клиническая медицина» (Москва 2009), «VIII и IX Конференция молодых ученых, специалистов и студентов» посвященная Дню космонавтики (Москва 2009, 2010), конференция «Экспериментальная и теоретическая биофизика» (Пущино 2010), III Евразийский конгресс по
медицинской физике «Медицинская физика 2010» (Москва 2010), VI Съезд по радиационным исследованиям (Москва 2010).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, в том числе 5 статей в рецензируемых журналах, из которых 4 статьи в изданиях рекомендованных ВАК, и 20 статей в сборниках и в тезисах научных конференций.
Структура и объем диссертации: диссертация изложена на 111 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, заключения, экспериментального исследования (материалов и методов исследования), результатов исследования и их обсуждения, общего заключения, выводов, списка используемых сокращений и обозначений, списка цитируемой литературы (316 источников). Работа иллюстрирована 16 рисунками и содержит 10 таблиц.
