Роль механизмов репарации ДНК в радиационном адаптивном ответе Drosophila melanogaster

• Автор: Шилова, Любовь Алексеевна
• Шифр специальности: 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Сыктывкар
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Взаимосвязи факторов среды с продолжительностью жизни и старением

1.2. Влияние экологических факторов на продолжительность жизни

1.2.1. Окислительный стресс

1.2.1.1. Окислительное повреждение липидов

1.2.1.2. Окислительное повреждение белков

1.2.1.3. Окислительное повреждение нуклеиновых кислот

1.2.2. Ионизирующее излучение

1.2.2.1. Ответ клетки на повреждения, вызываемые ионизирующим излучением

1.2.2.2. Эффекты малых доз ионизирующего излучения
1.2.3. Гипертермия
1.2.4. Ограничение диеты
1.3. Репарация ДНК и её роль в обеспечении стрессоустойчивости
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1. Линии Drosophila melanogaster
2.2. Условия содержания Drosophila melanogaster
2.3. Активация кондиционной повсеместной сверхэкспрессии генов репарации ДНК
2.4. Оценка стрессоустойчивости
2.5. Оценка выживаемости при действии облучения
2.6. Оценка возраст-зависимой динамики экспрессии изучаемых генов
2.7. Статистический анализ результатов
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Радиоадаптивный ответ и эффект радиационного гормезиса по показателям продолжительности жизни у линии дикого типа Canton-S и линий с мутациями в генах репарации ДНК в ответ на у-излучение
3.2. Возраст-зависимое изменение уровня экспрессии генов репарации ДНК у линии дикого типа Canton-S после хронического воздействия у-излучения

3.3. Оценка выживаемости при остром облучении у линий со сверхэкспрессией генов репарации ДНК
3.4. Влияние кондиционной повсеместной сверхэкспрессии генов репарации ДНК на устойчивость особей Drosophila melanogaster к действию стресс-факторов
различной природы (прооксиданту параквату, гипертермии, голоданию)..
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. Основной задачей факториальной экологии является изучение механизмов ответа биологических систем на стрессовые воздействия окружающей среды, которые отражают возможности данных систем использовать эволюционно возникшие адаптивные морфогенетические программы (Васильев, 1988, 2005). Основной целью естественного отбора является
обеспечение воспроизводства вида, в связи с чем, генетические программы ограничивают жизнь репродуктивным периодом (Skulachev, 2001). Однако существуют разногласия относительно существования специальных генетических программ (Мыльников, 1997).
Эндогенные и экзогенные факторы приводят к большому количеству повреждений, при этом повреждения молекул ДНК наиболее опасны вследствие угрозы нарушения генетической информации. Например, облучение или поступление ионов тяжелых металлов в организм животных приводит к дозозависимому увеличению количества ДНК-белковых сшивок в клетках головного мозга (Осипов, Сыпин, 1999). Накопление большого количества не восстановленных повреждений ДНК, особенно в участках, которые кодируют жизненно-важные белки, снижает приспособленность особи. Репарация ДНК является одним из ключевых механизмов ответа на повреждения ДНК. На данный момент имеется небольшое количество данных о роли генов репарации ДНК в обеспечении стрессоустойчивости целого организма.
Известно, что с возрастом происходит снижение эффективности репарации
ДНК. С возрастом в клетках различных тканей наблюдается снижение активности
ферментов эксцизионной репарации оснований - ДНК-гликозилаз (например
оксогуанин ДНК-гликозилазы-1), АП-эндонуклеазы-1, полимеразы (3 и у (Atamna et
al., 2000; Does oxidative damage..., 2001; Intano et al., 2003; Age-related loss..., 2006).
С возрастом происходит снижение уровня белков эксцизионной репарации
нуклеотидов - ERCC3, PCNA, RPA, ХРА и р53 (Mechanisms and implications...,
2000), и скорости удаления димеров циклобутанового пиримидина (Guo et al., 1998;
Boyle et al., 2005). Также снижается способность клеток восстанавливать
повреждения ДНК по типу негомологичного воссоединения концов (Vyjayanti, Rao,
2006). Возможной причиной этого является снижение активности белков Ки70 и

В ответ на ИИ в клетке запускается стресс-активируемая протеинкиназа (Stress-Activated Protein Kinase) или сигнальный путь c-Jun-N-концевой киназы (SAPK/JNK). Данный комплекс активируют белки МЕКК1, которые получают сигнал о повреждении от рецепторов церамида или CD95 (Ip, Davis, 1998; Requirement for ceramide..., 1996). В свою очередь, комплекс SAPK/JNK активирует эффекторные каспазы, транскрипционный фактор р53, белки Bcl-2, Вах, c-Jun и Rb (Bossy-Wetzel et al., 1997; Bcl-2 undergoes..., 1997; Ж targets p53..., 1998; Functional interaction..., 1999). Активация проапоптотического комплекса SAPK/JNK снижает проводимость получаемых мембраной сигналов, в том числе от рецепторов церамида, Daxx и CD95 (Ceramide activates the..., 1995; Requirement for ceramide..., 1996; Daxx, a novel..., 1997). Далее различные стимулы от проапоптотических белков ВАХ, АФК и прокаспазы-8 приводят к высвобождению ряда проапоптозных факторов из митохондрий (цитохрома С, Apaf-1. casp-9). Эти факторы влияют на активность цистеинзависимых аспартат-специфичных протеаз семейства каспаз, которые перемещаются в ядро, где осуществляют основную работу в процессе саморазборки клетки (Zhang et al., 2003).
Таким образом, поступивший сигнал о повреждении ДНК может распознаваться и передаваться в клетке множеством различных путей, которые, в конечном счете, влияют на стрессоустойчивость и ПЖ организмов.
1.2.2.2. Эффекты малых доз ионизирующего излучения
Исследование механизмов формирования радиобиологических эффектов в диапазоне малых доз имеет два аспекта: физический и биологический (Современные аспекты..., 2001). С физической точки зрения, малые дозы соответствуют наименьшему воздействию на биологическую структуру, когда происходит только одно событие пролета ионизирующей частицы через заданный биологический объем (Спитковский, 1992). Принципиальная роль в биологических эффектах ИИ принадлежит повреждению генетических структур клетки (гены, хромосомы) (Москалев, Шапошников, 2009). В настоящее время наибольшее внимание уделяют биологическим эффектам, которые вызывают малые дозы ионизирующей радиации. К ним относят дозы с низкой величиной линейной