Введение к работе
Актуальность проблемы
За последние десятилетия в развитых странах мира наблюдается значительное постарение населения. Эта проблема приобретает глобальный характер. Об актуальности проблемы старения для всего человечества свидетельствует разработанная по инициативе ООН Программа по исследованиям старения в XXI веке (Andrews G.R. et al., 2001). Отдельный раздел этой программы посвящен изучению механизмов старения и связанных с ним заболеваний. Среди этих заболеваний одно из важнейших мест занимают злокачественные опухоли.
Исследованию механизмов старения и развития рака посвящено большое количество экспериментальных и клинических исследований. Существует много теорий происхождения рака и развития возрастных изменений в организме (Дильман В.М., 1987; Anisimov V.N., 1987; Hayflick L., 1998). В то же время до сих пор недостаточно изучены конкретные механизмы старения и канцерогенеза, особенно, механизмы взаимосвязи этих процессов.
Важнейшее значение в динамике старения и возрастной патологии, включая злокачественные опухоли, имеют изменения тканей-мишеней на молекулярно-генетическом уровне. Исследования в этом направлении стали возможными, в значительной степени благодаря разработке новых методов получения линий генетически модифицированных животных, в частности, трансгенных и нокаутных мышей (Hogan В. et al., 1994). В экспериментах на таких мышах удалось установить роль отдельных генов в механизмах старения и рака, включая гены, ответственные за продукцию некоторых гормонов, иммунитет, пролиферацию и дифференцировку клеток, уровень свободно-радикальных процессов, репарацию ДНК. Однако, длительные наблюдения за трансгенными мышами, их продолжительностью жизни, динамикой возникновения, локализацией и морфологией опухолей весьма немногочисленны (Anisimov V.N.,2001).
Перспективной моделью для изучения механизмов старения и рака являются трансгенные мыши с высокой частотой рака молочной железы (РМЖ). Исследования на таких животных актуальны, поскольку, как известно, рак молочной железы - самое частое онкологическое заболевание у женщин, а методы его профилактики не достаточно разработаны (Семиглазов В.Ф. и др., 1992; Моисеенко В.М. и др., 1997; Parkin D.M. et al., 2001). В то же время, доказана зависимость возникновения и развития этих опухолей от генетической предрасположенности и возрастных изменений (Napalkov N.P. et al., 1983; Cuzick J., 1985; Имянитов E.H и др., 1997).
Важным этапом в изучении роли генетических факторов в развитии РМЖ явилось получение линий трансгенных мышей с инкорпорированным онкогеном HER-2/neu (Muller W. J. et al., 1988). Показана амплификация и избыточная экспрессия этого онкогена в РМЖ человека и ее связь с клиническими признаками опухолевой прогрессии (Имянитов
E.H., Князев П.Г., 1991; Slamon D.J. et al., 1987; Andrechek E.R. et al., 2000).
У трансгенных мышей HER-2/neu отмечено раннее возникновение РМЖ с высокой частотой, причем развивающиеся опухоли дают метастазы в легкие (Guy СТ. et al., 1992). Таким образом, эти мыши представляют собой удобную экспериментальную модель для изучения механизмов и разработки мер профилактики рака этой локализации. Однако данные о связи уровня экспрессии HER-2/neu у этих мышей с развитием РМЖ отсутствуют. Не исследованы особенности старения этой линии мышей. Не изученным также является вопрос об особенностях возрастных изменений эндокринного статуса этих животных, влияющих на развитие РМЖ. К ним относятся, в частности, изменения эстрального цикла и уровня рецепторов эстрогенов (Russo J., Russo I.H., 1987).
В последние десятилетия активно развиваются представления о значительной роли свободных радикалов в молекулярных механизмах старения и канцерогенеза, поскольку свободные радикалы кислорода и азота способны повреждать макромолекулы клетки (ДНК, белки, липи-ды), что, в конечном счете, может приводить к развитию возрастной патологии, в том числе, к возникновению новообразований (Harman D., 1994). Однако роль этих процессов в генезе РМЖ изучена недостаточно. Поэтому представляет интерес изучение уровня свободнорадикальных процессов и состояния антиокислителыюй системы организма на модели РМЖ у трансгенных мышей.
Важный вклад в изучение механизмов развития рака внесли работы по модифицирующим факторам канцерогенеза, в том числе, антиканцерогенным. Исследование механизмов их действия перспективно и в плане разработки профилактических мероприятий.
В последние годы накапливается все больше убедительных данных об ингибирующем влиянии индольного гормона эпифиза мелатонина на развитие спонтанных и индуцированных химическими канцерогенами опухолей молочной железы у лабораторных грызунов (Cos S., Sanchez-Barcelo E.J, 2000; Bartsch С, et al., 2001).
Новой группой антиканцерогенных факторов являются пептидные биорегуляторы (Морозов В.Г., Хавинсон В.Х., 1983, 1996; Хавинсон В.Х., 2002). Показано, что пептидные факторы, выделенные из тимуса и эпифиза, так же как гормон эпифиза мелатонин, ингибируют развитие РМЖ на различных экспериментальных моделях в том числе, на часто используемых в онкологических исследованиях мышах линии SHR (Анисимов В.Н., Хавинсон В.Х., 1991; Anisimov V.N. et al., 1994; Аниси-мов В.Н., 1997).
В последнее время получены синтетические пептиды, регулирующие функцию тимуса и эпифиза - вилон и эпиталон (Хавинсон В.Х. и др., 1997; Хавинсон В.Х., 1999). Однако исследования их эффекта на трансгенных мышах ранее не проводились. Комплексное изучение связи между экспрессией генома, эндокринным статусом, уровнем свободнорадикальных процессов, биомаркерами старения и продолжигельно-
стью жизни у трансгенных мышей в условиях воздействия модифицирующих факторов, прежде всего, пептидных биорегуляторов и мелатонина, позволит углубить представления о механизмах старения и канцерогенеза, а также возможных направлениях профилактики возрастной патологии и преждевременного старения.
Цель исследования
Изучение возрастных изменений показателей гомеостаза и маркеров старения, а также продолжительности жизни, развития опухолей и экспрессии онкогена HER-2/neu у трансгенных мышей, несущих данный онкоген, и влияния на эти показатели модифицирующих факторов (пептидных биорегуляторов, мелатонина и кастрации), в сопоставлении с влиянием этих же факторов на мышей низкораковой линии SHR.
Задачи исследования
1. Представить онкологическую характеристику трансгенных мышей
HER-2/neu, включающую:
динамику развития опухолей молочной железы (ОМЖ) у мышей HER-2/neu;
морфологию опухолей молочной железы у мышей HER-2/neu;
экспрессию онкогена HER-2/neu в опухолях молочной железы у трансгенных мышей;
содержание рецепторов эстрогенов в опухолях.
2. Изучить показатели гомеостаза и биологического возраста у
трансгенных мышей в сравнении с мышами низкораковой линии SHR :
потребление корма;
динамику массы тела;
температуру тела;
эстральный цикл;
продолжительность жизни;
уровень свободнорадикальных процессов в тканях мышей.
-
Изучить влияние кастрации на развитие опухолей молочной железы у трансгенных мышей HER-2/neu.
-
Изучить влияние мелатонина и пептидных биорегуляторов вилона и эпиталона на экспрессию гена HER-2/neu, показатели гомеостаза и биологического возраста, а также развитие опухолей у трансгенных мышей и мышей линии SHR.
Научная новизна исследования
Впервые представлена онкологическая характеристика трансгенных мышей HER-2/neu.
Впервые изучены показатели гомеостаза и биологического возраста (эндокринный статус, свободнорадикальные процессы, температура тела, динамика массы тела), а также продолжительность жизни у мышей HER-2/neu в сравнении с мышами SHR.
В работе впервые изучено влияние кастрации, мелатонина и пептидов, регулирующих функцию тимуса и эпифиза, на экспрессию гена
HER-2/neu, биомаркеры старения, продолжительность жизни и возникновение опухолей у трансгенных мышей HER-2/neu.
Научно-практическая ценность работы
Результаты работы имеют теоретическое и практическое значение. Показано, что у трансгенных мышей - самок HER-2/neu наблюдаются, наряд)' с повышенной экспрессией онкогена HER-2/neu, высокой частотой и ранним появлением рака молочной железы, возрастные изменения показателей гомеостаза и неопухолевые патологические изменения внутренних органов, свидетельствующие об ускоренном старении. Эти данные подтверждают предположения о возможном участии онкогенов, в том числе гена HER-2/neu, в механизмах старения.
Торможение канцерогенеза молочной железы у кастрированных мышей-самок и интактных самцов HER-2/neu является показателем роли гормонального баланса в реализации действия онкогена HER-2/neu.
Введение мелатонина, эпиталона и вилона снижает экспрессию онкогена HER-2/neu в опухолях молочной железы и тормозит возрастные изменения некоторых показателей биологического возраста у трансгенных мышей, что свидетельствует о связи механизмов старения и рака.
Мелатонин тормозит развитие РМЖ у трансгенных мышей и ОМЖ и новообразований других локализаций у мышей SHR. При этом отмечается увеличение продолжительности жизни животных.
Эпиталон и вилон угнетают канцерогенез молочной железы у мышей HER-2/neu. При введении эпиталона отмечено увеличение продолжительности жизни мышей HER-2/neu и SHR.
Полученные данные расширяют представления о механизмах канцерогенеза, связи старения и рака. Обнаружение антиканцерогенного и геропротекторного эффекта пептидных биорегуляторов эпиталона и вилона важно для разработки новых методов предупреждения рака и преждевременного старения.
Положения, выносимые на защиту
-
Кастрация мышей HER-2/neu в раннем возрасте тормозит развитие рака молочной железы, снижает частоту поликистоза почек и увеличивает продолжительность жизни животных.
-
Мелатонин тормозит развитие рака молочной железы у мышей HER-2/neu и SHR, снижает уровень экспрессии онкогена HER-2/neu в опухолях молочной железы, увеличивает продолжительности жизни животных, тормозит старение репродуктивной системы.
-
Эпиталон угнетает канцерогенез молочной железы, что проявляется в увеличении латентного периода обнаружения рака молочной железы, снижении частоты и множественности опухолей и их метастазирования; увеличивает продолжительность жизни и замедляет старение репродуктивной функции организма мышей HER-2/neu и SHR. У мышей SHR эпиталон тормозит возникновение лейкозов. Эпиталон и вилон снижают уровень экспрессии гена
HER-2/neu в аденокарциномах молочной железы трансгенных мышей. 4. Антиканцерогенные и геропротекторные свойства эпиталона и вило-на сопоставимы со свойствами природных полипептидных препаратов эпифиза и тимуса — эпиталамина и тималина.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 10 работ.
Апробация работы
Материалы диссертации доложены и обсуждены на объединенной научной конференции отдела канцерогенеза и онкогеронтологии, лаборатории эндокринологии, лаборатории онкоэкологии и патологоанато-мической лаборатории НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова МЗ РФ, лаборатории онкогеронтологии и Отдела клеточной биологии и патологии Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН 13.06.2002 г., международном конгрессе молодых ученых "Научная молодежь на пороге XXI века" (Томск, 2000), 3-й Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей "Человек и его здоровье" (Санкт-Петербург, 2000), международной конференции "ВИЧ/СПИД и родственные проблемы" (Санкт-Петербург, 2001), 2-й научно-практической конференции с международным участием "Ускоренное старение и пути его профилактики" (Одесса, 2001), 17-м Всемирном геронтологическом конгрессе (Ванкувер, Канада, 2001), 1-й международной конференции по онкологии "Рак молочной железы у пожилых женщин" (Болонья, Италия, 2002), международном симпозиуме "Свет, эндокринная система и рак" (Кёльн, Германия, 2002).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов работы, собственных результатов, обсуждения и выводов. Объем работы составляет 168 страниц. Список литературы содержит 62 отечественных и 115 зарубежных источников. Диссертация иллюстрирована 27 таблицами и 26 рисунками.
Похожие диссертации на Особенности старения и карцерогенеза у трансгенных мышей HER-2/neu: механизмы и модифицирующие воздействия
