Цистеїнові катепсини в умовах променевого ураження та злоякісного росту

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук

ЦИСТЕЇНОВІ КАТЕПСИНИ В УМОВАХ ПРОМЕНЕВОГО УРАЖЕННЯ ТА ЗЛОЯКІСНОГО РОСТУ

Спеціальність: Радіобіологія

Чорна Валентина Іванівна

Київ, 2001 рік

ВСТУП

Дисертація присвячена вивченню лізосомально-вакуолярного апарату клітин ЦНС за умов дії надлетальних, малих доз іонізуючого випромінювання, гіпоксії та пухлинного процесу.

Встановлено що у функціонально і морфологічно різних структурах головного мозку, сироватці крові свідчать про характерні відмінності в системі протеолізу за дії радіації у дозах 50, 100, 200 Гр, одноразовому і фракціонованому опроміненні за дози 25 сГр, відбуваються зміни активності, компартменталізації та фізико-хімічних властивостей лізосомальних цистеїнових катепсинів В, L, Н. Визначено, що за умов дії радіації (5-25 сГр) з низькою потужністю проблема пошкодження мембран висувається на перший план. Тотальне рентгенівське опромінення за дози 25сГр індукує зміни поліпептидного складу розчинних і мембрано-зв'язаних білків головного мозку.

Вперше встановлено, що опромінення батьків спричиняє різний ступінь активації катепсинів у структурах головного мозку нащадків першого покоління в залежності від того, хто з батьків був опромінений і від терміну онтогенетичного розвитку.

Променевий вплив, а також комбінована дія рентгенівського опромінення і гіпоксії спричиняють протилежну спрямованість змін активності катепсинів у пухлині і тканинах щурів-пухлиноносіїв і визначають залежність цих змін від дози опромінення, режиму опромінення, стадії пухлинного росту і ефекту променевої деструкції пухлини.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми досліджень. Дослідження механізмів залежності біохімічних змін від дози опромінення є актуальною проблемою радіаційної біохімії як в загальнотеоретичному аспекті, так і в плані їх практичного застосування за специфічних обставин, зокрема тих, що виникли внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС (Кучеренко М. та ін., 1977, Hasegawa M. еt al., 1997, Smit J. et al., 1994). За умов сучасності актуальності набула проблема спільності і відмінності в механізмах дії гострого і хронічного опромінення, особливо це стосується дії низьких рівнів іонізуючого випромінювання, коли головну роль у виникненні радіаційних змін відіграють ураження мембранних структур (Кузин А., 1970, 1977, 1989, Барабой В., 1996, Эйдус Л., 1994, Гераськин С., 1995). З позиції класичної радіобіології неможливо пояснити появу несподівано значних ефектів, які спричиняються за дії малих доз радіації (Бурлакова Е., 1994, Спитковский Д., 1992, Серкиз Я. и др., 1992). Прогнозування можливих біологічних ефектів, зумовлених дією малих доз радіації на ссавців, викликає необхідність пошуку тестів, які б дозволили адекватно оцінити ступінь цього впливу. Одним із таких перспективних напрямків вважають дослідження активності клітинних лізосомальних протеіназ та їх інгібіторів, оскільки протеоліз є важливою ланкою в регуляції багатьох біохімічних процесів (Азарян А., 1989, Schwartz M., 1995, Bednarski E. et al., 1997). Аварія на Чорнобильській АЕС виявила, що найменш дослідженими при дії малих доз радіації є біохімічні процеси в ЦНС.

Найбільш гострими питаннями, які хвилюють вчених, лікарів є генетичні ефекти радіаційного забруднення після аварії на ЧАЕС і їх наслідки для здоров'я наступних поколінь (Пилинская М., 1999). Аналіз літератури свідчить про недостатність клінічних і експериментальних даних стосовно особливостей стохастичних і не стохастичних ефектів у нащадків опромінених батьків (Абдель-Гани А. и др., 1999, Лазюк Т. и др., 1999). При дії іонізуючих випромінювань в малих дозах виникають небажані віддалені наслідки: злоякісні новоутворення, спадкові ефекти (Нягу А., 1991, Вейнберг Г. и др., 1999, Косенко М. и др., 1999). Значна кількість морфо-функціональних досліджень свідчить про високу чутливість до дії малих доз радіації організму під час ембріонального та постнатального розвитку (Kimler B. et al., 1994, Холодова Н. и др., 1996). Одним із наслідків радіаційного впливу на організм є розвиток гіпоксичного стану (Keyeux A. et al., 1997). Поряд з модифікацією гемодинамічних показників, радіація сприяє також розвитку гемічного гіпоксичного стану. Особливо небезпечне гіпоксичне ушкодження для мозку, що розвивається (Cwag B. et al., 1995). Гемічний тип гіпоксії є найменш вивченим типом з усіх гіпоксичних станів (Ярмоненко С., 1997, Park E. et al., 1998). Недостатньо вивчені і механізми впливу гіпоксії, індукованої радіацією на формування, диференціювання і дозрівання різних мозкових структур ЦНС, а дані про стан лізосомально-вакуолярного апарату клітин мозку за умов гіпоксії дуже обмежені (Hill I. et al., 1997, Tsuchiya K. et al., 1999).

Актуальність вивчення лізосомальних цистеїнових катепсинів нервової системи визначається, з одного боку, тими функціями, які вони виконують в клітині, а з другого - тією роллю, яку ці ферменти відіграють в системі відповіді організму на дію шкідливих факторів оточуючого середовища. Дослідження пептидгідролаз головного мозку започатковано ще роботами академіка Палладіна О.В., Полякової Н.М., Бєліка Я.В., Галояна А.А., і з того часу значна кількість досліджень присвячена з'ясуванню ролі пептидгідролаз при патологіях мозку (Jung H. et al., 1999, Youg B. et al., 2000), але ряд питань залишаються нерозкритими і в наш час, до них відноситься роль катепсинів в нейрохімічних механізмах онтогенетичного розвитку при радіаційному і гіпоксичному ушкодженнях мозку, пухлинному рості та інвазивних процесах (Rooprai H. et al., 1997, Cataldo A. et al., 1997).

Пошуки засобів ефективного поліпшення променевої терапії пухлин мають на меті подолання радіорезистентності, обумовленої існуванням фракції гіпоксичних клітин. Вивчаються можливості посилення променевого ураження пухлинних клітин шляхом штучного підвищення їх радіочутливості за допомогою радіосенсибілізаторів хімічної і фізичної природи. В променевій терапії злоякісних новоутворень проблема радіорезистентності пухлинних клітин має критичне значення, оскільки обмежує ефект лікування і є причиною поновлення росту пухлин, виникнення рецидивів і метастазів. Аналіз даних літератури свідчить, що біохімічні механізми гіпоксирадіотерапії вивчені недостатньо (Ярмоненко С., 1980, Хворостенко М. и др., 1986). Таким чином, викладені дані зумовлюють актуальність та доцільність проведення досліджень в цих напрямках. Зважаючи на значне число осіб, що постраждали внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС, розкриття молекулярних механізмів порушень функції ЦНС має велике медико-соціальне значення.

Зв'язок з науковою тематикою організації. Робота відповідає тематиці науково-дослідних робіт: інституту біології Дніпропетровського національного університету та виконана у рамках держбюджетних тем Міністерства освіти України: №02-20-97 “Фундаментальні дослідження впливу синергічної дії екопатогенних чинників та наукове обґрунтування нових комплексних методів діагностики, корекції та профілактики порушень стану здоров'я населення”, №40-94 “Дослідження нервовоспецифічних білків у нормі та за наявності факторів ризику з ціллю розробки методів діагностики патологічних станів дітей”, кафедри біофізики і біохімії у рамках держбюджетних тем Міністерства освіти №208-76, №50-81, №44-86.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи стало експериментальне дослідження молекулярно-клітинних механізмів змін структурно-функціонального стану лізосомальних цистеїнових катепсинів В, L, Н мозкових структур ЦНС за умов дії різних доз іонізуючої радіації, гіпоксії та пухлинного росту. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:

1. На основі кількісного аналізу динаміки різних форм активності лізосомальних цистеїнових катепсинів В, L, Н та зміни їх компартменталізації у функціонально і морфологічно різних структурах ЦНС визначити спільні і відмінні особливості дії надлетальних (50, 100, 200 Гр) і малих доз іонізуючої радіації (5, 10, 20, 25 сГр) в динаміці радіаційного ураження;

2. З'ясувати роль цистеїнових катепсинів В, L, Н в радіаційно-індукованих змінах катаболізму у функціонально і морфологічно різних структурах ЦНС за умов одноразового та фракціонованого рентгенівського опромінення за дози 25 сГр;

3. Визначити співвідношення між радіаційно-індукованими зрушеннями активності і компартменталізації цистеїнових катепсинів головного мозку нащадків першої генерації опромінених щурів в період постнатального розвитку;

4. Оцінити активність цистеїнових катепсинів та ступінь вивільнення їх із лізосомально-вакуолярного апарату клітин головного мозку дорослих щурів за умов експериментальної гемічної гіпоксії;

5. Дослідити механізм дії пренатальної гемічної гіпоксії на розподіл різних форм активності цистеїнових катепсинів у структурах головного мозку нащадків в динаміці постнатального розвитку;

6. Визначити причинно-наслідковий зв'язок тканинного і плазматичного протеолізу за рівнями активності лізосомальних цистеїнових катепсинів В, L, Н у сироватці крові ліквідаторів аварії на ЧАЕС, опромінених і гіпоксичних щурів з метою обґрунтування можливості застосування цього показника як діагностико-прогностичного тесту патологічного стану;

7. Вивчити роль високо-очищених препаратів цистеїнових катепсинів головного мозку в деградації нейроспецифічних білків;

8. Провести визначення рівнів активності катепсинів В, L, Н у пухлинах головного мозку з різною гістоструктурою, гістогенезом та ступенем злоякісності. Виділити, очистити та виявити зміни фізико-хімічних властивостей катепсинів В, L, Н при злоякісній трансформації;

9. Встановити вплив пухлинного процесу та променевого тотального і локального опромінення на активність цистеїнових катепсинів пухлини і тканин щурів-пухлиноносіїв із застосуванням газогіпоксичної суміші (ГГС-10), а також роль відновленого глутатіону в процесі пухлинного росту;

10. З'ясувати загальні механізми пошкоджень лізосомально-вакуолярного апарату клітин головного мозку індукованих радіацією, пухлинною інвазією та гіпоксією за змінами різних форм активності і компартменталізації та деяких фізико-хімічних властивостей цистеїнових катепсинів.

Наукова новизна одержаних результатів. В результаті проведених досліджень вперше з'ясована роль зміни активності, компартменталізації та фізико-хімічних властивостей лізосомальних цистеїнових катепсинів В, L, Н ЦНС у біохімічних механізмах дії іонізуючої радіації, гіпоксії, злоякісного росту. В динаміці перебігу ЦНС синдрому визначено дозозалежне підвищення активності лізосомальних катепсинів головного мозку і зміни їх компартменталізації.

У діапазоні малих доз радіації вперше встановлена залежність зміни активності катепсинів від дози з можливим тригерним переходом клітини на новий рівень протеолізу за порогової дози 25 сГр. Порівняльний аналіз закономірних змін активності цистеїнових катепсинів В, L, Н головного мозку у формуванні адаптивної відповіді на тотальне одноразове і фракціоноване опромінення (25 сГр) свідчить про менш ефективну лабіалізацію мембран лізосом за співвідношеннями вільної і неседиментованої форм активності катепсинів клітин кори великих півкуль, гіпокампу, мозочку, середнього мозку, Варолієвого мосту і смугастого тіла, а також відповідним вивільненням цистеїнових катепсинів у кров після фракціонованого опромінення.

Виявлено значне підвищення активності цистеїнових катепсинів в ранні періоди постнатального розвитку і з'ясована адаптивна спрямованість встановлених змін. Вперше показано, що опромінення батьків (фракціоноване - 25 сГр) спричиняє різний ступінь активації цистеїнових катепсинів у функціонально і морфологічно різних структурах головного мозку нащадків першого покоління в залежності від того, хто з батьків був опромінений, і від терміну онтогенетичного розвитку. Запропонована концепція про можливу функціональну роль цистеїнових катепсинів в онтогенезі в нормі і при патологічних станах.

З'ясована роль гемічної гіпоксії у розвитку радіобіологічних ефектів малих доз радіації. Вперше встановлено, що метгемоглобінемія середньої тяжкості спричиняє зміни активності цистеїнових катепсинів головного мозку статевозрілих щурів і нащадків, подібні до ефектів опромінення. Більш істотні зміни активності катепсинів В, L, Н у сироватці крові нащадків, що зазнали пренатальної дії гемічної гіпоксії, в порівнянні з дорослими щурами, свідчать про більшу уразливість до гіпоксичного впливу організму, що розвивається.

Встановлено, що розвиток пухлини (саркома 45) індукує зміни активності цистеїнових катепсинів як в самих пухлинах, так і в органах тварин-пухлиноносіїв. Визначені різноспрямовані зміни променевих реакцій пухлини і нормальних тканин за рівнями активності катепсинів В, L, Н. Встановлено, що застосування газогіпоксичної суміші - ГГС-10 в процесі опромінення обумовлює радіозахисний ефект нормальних тканин при відсутності захисту пухлини.

Досліджено вміст глутатіону (GSH, GSSG) у доброякісних і злоякісних пухлинах головного мозку. Показано, що у пухлинах концентрація глутатіону знижується залежно від гістоструктури пухлини. Порівняльний аналіз фізико-хімічних властивостей (Mr, Vmax, Km, pHопт.) високо-очищених катепсинів В, L, Н із тканин мозку і пухлин головного мозку, виявив різницю кінетичних параметрів, рівнів активності катепсинів у пухлинах і нормальних тканинах.

Вперше визначена роль цистеїнових катепсинів В, L, Н головного мозку у деградації нейроспецифічних білків.

На основі отриманих даних та даних літератури розроблена узагальнена схема розвитку радіаційних і гіпоксичних порушень стану лізосомально-вакуолярного апарату клітин ЦНС за змінами рівнів різних форм активності, компартменталізації і фізико-хімічних властивостей лізосомальних цистеїнових катепсинів В, L, Н.

Практичне значення одержаних результатів. Результати проведених досліджень і сформульовані на їх підставі висновки можуть мати загальнотеоретичне і практичне значення для розвитку радіаційної біохімії, клінічної радіології, радіобіології, радіаційної біофізики.

Теоретичне значення роботи полягає в отриманні нових даних, які вносять певний вклад в розробку проблеми механізмів адаптаційної відповіді лізосомально-вакуолярного апарату клітин ЦНС на вплив іонізуючої радіації з різною інтенсивністю, гіпоксії та пухлинної інвазії. Результати проведених досліджень свідчать, що ефекти малих доз іонізуючої радіації зумовлені пошкодженнями біомембран завдяки активації лізосомальних цистеїнових катепсинів клітин нервової тканини, вони дозволяють прогнозувати характер і рівень змін активності катепсинів, ступінь лабіалізації мембран лізосом структур головного мозку дорослих щурів і мозку в постнатальному розвитку для певного діапазону доз і часу після опромінення.

Визначення показників рівня активності цистеїнових катепсинів В, L, Н у сироватці крові опромінених щурів може бути інформативним методом оцінки (тестом) пошкоджуючого ефекту іонізуючої радіації і дозволяє прогнозувати ранні функціональні ураження, а також ризик появи віддалених наслідків. Так, у крові ліквідаторів аварії на ЧАЕС встановлені довготривалі і відповідні поглинутим дозам підвищення рівнів активності досліджуваних цистеїнових лізосомальних катепсинів.

Закономірний характер змін активності цистеїнових катепсинів при пухлинному рості і променевій терапії, їх протилежна спрямованість, залежність цих зрушень від дози і режиму опромінення, а також від стадії пухлинного процесу і ефекту променевої деструкції пухлини свідчить про принципову можливість використання тесту активності лізосомальних катепсинів в якості об'єктивного показника реакції організму на променеву дію і ефективність променевої терапії пухлин.

Результати досліджень входять до програми курсу лекцій “Радіобіологія”, для студентів біолого-екологічного факультету Дніпропетровського національного університету. Отримані результати використовуються з лікувально-діагностичними цілями при проведенні клініко-біохімічних аналізів в Українському державному науково-дослідному інституті медико-соціальних проблем інвалідності.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто розроблена наукова концепція програм та методологія досліджень, інформаційний пошук та оцінка літературних даних, виконані експериментальні дослідження, самостійно проведений аналіз первинного матеріалу, підготовлені друковані праці. Робота виконана автором самостійно, що підтверджено звітами про НДР № держ. реєстрації 76033340, 01860018175, 81067400, науковими публікаціями, доповідями на наукових з'їздах і конференціях. Автор була науковим керівником держбюджетної теми №40-96 та науковим керівником підрозділу держбюджетної теми №02-20-97. Результати деяких підрозділів отримані безпосередньо автором та за участі аспірантів кафедри біофізики та біохімії (Ліхолат О.А. - підрозділи 6.1, 8.1, 8.2, Лещінська І.О. - підрозділ 3.3, Педан Л.Ф. - підрозділ 6.2.1). Отримані результати викладені у спільних публікаціях. Публікації у співавторстві написані за безпосередньою участю дисертанта. У дисертації не використовувались ідеї або розробки, які належать співавторам публікацій.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень були представлені на наступних конгресах, симпозіумах та конференціях: ІІ-Всесоюзний симпозіум “Структура и функции лизосом” (Новосибірськ, 1980), IV Всесоюзный симпозиум по медицинской энзимологии (Алма-Ата, 1983), Всесоюзний симпозіум “Механизмы пластичности мозга при функциональных и патологических воздействиях” (Махачкала, 1982), Республіканська наукова конференція “Біохімія-медицині” (Одеса, 1981), VIII Объединенный симпозиум биохимических обществ СССР и ГДР (Рига, 1985), IV Український біохімічний з'їзд (1982), V Всесоюзный биохимический съезд (1986), VI (Київ, 1992) та VII (Київ 1997) Українські біохімічні з'їзди, ІІ (Київ, 1993) та ІІІ (Москва, 1997) Радіобіологічні з'їзди, I (Київ, 1994) та II (Харків, 1998) Українські з'їзди біофізичного товариства, конференція “Віддалені наслідки опромінення в імунній та гемопоетичній системах”, Київ, 1996, конференція “Проблемы противолучевой защиты”, Москва, 1998, VII Конгрес світової федерації Українських лікарських товариств, Ужгород, 1998, IV (Дніпропетровськ, 1997) та V (Дніпропетровськ, 1998) Міжнародні конференції “Франція та Україна, науково-практичний досвід у контексті діалогу національних культур”, I Міжнародна конференція “Наука і освіта'98”, Дніпропетровськ, 1998, I Конференція Українського товариства нейронаук, Київ, 1998, International Scientific Conference, Львів, 1999, 23-rd Meeting of the Federation of European Biochemical Societies, (Базель, Швейцарія, 1995), 10-th International Peat Congress (Бремен, Німеччина, 1996), 25 Silver Jubilee FEBS Meeting (Копенгаген, Данія, 1998), 17-th Biennial Meeting of the International Society for Neurochemistry (ISN) and 13-th General Meeting of the European Society for Neurochemistry (ESN), (Берлін, Німеччина, 1999), 29-th Annual Meeting for Neuroscience (Маямі, США, 1999), 2-th International Medical Conference and 9-th EMSA International Scientific Symposium, (Люблін, Польща, 2000), VIІI International Meeting IBNS (Нансі, Франція, 1999), FENS winter school Federation of European Neuroscience Societies (Кітзбюгель, Австрія, 1999), XXII-nd Collegium Internationale Neuro-Psychopharmacologicum Congress (Брюссель, Бельгія, 2000).

Публікації. За матеріалами дисертації надруковано 56 робіт, з них 29 статей (15 з них без співавторів) та 27 тез, які опубліковані у профільних вітчизняних та зарубіжних журналах, збірниках наукових праць та матеріалах з'їздів та конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 298 сторінках друкованого тексту і складається з вступу, огляду літератури, опису матеріалів та методів досліджень, результатів досліджень та їх обговорень (7 розділів), узагальнень результатів (1 розділ) та висновків. Робота містить 108 рисунків, 20 таблиць та 1 схему. Список використаної літератури включає 541 джерело, з них 308 іноземних авторів.

2. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

На основі порівняльного дослідження рівнів активності лізосомальних катепсинів В, L, Н і зміни їх компартменталізації у функціонально і морфологічно різних структурах головному мозку, сироватці крові дорослих щурів і нащадків першого покоління запропонована концепція радіаційного і гіпоксичного ураження лізосомально-вакуолярного апарату клітин нервової системи за низьких доз рентгенівського опромінення:

- первинною радіаційною мішенню розглядаються мембрани лізосомально-вакуолярного апарату клітин як єдина структурно-функціональна система, для ініціації якої достатньо дуже малої (10 сГр) дози;

- початкова ініціація ПОЛ в мембранах під дією малих доз мобілізує стрес реалізуючи системи, активує АО-систему;

- біомембрани популяцій лізосом мають високу радіочутливість, яка поєднується зі значними компенсаторно-репаративними можливостями;

- під впливом радіації розвивається гемічна гіпоксія, яка підсилює активацію пероксидації ліпідів, які відіграють роль аутокаталізаторів;

- за дози 25 сГр потужність АО-системи недостатня для компенсації спричинених змін пошкодження мембранних структур лізосомально-вакуолярного апарату, і розвивається вторинна більш тривала активація ПОЛ, що виявляється в активації лізосомально-вакуолярного апарату клітин;

- в міру підвищення ПОЛ, АО-дефіциту більш лабіалізуються мембрани лізосом, відбувається транслокація лізосом до ядра, вивільняються катепсини, які спричиняють і ініціюють зміни іншої радіаційної мішені - хроматину, ініціюючи перехід хроматину в новий стаціонарний стан;

- лабіалізації мембран лізосом, активації новоутворення первинних лізосом, і можливим переходом системи протеолізу до нового режиму функціонування;

- активно розвиваються цитолітичні процеси в тканинах і лізосомальні цистеїнові катепсини потрапляють в кров;

- віддалені наслідки радіаційного пошкодження батьківського організму мають стохастичні ефекти, які проявляються у нащадків безпосередньо опромінених батьків.

Отримані результати дозволяють з'ясувати роль цистеїнових катепсинів у механізмах пухлинного росту і малігнізації та визначити відмінності фізико-хімічних властивостей катепсинів В, L, Н пухлин головного мозку. Ці дані набувають особливого значення для розробки шляхів підвищення ефективності променевої терапії, об'єктивної оцінки реакції тканин головного мозку на пухлинну трансформацію. Спираючись на результати досліджень і дані літератури можна запропонувати наступну концепцію участі лізосомальних цистеїнових катепсинів в оцінці ознак злоякісності пухлин, у процесах пухлинного росту та інвазії:

- малігнізація пухлин головного мозку супроводжується підвищенням рівнів активності катепсинів В, L, Н, які залежать від гістоструктури, гістогенезу та ступеня злоякісності пухлин;

- до молекулярно-клітинних механізмів, які пояснюють підвищення показників рівнів активності лізосомальних цистеїнових катепсинів у пухлинах можна віднести зміни молекулярних мас, підвищення швидкості ферментативних реакцій за рахунок зміни спорідненості катепсинів до ендо- і екзогенних субстратів, зміщення оптимуму рН в більш кислу зону;

- закислення цитоплазми в пухлинній клітині спричиняє транслокацію лізосом з перинуклеарної зони до плазматичної мембрани, зміну форми лізосом з тубулярної до везикулярної і індукує вивільнення цистеїнових катепсинів В, L, Н із лізосом, і вони, таким чином, можуть приймати участь в процесах інвазії;

- у пухлинах знижується антиоксидантна система, у тому числі і за рахунок значного зменшення концентрації відновленого глутатіону.

Викладені положення дозволяють визначити, що зміни на рівні мембран лізосомально-вакуолярного апарату клітин є однією з причин виникнення і розвитку патологій ЦНС, індукованих іонізуючою радіацією, гіпоксією та пухлинною інвазією.

ВИСНОВКИ

1. Іонізуюча радіація високої інтенсивності за доз 50, 100, 200 Гр дозозалежно підвищує активність цистеїнових катепсинів B, L кори головного мозку щурів з більш вираженими змінами активності і компартменталізації за дози 200 Гр. Збільшення вільної і неседиментованої форм активності цистеїнових катепсинів зумовлені лабіалізацією мембран лізосом у порівнянні з синтезом ферментів de novo. Резистентність мембран лізосом кори головного мозку до впливу радіації (200Гр) встановлена за наявності латентної активності при дії 0,1-0,2% тритону Х-100 на лізосомальну фракцію мозку опромінених щурів.

2. В діапазоні малих доз рентгенівського випромінювання (5-25 сГр) зміни активності катепсину L мають нелінійний ступінчастий характер. Стійке підвищення активності у клітинах кори головного мозку, мозочку, середнього мозку, гіпокампу, Варолієвого мосту і смугастого тіла відмічається за дози 25 сГр. У сироватці крові достовірне підвищення активності ферменту визначається за дози 10 сГр, а повторне стійке підвищення активності виявляється за дози 25 сГр, що відображає стан протеолізу за даним показником у тканинах опроміненого організму.

3. Одноразове і фракціоноване тотальне рентгенівське опромінення щурів за дози 25сГр викликають не однакові за механізмами відповіді лізосомального апарату клітин функціонально і морфологічно різних структур головного мозку:

- при одноразовому опроміненні виявляються зміни всіх форм активності катепсинів B, L, Н, які вибірково розгорнуті у часі з характерним підвищенням досліджуваних форм активності через 120-168 годин після опромінення, ступінь підвищення залежить від структури мозку і міцності зв'язку ферментів з лізосомами;

- при фракціонованому опроміненні підвищення рівнів активності катепсинів B, L, H визначається переважно в ранні строки після опромінення (1-24 години), а в пізніші терміни відмічається тенденція зниження досліджуваних форм активності, а для мембрано-зв'язаної і нормалізація;

- фракціоноване опромінення спричиняє менший лабілізуючий вплив на мембрани лізосомально-вакуолярного апарату клітин мозку і менш виражені зміни активності катепсинів у сироватці крові.

4. Фракціоноване рентгенівське опромінення разом чи окремо самців або самок за дози 25 сГр індукує різні зміни рівнів активності катепсину L і перерозподіл їх у структурах головного мозку нащадків під час постнатального розвитку на користь неседиментованої активності з максимальним підвищенням на 6 добу. Найбільш виражені зміни неседиментованої і мембрано-зв'язаної форм активності катепсину L виявлені у корі головного мозку, мозочку, середньому мозку і Варолієвім мості нащадків за умов опромінення самки і самця. Найменші зміни визначалися у структурах головного мозку нащадків інтактного самця і опроміненої самки. лізосомальний катепсин протеоліз

5. Рентгенівське опромінення за дози 25 сГр, як і хронічне введення нітриту натрію, спричиняє підвищення вмісту метгемоглобіну у крові щурів, що свідчить про розвиток гемічної гіпоксії. Максимальні рівні концентрації метгемоглобіну визначені через 120 годин після одноразового і фракціонованого опромінення.

6. Метгемоглобінемія середньої тяжкості спричиняє модифікацію метаболічної відповіді лізосомально-вакуолярного апарату клітин мозку у гіпоксичних самок, аналогічну до ефекту іонізуючої радіації за дози 25 сГр з менш вираженими змінами досліджуваних форм активності.

7. За умов пренатальної гемічної гіпоксії відбувається диференційоване підвищення рівнів вільної і неседиментованої активностей цистеїнових катепсинів в залежності від структури мозку нащадків і терміну постнатального розвитку внаслідок перерозподілу активності із мембрано-зв'язаної форми в розчинну. Підвищення активності катепсинів B, L, Н у сироватці крові нащадків більш виражене в порівнянні з дорослими щурами, з максимальним значенням на 1 добу життя. Таким чином, мозок, що розвивається, є більш чутливим і вразливішим до дії гемічної гіпоксії.

8. У пухлинах головного мозку зниження вмісту відновленого і окисленого глутатіону залежить від гістоструктури пухлини і ступеня злоякісності і сприяє розвитку гіпоксичного стану з більш вираженою залежністю для відновленого глутатіону.

9. Тотальне (6 Гр) і локальне опромінення саркоми 45 щурів (12 Гр) супроводжується розвитком типових для радіації зрушень активності катепсинів В, L, Н. Застосування ГГС-10 при тотальному і локальному опроміненні індукує різноспрямовані зміни активності катепсинів у пухлині і тканинах пухлиноносіїв і цим відтворює захисний ефект нормальних тканин, про що свідчить нормалізація активності ферментів в них при відсутності захисту пухлин, в яких активність катепсинів залишається підвищеною. Введення in vivo відновленого глутатіону (150 мг/кг) гальмує розвиток і ріст саркоми 45 щурів.

10. Рівні активності катепсинів В, L, Н у пухлинах головного мозку значно підвищені і залежать від гістоструктури, гістогенезу і ступеня злоякісності. Визначено, що у пухлинах відбувається збільшення Vmax, зміщення оптимуму рН в більш кислу зону, молекулярна маса ферментів нижче за норму, і відповідно змінюється Km. Відмінності в специфічності цистеїнових катепсинів В, L, Н мозкової тканини зумовлюють особливості їх біологічних функцій, які проявляються, зокрема в синергізмі їх функціонування, що підтверджується характером сумісної дії в деградації нейроспецифічних білків.

11. Підвищені рівні активності цистеїнових катепсинів у сироватці крові ліквідаторів наслідків аварії на ЧАЕС на фоні встановленого розбалансування антиоксидантної системи крові (підвищеного рівня вільно-радикальних процесів, зниженої активності інгібіторів 1-АТ та 2-МГ) можуть бути застосовані як об'єктивні показники реакції організму на дію іонізуючої радіації.

12. Запропонована концепція розвитку індукованих іонізуючою радіацією в малій дозі і гіпоксією ушкоджень лізосомально-вакуолярного апарату клітин нервової тканини.

Размещено на Allbest.ru