Кальцієва сигналізація в хромафінних клітинах щура при дії факторів, що стимулюють секрецію

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.02-біофізика. Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України, Київ, 2003.

Дисертацію присвячено дослідженню кальцієвої сигналізація в хромафінних клітинах щура при дії факторів, що стимулюють секрецію. Показано, що в хромафінних клітинах щура існують суттєві відмінності в формуванні внутрішньоклітинного кальцієвого транзієнту у відповідь на стимуляцію клітини різними факторами, що індукують секрецію. Це в свою чергу може істотно впливати на процеси вивільнення катехоламінів. Показано існування двох різних популяцій клітинних відповідей при стимуляції хромафінної клітини ацетилхоліном (охарактеризовані, як клітини І та ІІ типу). Охарактеризовано й показано подібність динамічних параметрів індукованих ацетилхоліном внутрішньоклітинних кальцієвих транзієнтів в клітинах І типу до транзієнтів, ініційованих нікотином, а в клітинах ІІ типу до транзієнтів, ініційованих мускарином. Виявлено, що в клітинах ІІ типу в процесі генерації кальцієвих транзієнтів при стимуляції ацетилхоліном приймають участь внутрішньоклітинні джерела іонів кальцію. Отримані дані показують, що існує функціональний поділ хромафінних клітин: одна популяція з яких має в основному іонотропні нікотинові рецептори (І тип), тоді як інша - метаботропні мускаринові рецептори (ІІ тип). Показано, що мітохондрії в гостроізольованих хромафінних клітинах здатні акумулювати дуже високі рівні концентрації кальцію і підтверджено їх значну роль в процесі виведення іонів кальцію з цитоплазми хромафінної клітини щура. За допомогою цитохімічного методу показано, що охарактеризовані нами клітини І типу містять адреналін, тоді, як клітини ІІ типу-норадреналін. Отримані експериментальні дані суттєво доповнюють сучасні уявлення відносно змін кальцієвої сигналізації в хромафінних клітинах при дії факторів, що стимулюють секрецію і дають змогу пояснити закономірності внутрішньоклітинної регуляції цього процесу.

Ключові слова: хромафінні клітини, кальцієвий сигнал, ацетилхолінові рецептори, нікотин, мускарин, внутрішньоклітинні депо.

внутрішньоклітинний кальцієвий транзієнт стимуляція

Заика О.Л. Кальциевая сигнализация в хромаффинных клетках крысы при действии факторов, что стимулируют секрецию.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.02-биофизика.- Институт физиологии им. А.А. Богомольца НАН Украины, Киев, 2003.

Диссертация посвящена изучению кальциевой сигнализации в хромаффинных клетках крысы при действии факторов, что стимулируют секрецию. Выявлено, что кинетические характеристики кальциевых сигналов, полученных в результате действия на хромаффинную клетку гиперкалиевого раствора, ацетилхолина, никотина, мускарина и кофеина, имеют определенные отличия. Проведенный статистический анализ показал существенные отличия в амплитудах и характеристичном времени спада кальциевых сигналов. Это, в свою очередь, может существенно влиять на процесс освобождения катехоламинов, что и показали эксперименты по непосредственному измерению этого процесса при помощи электрохимического метода. Одновременное измерение при помощи флуоресцентного и электрохимического метода показали, что стимуляция клетки различными факторами, которые вызывают секрецию приводит к изменениям в частоте освобождения катехоламинов. Показано существование двух разных типов клеточных ответов при стимуляции клетки ацетилхолином (охарактеризованных нами как клетки І и ІІ типа). Показано сходство динамических параметров индуцированных ацетилхолином внутриклеточных кальциевых транзиентов в клетках І типа с транзиентами, инициированными никотином, а в клетках ІІ типа с транзиентами, инициированными мускарином. Эти данные свидетельствуют о преимущественной экспрессии никотиновых рецепторов в І типе клеток и мускариновых рецепторов в ІІ типе клеток. Этот же факт был подтвержден при проведении экспериментов с использованием специфических блокаторов соответствующего типа рецепторов тубокурарина и атропина. Показано, что в клетках І типа действие тубокурарина вызывает существенное уменьшение амплитуды кальциевого транзиента, а в клетках ІІ типа уменьшение амплитуды было незначительным. В случае использования атропина все происходило наоборот (в клетках ІІ типа действие атропина вызывает существенное уменьшение амплитуды кальциевого транзиента, а в клетках І типа уменьшение амплитуды было незначительным). Выявлено, что в клетках ІІ типа в процессе генерации кальциевых транзиентов при стимуляции ацетилхолином принимают участие внутриклеточные источники ионов кальция. Было показано, что у клеток І типа не наблюдается значительных изменений в амплитуде кальциевого транзиента, полученного при стимуляции клетки кофеином после последовательной стимуляции ацетилхолином, а у клеток ІІ типа наблюдалось существенное уменьшение амплитуды. Также нами были выявлены существенные отличия в формировании кальциевых сигналов в клетках І и ІІ типа при использовании тапсигаргина. В клетках І типа наблюдались незначительные изменения кинетики ацетилхолин-индуцированого кальциевого транзиента в присутствии тапсигаргина. В клетках же ІІ типа наблюдалось значительное уменьшение амплитуды кальциевого сигнала. Участие внутриклеточных источников ионов кальция в процессе генерации кальциевых транзиентов в клетках ІІ типа также было подтверждено в экспериментах с использованием бескальциевого раствора. В клетках ІІ типа на фоне бескальциевого внешнеклеточного раствора наблюдалось достаточно незначительное, по сравнению с клетками І тина, уменьшение амплитуды ацетилхолин-индуцированого кальциевого сигнала. Суммируя полученные данные можно говорить, что существует функциональная гетерогенность хромафинных клеток: одна популяция из которых содержит в основном ионотропные (никотиновые) рецепторы (клетки І типа), тогда как другая-метаботропные (мускариновые), связанные с внутриклеточными депо (клетки ІІ типа). Показано, что митохондрии в свежеизолированых хромаффинных клетках могут аккумулировать очень высокие уровни концентрации ионов кальция и подтверждена их значительная роль в процессе выведения ионов кальция из цитоплазмы хромаффинной клетки крысы. При помощи цитохимического метода показано, что охарактеризованные нами клетки І типа содержат адреналин, а ІІ типа содержат норадреналин. Показано, что в хромафинных клетках крысы, преобладают клетки І типа (приблизительно 70%). На основе проведенных исследований делаем вывод, что существует функциональное разделение хромаффинных клеток: одна популяция которых содержит преимущественно ионотропные никотиновые рецепторы и секретирует адреналин (І тип), тогда как вторая содержит преимущественно мускариновые рецепторы и секретирует норадреналин (ІІ тип).

Ключевые слова: хромаффинные клетки, ацетилхолиновые рецепторы, кальциевый сигнал, никотин, мускарин, внутриклеточные депо.

Zaika O.L. Calcium signaling in rat chromaffin cells under secretagogue factors action. - Manuscript.

Thesis for a candidate`s degree by speciality 03.00.02. - biophysics. - Bogomoletz Institute of Physiology of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2003.

This dissertation is devoted to investigation of calcium signaling in rat chromaffin cells under secretagogue factors action. It was shown, there were significant differences in calcium transients generation during such stimulations that might affect on catecholamine release processes. Two distinct populations cell responses under stimulation by ACh (named as cells type І and type ІІ) were obtained. Correlation of kinetics properties between ACh-induced responses, nicotine-induced responses and muscarine-induced responses in cells type І and cells type ІІ correspondingly, were shown. It was obtained, intracellular calcium ions sources were take part in generation of calcium transients. It has concluded, there is functional derive of chromaffin cells: first population has mainly ionotrophic nicotinic receptors (І type), wereas second has in certain muscarinic receptors (ІІ type). The mitochondria can accumulate high calcium concentration and play key role in inference processes of calcium ions in single chromaffin cells was consideration. By using cytochemical method was shown that cells І type contain adrenaline, whereas cells ІІ type contain noradrenaline. Obtained experimental data significantly expand our knowledges about calcium signaling changes and intracellular regulation of these processes under secretagogue factors action.

Keywords: chromaffin cells, calcium signal, ACh-receptors, nicotine, muscarine, intracellular stores.

Размещено на Allbest.ru