Влияние ионов Ca2+ на фосфолипидный состав, состояние и морфологические характеристики эритроцитов

• Автор: Сюсин, Илья Владимирович
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 122 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Химический состав и биофизические свойства биологических мембран эритроцитов

1.2 Ионный состав эритроцитов и механизм регуляции ионного состава

1.3 Участие ионов Са2+ в регуляции биофизических свойств и состава мембран эритроцитов
1.3.1. Локализация ионов Са2+ в клетке и их участие в процессах функционирования клетки (в норме и при патологии)
1.3.2 Участие фосфоинозитидов и продуктов их метаболизма в регуляции свободного и связного кальция в крови (эритроцитах)

1.4 Механизмы защиты клеток при действии повышенной концентрации кальция

Глава 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИСЛЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объект исследования и постановка опыта

2.2 Методы исследования
2.2.1 Экстрагирование фосфолипидов из мембран эритроцитов голубя
2.2.2 Экстрагирование полифосфоинозитидов из мембран эритроцитов голубя
2.2.3 Тонкослойная хроматография фосфолипидов и полифосфоинозитидов и их идентификация
2.2.4 Количественное определение ФЛ и ФИ
2.2.5 Исследование морфометрических характеристик эритроцитов голубя с помощью лазерноого интерференционного микроскопа (ЛИМ)
2.2.6 Изучение состояния мембран эритроцитов голубя методом спектроскопии комбинационного рассеяния

2.2.7 Изучение повреждений ДНК эритроцитов голубя при помощи
метода «ДНК-комет»
2.2.8 Определение внутриклеточной концентрации кальция с помощью красителя Fura Red
2.3 Математическая и статистическая обработка результатов
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
3.1 Исследование изменений внутриклеточной концентрации Са2+ в эритроцитах
3.2 Исследование фосфолипидного и фосфоинозитидного состава
мембран эритроцитов при действии повышенной концентрации ионов Са2+
3.2.1 Исследование фосфолипидного состава мембран эритроцитов
3.2.2 Исследование содержания фосфоинозитидов и их метаболитов в мембране эритроцитов при действии повышенной концентрации
ионов Са2+
3.2.3 Исследование свойств фосфолипидов с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния
3.3 Исследование морфологических характеристик эритроцитов и свойств гемоглобина при действии повышенной концентрации ионов Са2+
3.3.1 Исследование морфологических характеристик эритроцитов с 'помощью лазерной интерференционной микроскопии
3.3.2 Исследование свойств и распределения гемоглобина в эритроцитах голубя при действии высокой концентрации ионов Са2+
3.4 Повреждение клеточного ядра эритроцитов голубя при действии повышенной концентрации ионов Са2+
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Ионы Са2+ являются универсальными физиологическими агентами, влияющими на многочисленные свойства эритроцитов. Действие Са2+ проявляется на уровне целой клетки (Bruce J.I., Elliott А.С. Oxidant-impaired intracellular Са2+ signaling in pancreatic acinar cells: role of the plasma membrane Ca2+-ATPase // Am J Physiol Cell Physiol. 2007. Vol. 293. Iss.
3. P. 938-950; Zaidi A. Plasma membrane Ca2+-ATPases: Targets of oxidative stress in brain aging and neurodegeneration // World J Biol Chem. 2010. Vol. 1. Iss. 9. P. 271-280; Bogdanova A., Makhro A., Wangetal J. Calcium in Red Blood Cells - A Perilous Balance // Int. J. Mol. Sci. 2013. Vol. 14. P. 9848-9872; Angka L., Lee E.A., Rota S.G. [et al.] Glucopsychosine increases cytosolic calcium to induce cal-pain-mediated apoptosis of acute myeloid leukemia cells // Cancer Letters. 2014. Vol. 348. P. 29-37), влияют на состояние липидного бислоя клеточной мембраны (Woon L.A., Holland J.W., Kable Е.Р. [et al.] Ca2+ sensitivity of phospholipid scrambling in human red cell ghosts // Cell Calcium. 1999. 25. P. 313-320), на уровне мембраносвязных и отдельных ферментных систем (Carafoli Е., San-tella L., Branca D., [et al.] Generation, control, and processing of cellular calcium signals // Biochem. Mol. Biol. 2001. Vol. 36. P. 107- 260; Carafoli E. Calcium signaling: a tale for all seasons // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002. Vol. 99. P. Ill 5— 1122; Garcia C.S.N.B., Prota L.F.M., Morales M.M. [et al.] Understanding the mechanisms of lung mechanical stress//Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 2006. Vol. 39. P. 697-706). Имеются отдельные сведения о влиянии ионов Са2+ на структуру эритроцита и гемоглобина (Folk P., Strunecka A. Calcium affect phosphoinositide turnover in human erythrocytes // Gen. Physiol. Bio-phys. 1990. Vol. 9. P. 281-290). Увеличение внутриклеточного содержания кальция может привести к угнетению активности флипазы и случайному перераспределению фосфолипидов мембран (Костин Д.Г., Козлова Н.М., Слобо-

достигает больших значений (Hajnoczky G., Robb-Gaspers L.D., Seitz М.В. [et ai.] Decoding of cytosolic calcium oscillations in the mitochondria // Cell. 1995. Vol. 82. P. 415-424). Дальнейшее поглощение кальция митохондриями активирует матричные Са2+-чувствительные дегидрогеназы, которые являются основными источниками НАДФ для дыхательной цепи, следовательно и для митохондриального производства АТФ (Cardenas С., Miller R.A., Smith I. [et al.] Essential regulation of cell bioenergetics by constitutive InsP3 receptor Ca2+ transfer to mitochondria // Cell. 2010. Vol. 142. P. 270-283).
При апоптотической гибели клетки по митохондриальному пути увеличивается проницаемость внешней митохондриальной мембраны, в следствии чего наружу выходят мембранные белки, которые участвуют в реализации апоптотического сигнала. Кальций может реализовывать механизм проницаемости внешней митохондриальной мембраны с помощью образования пор, которые состоят из белкового комплекса. Данные поры локализованы в местах контакта между наружной и внутренней митохондриальной мембраны и ведут себя как каналы, управляемые напряжением. Открытие таких пор стимулируется высоким уровнем ионов Са2+ в митохондриях, а также окислительным стрессом. Через открытые поры кальций и митохондриальные белки поступают наружу митохондрий, а вода и растворы из цитозоля проникают в митохондрии, в результате чего митохондрии набухают и разрываются (Zhivotovsky В., Orreniusa S. Calcium and cell death mechanisms: A perspective from the cell death community// Cell Calcium. 2011. Vol. 50. P. 211-221).
Кальций вносит свой вклад и в другие пути клеточной гибели. Так например, увеличение проницаемости митохондриальной мембраны под действием перегрузки кальцием может привести как и к реализации апоптотической программы, так и к реализации некроза. Зачастую в клеточных популяциях реализуются несколько программ гибели клеток.
Кальций также вносит свой вклад в реализацию гибели клеток по ауто-фагическому пути. Аутофагия, как и апоптоз, может быть вызвана стрессом эндоплазматического ретикулума, что предполагает связь между кальцием и