Автореферат (Взаимоотношения геномной ДНК и липидов - влияние факторов окружающей среды)

На правах рукописиИбрагимова Миляуша ЯкубовнаВЗАИМООТНОШЕНИЯ ГЕНОМНОЙ ДНК И ЛИПИДОВ:ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ03.01.04 – биохимияАвторефератдиссертации на соискание ученой степенидоктора биологических наукМосква – 20172Работа выполнена в Институте фундаментальной медицины и биологии ФГАОУ ВО«Казанский (Приволжский) федеральный университет».Научный консультант:доктор медицинских наук, профессорСкальный Анатолий ВикторовичОфициальные оппоненты:доктор биологических наук,заведующая отделом нанолекарствФГБНУ «Научно-исследовательский институтбиомедицинской химии имени В.Н.

Ореховича»Ипатова Ольга Михайловнадоктор биологических наук, профессор,заведующая лабораторией нейролипидологииФедеральное государственное бюджетное учреждениенауки Институт биохимической физики имениН.М. Эмануэля РАНАлесенко Алиса Владимировнадоктор медицинских наук, профессор,заведующий кафедрой биохимииФГБОУ ВО «Оренбургский государственныймедицинский университет» Министерстваздравоохранения Российской ФедерацииНиконоров Александр АлександровичФГБОУ ВО «Казанская государственная академияветеринарной медицины имени Н.Э.

Баумана»Ведущая организация:Защита диссертации состоится «»2017 г. в _____ час на заседаниидиссертационного совета Д 220.042.04 на базе ФГБОУ ВО «Московская государственнаяакадемия ветеринарной медицины и биотехнологии - МВА имени К.И. Скрябина» поадресу: 109472, г. Москва, ул. Академика Скрябина, д. 23.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО МГАВМиБ – МВАим. К.И. Скрябина по адресу: 109472, г.

Москва, ул. Академика Скрябина, д. 23 и наофициальном сайте академии по адресу: http://www.mgavm.ru.Автореферат разослан «Ученый секретарьдиссертационного совета»2017 г.канд. вет. наук Фомина Вера Даниловна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность исследования. В ряду биологически важных молекул липидызанимают особое место (Albi et al., 2013; Khandelia et al., 2014; Lazzarini et al., 2015).Это уникальный класс биомолекул с двойственной природой: в органических средахлипиды представляют собой низкомолекулярные соединения, а в водных растворах ‒биомакромолекулы, образующие организованные липидные поверхности.

Липидыслужат «каркасом» для всех клеточных мембран, выполняя барьерную функцию. Ониважны для энергетики клетки при запасании энергии в форме триглицеридов. Многиелипиды или их производные являются важнейшими участниками переносарегуляторных сигналов (Шмырина, 2005; Hannun, Obeid, 2008; Jimenez-Rojo et al.,2014; Zhang et al., 2014). Данные сигналы могут быть самыми разнообразными ˗ отпрограммируемой гибели клеток (апоптоза) (Шмырина, 2005; Kagan et al., 2004) доактивации клеточного деления и связывания с субстратом (Forrester et al., 2004).

Впоследнее время липиды признаются исключительно важными молекулами,участвующими в процессе при передаче сигнала и эндомембранном транспорте,например при передаче сигнала сфинголипидами (церамидами) (Шмырина, 2005;Hannun, Obeid, 2008; Kamath-Loeb et al., 2014) или в сфингомиелиновых рафтах(Rajendran, Simons, 2005). Известны примеры регуляции активности генов жирнымикислотами, а полиненасыщенные жирные кислоты, как установлено, являютсяингибиторами пролиферации клеток (Kamath-Loeb et al., 2014). Предполагается, чтонарушения в процессах метаболизма липидов могут лежать в основе таких «болезнейвека», как онкологические, сердечно-сосудистые заболевания (Christofaro et al., 2014;Jones et al., 2014; Lepore et al., 2014), атеросклероз, болезнь Альцгеймера и другиенейро-дегенеративные заболевания (Nguyen et al., 2014; Rocha et al., 2014).Задачами липидомики являются определение всех находящихся в данныймомент в клетке липидов, изучение их биологической роли в комплексе с белками,вовлеченными в метаболизм, а также исследование их функций, включая оценкупероксилипидома и его индикаторов (Шмырина, 2005; Flasinski, Hac-Wydro, 2014), ироли в метаболических путях и регуляции генов.

Одним из первых был опубликованполный липидом дрозофилы (Carvalho et al., 2012). Однако в современных проектахлипидомики (Lipid Maps; Eurolipidomics) мало изученной все еще остается большаягруппа липидов ядра (Albi, Magni, 2004; Alеsenko, Burlakova, 2002), специфическивзаимодействующих с ДНК, ‒ ДНК-связанные липиды (Стручков, Стражевская, 1993;Zhdanov, Hianik, 2002; Zhdanov et al., 2006). В связи с этим большой интерес4представляет проведение исследований по изучению любых взаимодействийгеномной ДНК с липидами с помощью разных методов, как, например, различныхтипов взаимодействий и их специфичности (Schild et al., 2012), поскольку это можетоблегчить разработку новых методов диагностики заболеваний или создание новыхтипов лекарственных средств (Богданенко, Ибрагимова, 2009; Московцев и др., 2012).В настоящей работе мы представили результаты по исследованию комплексовмежду липидами и ДНК в зависимости от влияния факторов внешнего воздействия:оценили мутагенез и антимутагенез посредством модуляторов липидного обмена –лигандовадренорецепторов,определилиуровеньиндикаторовперекисногоокисления липидов в крови и органах, активности антиокислительной системы иферментов в крови, а также содержание биоэлементов в органах животных придействии мутагенов; исследовали жирнокислотный и липидный профили ДНКсвязанных липидов прокариот и специфичность взаимодействия с ДНК компонентовлипидома (жирные кислоты и фосфолипид).Цель настоящей работы – исследование структуры и свойств комплексовмежду липидами и ДНК; влияние на них факторов внешнего воздействия среды(температура, фазы роста, лекарственные препараты) для изучения взаимосвязинестабильности геномной ДНК и модуляторов липидного обмена.Обозначенная цель обусловила постановку конкретных задач:1.

дать сравнительную характеристику жирнокислотных маркеров общих липидовграмположительнойиграмотрицательнойбактерийвзависимостиоттемпературы и фазы роста;2. определить жирнокислотный и липидный профили ДНК-связанных липидовграмотрицательной бактерии Pseudomonas aurantiaca;3. провести компьютерные эксперименты по установлению природы связей ДНК сжирными кислотами и ДНК с одним из базовых фосфолипидов;4. определитьвлияниелекарственногопрепаратасмутагеннымэффектомциклофосфамида на индикаторы перекисного окисления липидов и содержаниеряда макро- и микроэлементов в гомогенатах органов крыс;5.

оценить мутагенный и антимутагенный эффекты модуляторов липидного обмена ‒лигандов адренорецепторов ‒ в эритроцитах периферической крови мышей.5Положения, выносимые на защиту.1. Предложены критерии выявления жирнокислотных маркеров общих липидовграмположительнойбактерииBacillussubtilisштаммOSU-142играмотрицательной бактерии Pseudomonas aurantiaca («Нахимовская 1948»)штамм B-1558 в зависимости от фазы роста и температуры как факторов внешнейсреды.2. Определены жирнокислотные профили двух фракций ДНК-связанных липидовграмотрицательной бактерии Pseudomonas aurantiaca («Нахимовская 1948»)штамм B-1558.3. Оптимизированы структурные характеристики комплексов жирной кислоты(линолевая кислота) и фосфатидилэтаноламина (два остатка линолевой кислоты) сДНК по результатам компьютерных расчетов.4.

Лекарственное средство с мутагенным действием – циклофосфамид, являясьфактором внешнего воздействия, вызывает как нестабильность геномной ДНК иперекисноеокислениелипидов,такиуменьшаетсодержаниесемимикроэлементов (железо, медь, цинк, марганец, кобальт, молибден, селен) ворганах крыс.5. Модуляторы липидного обмена, факторы внешнего воздействия ‒ лигандыадренорецепторов (стимуляторы и блокаторы α- и β-адренорецепторов) ‒ослабляют негативные генетические эффекты циклофосфамида (как факторавнешней среды) в эритроцитах периферической крови мышей.Научная новизна результатов исследования.Впервые определены жирнокислотные маркеры и липиды, а также кислоты,входящие в состав липидов, взаимодействующих с компонентами надмолекулярногокомплекса ДНК бактерий,независимойобработкойкомплексаPseudomonasaurantiaca ферментами, гидролизующими либо ДНК или РНК, либо белки.Впервые с помощью компьютерных экспериментов методом молекулярнойдинамики определены структурные параметры: длины связей между атомами ДНК ижирной кислоты и основные конформации комплексов компонентов генома (ДНК) илипидома (олеиновой, линолевой кислот и фосфатидилэтаноламина).

Обнаруженкомплексфосфатидилэтаноламинаособенностями молекулы липида.сДНК,обусловленныйструктурными6Впервыеисследованыбиоэлементы(30макро-имикроэлементов)эукариотического организма в связи с мутагенной активностью алкилирующего,цитостатического препарата циклофосфамида как фактора влияния внешней среды,показано достоверное снижение содержания семи микроэлементов в результате еговведения.Теоретическая и практическая значимость.Предложено понятие «надмолекулярный комплекс ДНК-липид», основанное наспособности фосфатидилэтаноламина взаимодействовать с молекулой ДНК. Такойкомплекс может лежать в основе важнейших биологических механизмов (таких, каксуперспирализация ДНК, конденсация хроматина и др.) и их адаптации под влияниевнешней среды.Данные, полученные на основе компьютерных экспериментов по молекулярнойдинамикекомплексовДНКсжирнымикислотами,показавшихбольшуюстабильность комплексов ДНК с линолевой кислотой, предлагается использовать дляразработки элементов «комплексов-носителей» в транспорте генов с помощьюлипидных систем в целях генотерапии.

При этом более эффективно можноиспользовать не производную олеиновой кислоты – диолеилфосфатидилэтаноламин(ДОФЭ, DOPE), а соответствующее производное линолевой кислоты.Полученные результаты свидетельствуют об изменениях пероксилипидного ибиоэлементного состава в органах животных при нестабильности геномной ДНК врезультате действия мутагена как фактора внешней среды.На примере циклофосфамида впервые показано, что при использовании втерапии лекарственных препаратов-канцеростатиков, являющихся алкилирующимисоединениями, происходит уменьшение содержания семи биоэлементов в органахпослеоднократноговведениявдозе40мг/кг.Прилечениибольныхциклофосфамидом и для лучшей реабилитации онкологических больных можетприменяться поддерживающая терапия препаратами данных химических элементов –железо, цинк, медь, марганец, молибден, кобальт, селен.При выборе лекарственных средств для лечения социально значимыхзаболеваний предпочтительнее отбирать те препараты, которые обладают, помимопрочего, антимутагенным эффектом.Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры биохимии ибиотехнологии ИФМиБ КФУ.7Апробация результатов исследования.Основные результаты работы докладывались на конференциях, российских имеждународных симпозиумах: the 13th Symposium «Biomedical Science & Technology»(Стамбул, Турция, 2007); International Symposium on Gene Therapy (Стамбул, Турция,2007); Международном симпозиуме Фонда им.