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

Федеральное государственное автономное образовательноеучреждение высшего образования«Казанский (Приволжский) федеральный университет»На правах рукописиИбрагимова Миляуша ЯкубовнаВЗАИМООТНОШЕНИЯ ГЕНОМНОЙ ДНК И ЛИПИДОВ:ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ03.01.04 – биохимияДиссертация на соискание ученой степенидоктора биологических наукНаучный консультант –доктор медицинских наук,профессор А.В. СкальныйМосква – 20172ОГЛАВЛЕНИЕстр.ОГЛАВЛЕНИЕ……….………………………………………………21.

ВВЕДЕНИЕ…….……………………………………………..……6–162. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ……………………………………………...17–1752.1. Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ……………………………..17–652.1.1. Липидомика. Новые подходы к классификации иноменклатуре липидов…….………………………………………..2.1.1.1.17–37Инструментальные методы липидомики: тандемнаямасс-спектрометрия (ТМС), время-пролетная лазерная десорбцияи ионизация с помощью матрикса (MALDI-TOF), электроспрейионизация-масс-спектрометрия(ESI-MS),жидкостнаяхроматография-масс-спектрометрия (LC-MS-MS)…………………23–252.1.1.2. Количественный анализ липидома с использованиемобщих экстрактов клеток и тканей……...……………………………25–262.1.1.3.

Международные центры и проекты по липидомике……….26–272.1.1.4. Медицинские задачи, решаемые методами липидомики…28–372.1.2. Медико-биологическое значение перекисного окислениялипидов…………………..……………………………………………38–412.1.3. Антиоксидантная защита организма………………………42–502.1.4. Взаимосвязь дисбаланса макро- и микроэлементов……...51–592.1.5. Мутагенез и антимутагенез. Основные механизмыдействия антимутагенов…….……………………………………...60–652.2.

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ66–902.2.1. Биомаркеры жирнокислотного состава общих липидовграмположительной Bacillus subtilis и грамотрицательнойPseudomonasaurantiacaбактерийвзависимостиоттемпературы и фазы роста………………………………………....66–6832.2.2.Выделение,идентификацияианализлипидов,прочносвязанных с ДНК…….……………………………………...69–722.2.3. Липидный и жирнокислотный составы фракцийДНК-связанных липидов Pseudomonas aurantiaca по данныммасс-спектрометрии…………………………………………………2.2.4.КомпьютерныевзаимодействияДНКэкспериментысжирнымипо73исследованиюкислотамиметодоммолекулярной динамики…….………………………………………74–752.2.5.

Определение индикаторов перекисного окислениялипидов…….………………………………………………………….76–802.2.5.1. Гидроперекиси липидов в плазме крови…….……………..76–772.2.5.2. Диеновые конъюгаты ненасыщенных высших жирныхкислот в гомогенатах органов крыс……….…………………………77–782.2.5.3. Малоновый диальдегид (ТБК-активные соединения) восадке липопротеидов плазмы крови………………………………..78–792.2.5.4.

Малоновый диальдегид (ТБК-активные соединения) втканях…………………………………………………………………..79–802.2.6. Оценка состояния системы антиоксидантной защитыорганизма……..………………………………………………………81–862.2.6.1. Суммарная антиокислительная активность сывороткикрови…………………………………………………………………...81–822.2.6.2. Активность каталазы в эритроцитах крови……...………….82–832.2.6.3. Пероксидазная активность в эритроцитах крови…………..83–852.2.6.4. Церулоплазмин в сыворотке крови…………………………85–862.2.7.

Содержание макро- и микроэлементов в органах крыс….872.2.8. Генетические эффекты модуляторов липидного обмена..88–902.2.8.1. Оценкамугагенных и антимутагенных эффектовлекарственных препаратов в эритроцитах периферической кровимышей путем регистрации микроядер………………………………88–9042.3.Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХОБСУЖДЕНИЕ....................................................................................91–1752.3.1. Жирнокислотные маркеры общих липидов грамотрицательной и грамположительной бактерий в зависимости оттемпературы и фазы роста…………………………………………Жирнокислотные2.3.1.1.маркерыобщих93–102липидовграмположительной бактерии Bacillus subtilis в зависимости оттемпературы и фазы роста……………………………………………Жирнокислотные2.3.1.2.грамотрицательноймаркерыбактерииобщихPseudomonas93–98липидовaurantiacaвзависимости от температуры и фазы роста……………...………….99–1022.3.2.

Жирнокислотные и липидные профили фракций ДНКсвязанныхлипидовграмотрицательнойбактерииPseudomonas aurantiaca………….…………………………………..103–1152.3.2.1. Жирнокислотные профили фракций ДНК-связанныхлипидов Pseudomonas aurantiaca, выделенных детергентнымметодом.…….………………………………………………………….103–1052.3.2.2. Жирнокислотные профили фракций ДНК-связанныхлипидовPseudomonasaurantiaca,выделенныхфенольнымметодом……………...........................................................................105–1062.3.2.3. Жирнокислотный и фосфолипидный профили фракцийлипидов, прочносвязанных с ДНК грамотрицательной бактерииPseudomonas aurantiaca…………………....………………………….107–1152.3.3.

О регуляции экспрессии генов жирными кислотами:комплексообразование ДНК с жирными кислотами (in silico)...116–1392.3.3.1. Молекулярная динамика и свободная энергия связываниялинолевой кислоты с ДНК в водном растворе………..……………116–1222.3.3.2. Особенности комплексообразования ДНК с олеиновойкислотой по данным молекулярной динамики и спектров ЯМР….122–12652.3.3.3.МолекулярнаядинамикакомплексовДНКсфосфолипидом………………………………………………………...127–1352.3.3.4. К вопросу о взаимосвязи и проблематике исследованийлипид-нуклеиновых взаимодействий икомплексов про-иэукариот………………………………………………………………..2.3.4.Лабильностьциклофосфамида:липидовподиндикаторывлияниемперекисного136–139мутагенаокислениялипидов в крови и органах крыс и система антиоксидантнойзащиты организма……...............................................................140–1462.3.4.1.

Влияние циклофосфамида на индикаторы перекисногоокисления липидов в крови и органах……………………..……….141–1432.3.4.2. Влияние циклофосфамида на систему антиоксидантнойзащитыорганизма:каталазу,пероксидазу,церулоплазмин,суммарную антиокислительную активность крови………………..2.3.5.144–146Влияние лекарственного препарата с мутагеннымэффектом ‒ циклофосфамида ‒ на содержание биоэлементов ворганах крыс………………………………………………………….147–1582.3.6. Мутагенные эффекты модуляторов липидного обмена….159–1632.3.6.1. Мутагенные эффекты биологически активных веществв эритроцитах периферической крови мышей (in vivo)…………….160–1632.3.7.

Антимутагенные эффекты модуляторов липидногообмена………………………………………………………………….164–1752.3.7.1. Антимутагенные эффекты лекарственных препаратовв эритроцитах периферической крови мышей (in vivo)…………….164–1753. ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………176–1813.1. Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ……………………………………176–1813.2. ВЫВОДЫ…………………………………………………...182–1844. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ……………...185–1865.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………..………………………………187–2386. ПРИЛОЖЕНИЕ…….……………………………………………..240–26261. ВВЕДЕНИЕПри создании новых парадигм в современных науках используетсямножество самых различных методологических приёмов, среди которых всебольшее внимание привлекают подходы, изучающие самоформирующиесясложные биологические системы (Chen et al., 2014; Dharuri et al., 2014;Schusteretal.,2014).Приэтомиспользуютсякомплексныеисследовательские программы и междисциплинарные научные методы,позволяющие соединить в единую прогнозируемую сеть закономерности,характерные для, на первый взгляд, не связанных друг с другом элементов.Вбиологии такие исследования в настоящее время считаются наиболееперспективными, особенно в рамках разработки новых направлений ‒липидомикииметаболомики,определяющихбиохимическоепролифелирование живых систем (Beike et al., 2014; Dennis 2009; Grinde et al.,2014; Los et al., 2013; Molloy 2012; Schmitt et al., 2014).

С этих позицийочевидно стремление исследователей изучить информационные каналы,связывающие метаболизмвысокоорганизованных метаболитов (белков,жиров углеводов и др.) с физиологическими параметрами живых системы наразных уровнях организации (Kell, Goodacre, 2014; Metallo, Heiden, 2013;Mironov et al., 2014). Эти подходы положены в основу настоящей работы: мыпопытались оценить особенности жирнокислотного и липидного профилей вструктуре клеток (прокариот) и роль отдельных звеньев метаболизма липидовв реализациитаких свойств, как генетическая изменчивость клетки,биоэлементный баланс и некоторые другие (Дьячков и др., 2011; Жданов идр., 2012; 2014а,б,в,г; 2015; Ибрагимова и др., 2011а,б,в; 2012а,б; 2013).Научный поиск часто начинается с изучения морфологическихпараметров объекта с последующей оценкой их роли в формированиифенотипических параметров в условиях нормы и патологии (Жданов и др.,2014).

Этот алгоритм показал свою эффективность во многих научныхразработках. Таким образом, на первом этапе наших исследований была7произведенаоценкажирнокислотногосоставаобщихлипидовграмположительных и грамотрицательных бактерий в условиях различныхрежимов эксперимента (Жданов и др., 2012; Жданов и др., 2014а,б;Ибрагимова и др., 2012а). При этом был сделан акцент на изучениежирнокислотного и липидного профилей фракций ДНК-связанных липидов сприменениемсовременныххроматография,инструментальныхмасс-спектрометрия,ядерныйметодов(газоваямагнитныйрезонанс,высокоэффективная жидкостная хроматография и др.). Это позволило намразработать методы и подходы, чтобы на их основании провести сериюисследований, определяющих участие липидов в механизме конденсацииДНК в хроматине.

Анализ полученных результатов с применением методовкомпьютерногомоделированияпозволил предложить рядконцепций,расширяющих понимание процессов конденсации хроматина, экспрессиигенов, апоптоза и, что особенно важно, разработать и апробировать методмолекулярной диагностики нестабильности генома (Тарасов и др., 2012).На втором этапе мы нашли подходы к оценке генетического ибиоэлементногогомеостазавусловияхэкспериментальномодифицированного липидного баланса. Очевидно, что при таких подходахдля решения поставленных задач выбор модификаторов имел первостепенноезначение.