Влияние сверхэкспрессии гена D-GADD45 в нервной системе Drosophila melanogaster на продолжительность жизни, возрастзависимые физиологические показатели и стрессоустойчивость

• Автор: Плюснина, Екатерина Николаевна
• Шифр специальности: 14.01.30
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 186 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Старение и продолжительность жизни

1.2. Связь продолжительности жизни с плодовитостью и нервно-мышечной активностью

1.3. Нейрогуморальная регуляция продолжительности жизни и старения

1.3.1. Возрастные изменения нервной системы

1.3.2. Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система

1.3.3. Гормон роста и инсулиновый сигналинг

1.3.4. Мелатонин
1.3.5. Половые гормоны. Ювенильный гормон и экдизон
1.4. Молекулярно-клеточные механизмы регуляции продолжительности жизни и старения
1.4.1. Образование и предотвращение повреждений макромолекул
1.4.2. Регуляция клеточного цикла
1.4.3. Репарация ДНК
1.4.4. Апоптоз
1.4.5. Репарация белков
1.4.6. Протеолиз и автофагия
1.4.7. Ответ на стресс эндоплазматической сети
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
2.1. Линии Drosophila melanogaster
2.2. Активация сверхэкспрессии гена D-GADD45
2.3. Условия содержания Drosophila melanogaster
2.4. Обработка мифепристоном
2.5. Количественный анализ ПЦР «в реальном времени»
2.6. Анализ продолжительности жизни
2.7. Оценка фекундности самок
2.8. Оценка фертильности самцов

2.9. Исследование показателей нервно-мышечной активности
2.10. Выявление уровня повреждений ДНК и частоты апоптоза
2.11. Оценка стрессоустойчивости
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Изменение уровня экспрессии гена D-GADD45 в нервной системе у особей Drosophila melanogaster с возрастом
3.2. Сверхэкспрессия гена D-GADD45 в нервной системе Drosophila melanogaster
3.3. Влияние сверхэкспрессии гена D-GADD45 в нервной системе на продолжительность жизни особей Drosophila melanogaster
3.4. Влияние сверхэкспрессии гена D-GADD45 в нервной системе на фекундность самок Drosophila melanogaster
3.5. Влияние сверхэкспрессии гена D-GADD45 в нервной системе на фертильность самцов Drosophila melanogaster
3.6. Влияние сверхэкспрессии гена D-GADD45 в нервной системе на нервно-мышечную активность особей Drosophila melanogaster
3.7. Влияние сверхэкспрессии гена D-GADD45 в нервной системе на уровень повреждений ДНК и частоту апоптоза особей Drosophila melanogaster
3.8. Влияние сверхэкспрессии генаD-GADD45 в нервной системе на устойчивость особей Drosophila melanogaster к действию стресс-
факторов (оксидативному стрессу, гипертермии, голоданию)
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования
Старение представляет собой закономерный разрушительный процесс, при котором происходит снижение адаптационных возможностей организма и увеличение вероятности его смерти [БЭС, 1995]. Скорость старения определяется способностью организма эффективно отвечать на воздействие внешнесредовых и физиологических факторов, которая обусловлена механизмами' обеспечения стрессоустойчивости. Долгоживущие особи разных видов имеют повышенную устойчивость к действию стресс-факторов [Sohal R.S. et al., 1990; Landis G.N. et al., 2003; Hyun M. et al., 2008; Amrit F.R. et al., 2010]. В то же время короткоживущие мутанты различных модельных организмов, напротив, гиперчувствительны к стрессовым воздействиям [Москалев А.А. и др., 2007; Morrow G. et al., 2004; Vermeulen CJ; et al., 2005; Moskalev A. et al., 2009; Zhao B. et al., 2009].
Важнейшим механизмом, определяющим стрессоустойчивость клетки и организма в целом, является распознавание повреждений' и репарация' ДНК. Известно, что мутации генов репарации ДНК значительно снижают продолжительность жизни и стрессоустойчивость у животных [Москалев A.Ä. и др., 2007; de Boer J. et al., 2002; Zhao В. et al., 2009]. У человека наследственные синдромы, ассоциированные с преждевременным старением, (синдром Вернера, синдром Ротмунда-Томпсона, синдром Блума, синдром Хатчинсона-Джилфорда, пигментная ксеродерма, трихотиодистрофия, атаксия-телеангиэктазия, синдром Коккейна, анемия Фанкони) обусловлены мутациями в генах, кодирующих ферменты репарации ДНК [Mallery D.L. et al., 1998; Lehmann A.R., 2003; Opresko P.L. et al., 2003; von Kobbe C. et al., 2004; Cleaver J.E., 2005; Navarro C.L. et al., 2006; Scaffidi P., Misteli Т., 2006]. Также показано, что с возрастом происходит снижение эффективности работы систем распознавания повреждений и репарации ДНК. С одной стороны, это связано со снижением экспрессии генов ключевых ферментов, ответственных за устранение повреждений ДНК [Soerensen М. et al., 2009; Zhang L. et al., 2010]. С другой стороны, при старении сами репарационные системы могут подвергаться ошибкам, приводя к увеличению вероятности возникновения мугаций
значение для регуляции продолжительности жизни и старения. Мелатонин является мощным акцептором свободных радикалов, более активным, чем, например, глутатион и токоферол [Анисимов В.Н., 2008]. Его антиоксидантное действие проявляется в защите ядерной ДНК, белков и липидов от оксидативного повреждения свободными радикалами [Karasek М., 2007]. Мелатонин повышает экспрессию супероксиддисмутазы, глутатион пероксидазы, глутатион редуктазы, защищает нейроны от апоптоза, опосредованного активными формами кислорода и накоплением кальция [Анисимов В'.Н. и др., 1997; Анисимов В.Н., 2008; Pappolla М.A. et al., 1997; Karasek М., 2004, 2007]. Данный гормон регулирует экспрессию генов митохондрий, мембранного транспорта, клеточного цикла, оказывает влияние на такие процессы, как пролиферация клеток, формирование тканей, апоптоз, антиоксидантная защита [Anisimov V.N. et al., 2000; Reiter R.J. et al., 2002]. С другой стороны, мелатонин может стимулировать экспрессию генов; связанных с развитием раковых опухолей [Anisimov V.N. et al., 2000].
Световая информация, воспринимаемая глазами, передается в. эпифиз через гипоталамус. В темное время1 суток в результате данной передачи сигнала происходит синтез и высвобождение мелатонина. В дневные часы в эпифизе накапливается его предшественник серотонин. Синтез мелатонина осуществляется с суточной ритмичностью, а нарушение его выработки и активности может к нарушению циркадных ритмов в организме - цикла сон-бодрствование, изменение нервно-мышечной активности и температуры тела. Он участвует в адаптации биоритмов живых организмов к меняющимся условиям окружающей среды и регуляции сезонных ритмических процессов [Анисимов В.Н. и др., 1997; Анисимов В.Н., Соловьев М.В., 1999; Анисимов В.Н., 2007, 2008; Karasek М., 2004, 2007]. Кроме того, эпифиз оказывает регулирующее воздействие на гипоталамус, изменяет его чувствительность к действию других гормонов [Дильман В.М., 1986].
Мелатонин обладает геропротекгорными свойствами, являясь позитивным регулятором продолжительности жизни [Анисимов В.Н., 2008]. В ряде
экспериментов показано, что мелатонин замедляет старение и увеличивает длительность жизни модельных животных [Москалев A.A. и др., 2008; Pierpaoli W., Regelson W., 1994; Oakninbendahan S. et al., 1995; Coto-Montes A., Hardeland R