А. Москалев Научные интересы: малые дозы радиации, старение, продолжительность жизни, апоптоз Исследование влияния ионизирующей радиации на продолжительность жизни ведется уже несколько десятилетий в различных лабораториях мира. Тем не менее, несмотря на обилие гипотез о механизмах радиоиндуцированного старения, ни одна из них не заняла лидирующего положения. Большинство разнообразных гипотез рассматривает какой-либо один молекулярно-клеточный процесс (повреждение ДНК, биолипидов, митохондрий) в качестве первопричины явления, протекающего на организменном уровне. Однако, на наш взгляд, многие из накопленных ныне отрывочных данных и гипотез выстраиваются в целостную картину, охватывающую процесс радиоиндуцированного старения с молекулярного до органно-тканевого уровня. Предполагая важную роль дестабилизации генома и апоптотической гибели клетки в контроле над продолжительностью жизни, мы считаем, что индукция данных процессов ионизирующей радиацией может существенно ускорить естественное старение, поскольку дерегуляция апоптоза и стабильности генома приводят к различным физиологическим нарушениям. Гибель или дисфункция множества различных типов клеток, особенно в тканях со слабой пролиферативной активностью (которая к тому же снижается с возрастом, как в случае с иммунными и эндокринными клетками), либо в тканях с отсутствием пролиферации (в случае с нервными, мышечными и половыми клетками) приводит к стойким функ-циональным изменениям. Многие из таких изменений рассматриваются некоторыми авторами [8], как симптомы старения организма (гормональные и иммунные сдвиги, дегенеративные заболевания нервной и мышечной систем, снижение репродуктивной способности). Дрозофила является удобным объектом для исследования механизмов старения и продолжительности жизни, в том числе и радиационного старения. Форма кривых выживания различных видов животных, представленная в безразмерных величинах, практически одинакова. Этот факт свидетельствует об универсальности фундаментального механизма старения [1]. Поскольку соматические ткани имаго дрозофилы состоят из постмитотических клеток (исключение составляют некоторые интерстициальные клетки), она подходит как модель механизмов старения в постмитотических клетках. В то же время постмитотическое состояние соматических тканей взрослых дрозофил в опытах по изучению радиационного старения позволяет избежать внедрения в результаты таких нежелательных факторов как злокачественные опухоли или лучевая болезнь [1]. Постмитотическое состояние имаго, как предполагается [4], обусловливает также большую роль апоптоза в старении у дрозофилы. Цель данной работы – показать роль нестабильного генома и индуцированной апоптотической гибели клетки в радиационном изменении продолжительности жизни и старении. Исследовали продолжительность жизни Drosophila melanogaster, подвергнутых на предимагинальных стадиях хроническому воздействию гамма-облучения. В работе использовали лабораторные линии дрозофилы, три из которых относятся к дикому фенотипу (Canton-S, GB-39 и Oregon-R) и четыре к мутантному типу. Линия GB-39: лабораторная линия дикого типа, поддерживаемая в условиях массового разведения. Любезно предоставлена проф. В.А. Гвоздевым (ИМГ РАН, Москва). Линии Canton-S и Oregon-R: лабораторные линии дикого типа, поддерживаемые в условиях массового разведения. Линия mei-41D5 имеет нарушение в активации пострепликативной репарации и дефект в мейотической рекомбинации, характеризуется геномной нестабильностью [9]. Линия ruprica содержит цепочку мутантных генов, расположенных на третьей хромосоме и имеет генотип ru h th st cu sr e Pr ca/TM6B, Bri (Bri ?= Bsb). В эксперименте данную линию использовали потому, что особи ruprica несут дефект в гене th, кодирующем белок из 438 аминокислот – ингибитор апоптотической гибели клетки у дрозофилы (DIAP1) [11]. Механизм антиапоптозного действия DIAP заключается во взаимодействии их с протеазами апоптоза. Кроме того, в эксперименте использовали две линии дрозофилы, несущие мутантные аллели гена wingless (wg), wgl-7/CyO и wg7L74/CyO. Данные линии характеризуются нарушением развития и повышенной чувствительностью к индукции апоптоза. Использованные в работе аллели wg любезно предоставлены дрозофилиным центром Umea Stock Center, Швеция. Для всех линий исследования проводили одновременно и в одинаковых условиях (при температуре 25 °C и 12-часовом режиме освещения). Под облучением мухи находились вплоть до стадии имаго (поглощенная за поколение доза равнялась 0.6-0.8 Гр). Для облучения использовали источник гамма-облучения, содержащий 226Ra. Линии содержали на полной дрожжевой среде до стадии имаго, а затем мух наркотизировали, отбирали самцов и помещали их на сахарно-агаровую среду, смазанную дрожжами. Каждую неделю оставшихся в живых особей переносили на свежую питательную среду без наркотизирования. Оценку продолжительности жизни осуществляли у одновозрастных имаго. Нами проводился ежедневный подсчет умерших особей облученных и необлученных популяций. Показатель средняя "продолжительность жизни" является флуктуирующей величиной. К тому же, распределение по продолжительности жизни отлично от нормального [2]. Поэтому, для сравнения продолжительности жизни в опыте и контроле использовали непараметрические методы статистики: критерий Колмогорова-Смирнова, лог-ранговый критерий и критерий Гехана-Бреслоу-Вилкоксона. После воздействия хронического облучения в малых дозах ионизирующего облучения на линии дикого типа Canton-S, Oregon-R и GB-39 показано достоверное увеличение продолжительности жизни (p менеее 0.05) (см. таблицу). Несмотря на то, что факт стимулирующего действия малых доз радиации неоднократно описан в литературе [5], до сих пор остается до конца невыясненным механизм данного явления. Одно из возможных объяснений заключается в том, что хроническое облучение в малых дозах приводит к активации индуцибельных систем репарации. При таком развитии событий возможен переход клетки на более высокий уровень защиты от повреждений, при котором система не только успешно элиминирует прежние повреждения, но и будет более эффективно справляться с новыми. В результате происходит замедление процессов старения. В то же время, нельзя исключить возможность присутствия стохастической причины как эндогенного, так и экзогенного происхождения. Надо отметить, что даже при оптимальных условиях показатели продолжительности жизни варьируют. Показано, что средняя и максимальная продолжительность жизни как самок, так и самцов дрозофилы для одной и той же линии в пределах одной лаборатории варьирует до 30%. При этом было исключено влияние колебания температуры, относительной влажности, качества пищи и других факторов [16]. Подобные флуктуации отмечались также в постоблученных поколениях после однократного воздействия ионизирующей радиацией [6]. Облучение линии ruprica приводит к снижению продолжительности жизни по сравнению с необлученными особями той же линии (р менеее 0,001). Данный эффект обнаружен и у линии mei-41D5 (p менеее 0,05). Уменьшение продолжительности жизни у линии wingless после воздействия показано как для аллели wg[1-7] (p менеее 0,05), так и для аллели wg[7L74] (р менеее 0.001). Данные об изменении продолжительности жизни (уменьшении) после воздействия малых доз ионизирующей радиации у мутантных линий mei-41, ruprica, wg[1-7] и wg[7L74], приведенные в таблице, свидетельствуют о роли нарушенного генотипа в определении уровня смертности, предполагая роль генетической нестабильности в старении целостного организма. Нейробласты личинок линии mei-41 проявляют повышенную частоту хромосомных разрывов и генетической нестабильности. Различные аллели гена mei-41 чувствительны к большинству ДНК-повреждающих агентов, включая рентгеновское облучение, гидроксимочевину и гамма-облучение [14]. Белок MEI-41 принадлежит к большому семейству белков, подобных 3-фосфоинозитол-киназе (таких как ATM, мутация в котором обнаружена при синдроме атаксии телангиэктазии, и каталитическая субъединица ДНК-зависимой протеинкиназы у млекопитающих), основными функциями которых являются распознавание повреждения ДНК, регуляция репарационных процессов и, в некоторой мере, апоптоза. Полученные нами ранее сведения для линии mei-41 [4], а также приведенные в таблице данные могут свидетельствовать об участии процессов индуцированной генетической нестабильности в радиационно-индуцированном старении дрозофилы. Как было выяснено, длительность жизни мух зависит не только от генов, их непосредственно детерминирующих, но также от аллельного состояния других генных локусов и общего генного баланса [3]. Ген wg, мутантный у линии wingless, является гомологом гена wnt млекопитающих и играет у дрозофилы роль в развитии крыла, а также центральной нервной системы. Его делеция приводит к усиленной индукции апоптоза, опосредованной такими регуляторными факторами, как киназы JNK (c-Jun amino-terminal kinases), принадлежащие к семейству митоз-активирующих протеинкиназ (MAPK), которые вовлечены в апоптотический сигналлинг [10, 13]. Экс-прессия гена wg контролируется возраст-зависимыми механизмами, синтез белкового продукта данного гена постепенно снижается при старении организма [12]. По-видимому, члены wnt семейства генов являются межклеточными передатчиками сигнала апоптоза, принимающими участие в процессах старения 15]. Таким образом, показанное уменьшение продолжительности жизни после воздействия малых доз радиации, которые, как известно, способны индуцировать апоптоз, может свидетельствовать о роли программированной гибели клетки в радиоиндуцированном старении. Такой же вывод можно сделать и по результатам облучения особей линии ruprica, несущих мутацию в гене-ингибиторе апоптоза, у которых продолжительность жизни после воздействия тоже снижалась. Таким образом, показано изменение продолжительности жизни самцов D. melanogaster после хронического воздействия малыми дозами ионизирующей радиации. Отмечено уменьшение уровня смерт-ности у линий дикого типа и его увеличение у линий с мутантным генотипом. Данный эффект может быть связан с общим нарушением целостности и стабильности генома, присущим использованным мутантным аллелям, а также индуцированной дерегуляцией апоптоза у линий, характеризующихся повышенной чувствительностью к индукции апоптоза (таких как ruprica, wg[1-7] и wg[7L74]). ЛИТЕРАТУРА 1. Акифьев А.П., Потапенко А.И., Рудаковская Е.Г. Ионизирующие излучения и 5-бром-2'-дезоксиуридин как инструменты анализа фундаментального механизма старения животных // Радиац. биол. Радиоэкол., 1997. Т. 37. Вып. 4. С. 613-620. 2. Гаврилов Л.А., Гаврилова Н.С. Биология продолжительности жизни. Количественные аспекты. М.: Наука, 1986. 169 с. 3. Генотипическая основа низкой жизнеспособности мутантов vestigial Drosophila melanogaster / В.Н. Тоцкий и др. // Генетика, 1998. Т. 34. № 9. С. 1233-1238. 4. Зайнуллин В.Г., Москалев А.А. Влияние хронического облучения в малых дозах и этопозида на продолжительность жизни особей линии mei-41 Drosophila melanogaster // Генетика. 2000. Т. 36. № 4. С. 578-580. 5. Кузин А.М. Возможные механизмы участия природного радиационного фона (ПРФ) в стимуляции деления клеток // Радиац. биол. Радиоэкол., 1994. Т. 34. Вып. 2. С. 398-400. 6. Продолжительность жизни Drosophila melanogaster в ряду поколений после однократного воздействия ионизирующей радиации / Д.М. Измайлов и др. // ДАН СССР, 1990. Т. 313. № 3. С. 718-722. 7. Современные аспекты радиобиологии Drosophila melanogaster. Апоптоз и старение / В.Г. Зайнуллин, А.А. Москалев, М.В. Шапошников, А.И. Таскаев // Радиац. биол. Радиоэкол., 1999. Т. 39. № 1. С. 49-57. 8. Bowles J.T. The evolution of aging: a new approach to an old problem of biology // Medical Hypotheses, 1998. Vol. 51. № 3. P. 179-221. 9. Boyd J.B., Harris P.V. Isolation and characterization of a photorepair-deficient mutant in Drosophila melanogaster // Genetics, 1987. Vol. 116. № 2. P. 233-239. 10. Distortion of proximodistal information causes JNK-dependent apoptosis in Drosophila wing / T. Adachi-Yamada et al. // Nature, 1999. Vol. 400. № 6740. P. 166-169. 11. Hay B.A, Wasserman D.A, Rubin G.M. Drosophila homologs of baculovirus inhibitor of apoptosis proteins function to block cell death // Cell, 1995. Vol. 83. № 7. P.1253-1262. 12. Regulation of gene expression is preserved in aging Drosophila melanogaster / B. Rogina et al. // Curr. Biol., 1998. Vol. 8. № 8. P. 475-478. 13. Richter S, Hartmann B, Reichtert H. The wingless gene is required for embryonic brain development in Drosophila // Dev. Genes Evol., 1998. Vol. 208. № 1. P.37-45. 14. The mei-41 gene of D. melanogaster is a structural and functional homolog of the human ataxia telangiectasia gene / K.L. Hari et al. // Cell, 1995. Vol. 82. № 5. P .815-821. 15. Tomei L.D., Umansky S.R. Aging and apoptosis control // Neurol. Clin., 1998. Vol. 16. № 3. P. 735-745. 16. Unexplained variations in life span of the Oregon-R strain of Drosophila melanogaster over a four-year period / F.A. Lints et al. // Exp. Gerontol., 1989. Vol. 24. № 3. P. 265-271. v
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3868 посещений с 21.09.2001 |