Активность нейтральных протеаз в тканях животных при зимней спячке и гипотермии - Диссертация

Актуальность проблемы. Проблема адаптации животных и человека к низким температурам является актуальной в связи с все большим проникновением человека в полярные районы земли и освоением природных ресурсов Севера и Сибири (Мешалкин, Верещагин, 1985). Поэтому мозг в таких условиях способен переносить более длительное обескровливание (вместо 3-5 минут при нормальной температуре, до 15-20 мин при 25-28°С) (Sakurai et al., 2005). В природе существует несколько различных типов гипотермии, наиболее уникальной из которых является зимняя спячка (Эмирбеков, Львова, 1985). У зимоспящих животных температурный диапазон активности биохимических реакций более широкий (от 0 до 38°С) (Эмирбеков, Львова, 1985; Storey, Storey, 2000; Geiser, 2004). Согласно теории Хочачка (Hochachka, Somero, 2002) при гипотермии угнетаются процессы синтеза АТФ, наступает дефицит энергии, что замедляет транспорт Са2 из цитозоля в среду. Накапливаясь в цитозоле, Са2 нарушает метаболизм клетки. Незначительное (с 10-8 М в норме до 10-6 М) повышение Са2 в цитозоле приводит к активации различных протеолитических и липолитических ферментов в клетке, вследствие чего начинают разрушаться клеточные мембраны (Иванов и др., 1999). На протяжении многих лет считалось, что основными протеолитическими ферментами клеток животных и человека являются катепсины, осуществляющие деградацию белков в кислой среде. Вместе с тем выявлены протеолитические ферменты с оптимумом действия в зоне нейтральных значений рН. Среди последних особого внимания заслуживают тиоловые протеиназы - кальпаины, активность которых в значительной мере зависит от присутствия в среде ионов Са2 (Сологуб, Пашковская, 1998). В клетках нервной ткани животных и человека имеется, связанная с миелином, Са2 - активируемая нейтральная протеаза, которая осуществляет расщепление основного белка до полипептидов с молекулярной массой 6-17 килодальтон (кД). Зависимость активности кальпаинов от Са2 может обеспечивать функционирование регуляторного механизма за счет изменения в клетках уровня катиона и участия Са2 - активируемых нейтральных протеаз в ограниченном протеолизе, что в свою очередь ведет к изменению соотношения активности ряда ферментов (Moldoveanu et al., 2002). Целью нашей работы явилось сравнительное исследование активности нейтральных протеаз в тканях гомойо- и гетеротермных животных в условиях искусственной и естественной гипотермии. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: Исследовать общую активность нейтральных протеаз в мозгу, печени и сердечной мышце в динамике зимней спячки сусликов. Исследовать общую активность нейтральных протеаз в мозгу, печени и сердечной мышце при 2-х месячной зимней спячки сусликов и в ходе их индуцированного пробуждения. На этапах самосогревания сусликов, после индуцированного пробуждения общая активность нейтральных протеаз не зависит от температуры тела, особенно, при 20, 25 и 30ºС. Материалы диссертации докладывались на XII международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2005» (Москва, 2005), на X Республиканской научно-практической конференции (Махачкала, 2005), на Международной научной конференции (Махачкала, 2006), на 10-й Пущинской конференции молодых ученых (Пущино, 2006), на V-й Международной научно-практической конференции (Тамбов, 2007), на совместном заседании кафедры биохимии и биофизики с НИИ биологии ДГУ (3 февраля 2009, протокол №7), на заседании кафедры биохимии и микробиологии Южного Федерального университета (21 марта 2009). Публикации. Протеиназы - ферменты, осуществляющие гидролиз пептидной связи в белках, включаются в функционирование белковой молекулы на самых ранних этапах биосинтеза и сопровождают белки до конечной стадии их жизненного цикла (полное расщепление, запуск апоптоза) (Ефременко, Конторщикова, 2006). Протеолиз первого типа происходит в результате согласованного действия различных протеолитических ферментов, тогда как реакции ограниченного протеолиза катализируются отдельными специфическими протеазами (Соловьева и др., 1995). Он протекает во многих случаях внутри лизосом - клеточных органелл, содержащих набор гидролитических ферментов. Реакции ограниченного протеолиза участвуют в процессе образования и инактивации практически всех ферментов, гормонов и других биологически активных белков и пептидов и, следовательно, в контроле активности основных биорегуляторов (Furuno et al., 1990). Эти протеиназы осуществляют протеолиз короткоживущих белков, которые регулируют злокачественный рост (Дилакян, 2000). Кроме того, металлопротеиназы могут участвовать в процессе канцерогенеза, воздействуя на различные пути передачи сигнала в клетке, основные компоненты соединительнотканного матрикса, на межклеточные взаимодействия, а также продуцируя различные биологически активные молекулы (Клишо и др., 2005). Лизосомные протеиназы большинства клеток представлены ферментами относящимися к аспартильным (катепсин Д), цистеиновым (катепсины В, Н, L и некоторые другие) и сериновым (катепсин G, эласта