90892 (679545)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗІОЛОГІЇ ІМ. О.О. БОГОМОЛЬЦЯ

НЕСІН ВАСИЛЬ ВАСИЛЬОВИЧ

УДК 577.352:612.73

ВЛАСТИВОСТІ КАЛЬЦІЙАКТИВОВАНИХ ТА

АТФ – ІНДУКОВАНИХ КАЛІЄВИХ СТРУМІВ МЕМБРАНИ МІОЦИТІВ ТAENIA CAECI МОРСЬКОЇ СВИНКИ

03.00.02 - біофізика

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

КИЇВ – 2008

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у відділі нервово-м’язової фізіології Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України

Науковий керівник: академік НАН України, доктор медичних наук професор Шуба Михайло Федорович зав. відділом нервово-м’язової фізіології Інституту фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України

Офіційні опоненти: доктор медичних наук, професор Соловйов Анатолій Іванович головний науковий співробітник Інституту фармакології та токсикології АМН України;

доктор біологічних наук, професор Мірошниченко Микола Степанович зав. кафедри біофізики, біологічного факультету Київського національного університету ім. Тараса Шевченка

Захист відбудеться “5” лютого 2008 р. о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д-26.198.01 при Інституті фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України за адресою: 01024, м. Київ, вул. Богомольця, 4.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України за адресою: 01024, м. Київ, вул. Богомольця, 4.

Автореферат розісланий “5” січня 2008 р.

Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради, доктор біологічних наук З.О. Сорокіна-Маріна

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Основні функції кишечнику тісно пов’язані з його моторикою (сегментарне скорочення та перистальтичні хвилі), і забезпечується узгодженою роботою гладеньких м’язів поздовжнього та кільцевого шару стінки кишки. Моторна функція кишечнику надзвичайно важлива для процесів травлення та всмоктування поживних речовин. Вона забезпечує підвищення внутрішньокишкового тиску, що сприяє фільтрації розчинів з порожнини кишечнику до крові і лімфи та переміщення залишків хімуса за рахунок перистальтики по кишечнику. При багатьох патологічних процесах в травній системі відбувається порушення транзиту вмісту кишечнику. Ці порушення виступають головними причинами виникнення таких ускладнень, як післяопераційні парези, метеоризм, абдомінальний біль та запори. Тому гладенькі м’язи кишечнику є одним із важливих об’єктів дослідження фундаментальної та прикладної науки.

Питання, що стосуються механізмів регуляції тонусу, скорочення та розслаблення гладеньких м’язів з боку вегетативної нервової системи, були і залишаються центральними для фізіології, біофізики та фармакології м’язів. Одним з медіаторів гальмування інтестинальних гладеньких м’язів є аденозин-5’-трифосфат (АТФ), який викликає гіперполяризацію мембрани гладеньком’язових клітин (ГМК), пригнічення спонтанної активності і, як наслідок, розслаблення м’язів (Burnstock et al. 1963). Вперше пуринергічне гальмування вдалося заблокувати апаміном (токсин з отрути бджоли) у відділі Шуби М.Ф. (Владимирова, Шуба 1978). Пізніше в лабораторії Барнстока було показано, що апамін блокує калієву провідність мембрани (Banks et al. 1978). Вважається, що пуринергічне гальмування опосередковане активацією метаботропних пуринорецепторів (P2Y) і центральною ланкою цього гальмування є підвищення рівня внутрішньоклітинного кальцію за рахунок вивільнення його з внутрішньоклітинного інозитолтрифосфатного (IP₃) кальцієвого депо та наступною активацією кальційзалежних калієвих каналів малої провідності (SK) (Sanders et al. 1996).

Питання про типи кальційзалежних калієвих каналів (К_Са) в мембрані цих клітин та можливої їх участі у пуринергічному гальмуванні залишається відкритим. Тому значний науковий інтерес викликає виділення компонентів кальційзалежного калієвого струму (І_К(Ca)) із сумарного трансмембранного іонного струму, дослідження їх фармако–біофізичних характеристик, а також визначення їх внеску у процеси пуринергічного гальмування гладеньких м’язів шлунково–кишкового тракту (ШКТ).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках наукових програм відділу нервово-м’язової фізіології Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України: “Механізми метаболічної регуляції іонних каналів та скорочення гладеньком’язових клітин”(№ держ. реєстрації 0198U001935), “Мембранні та внутрішньоклітинні механізми регуляції скорочення і активності іонних каналів гладеньком’язових клітин нейромедіаторами”(№ держ. реєстрації 0101U002636) та “Мембранні та метаболічні механізми збуджувальної та гальмівної дії нейромедіаторів на гладенькі м’язи”(№ держ. реєстрації 0105U003235).

Мета та завдання дослідження. Метою даної роботи було виділення компонентів сумарного кальційзалежного калієвого струму і визначення їх внеску в пуринергічне гальмування кишечнику. Для досягнення цієї мети були поставлені наступні завдання:

1. Розробити методику виділення функціонально повноцінних ізольованих гладеньком’язових клітин taenia caeci морської свинки із застосуванням антиоксидантних речовин.

2. Дослідити властивості кальційзалежного калієвого струму мембрани гладеньком’язових клітин taenia caeci морської свинки, розділивши його на компоненти за допомогою паксиліну, ТЕА та d-тубокурарину,

3. Дослідити дію блокаторів кальційзалежних калієвих каналів (d-тубокурарину, паксиліну та ТЕА) на спонтанні вихідні струми.

4. Визначити компоненти кальційзалежного калієвого струму мембрани міоцитів при активації пуринорецепторів.

Наукова новизна роботи. За допомогою методу фіксації потенціалу в конфігурації “whole-cell patch-clamp” було проведено розділення на компоненти інтегральних калієвих струмів та вивчення їх біофізичних та фармакологічних характеристик. Вперше виявлено блокуючу дію відомого нейротоксина d-тубокурарину на трансмембранні іонні струми та кальційзалежні калієві струми поодиноких свіжоізольованих ГМК кишечнику. Показано, що вихідні інтегральні трансмембранні іонні струми мають три складові: потенціалзалежний струм «затриманого випрямлення» та два компоненти І_К(Ca): І_К(Ca), що переноситься через SK канали та блокується d-тубокурарином і І_К(Ca), що переноситься через К_Са канали великої провідності (BK) чутливі до дії паксиліну та ТЕА. Показано, що спонтанні вихідні струми (СВС) за своїми ознаками та чутливістю до блокаторів можна розділити на струми малої та великої амплітуди. СВС малої амплітуди чутливі до блокуючої дії d-тубокурарину і обумовлені активацією SК каналів, а СВС великої амплітуди блокуються паксиліном і ТЕА та формуються за рахунок активації BК каналів.

Дослідження клітинних механізмів пуринергічного гальмування показало, що основна роль належить активації кальційзалежних калієвих каналів малої провідності, внаслідок вивільнення Са²⁺ із інозитолтрифосфатчутливого кальцієвого депо саркоплазматичного ретикулуму.

Теоретичне та практичне значення роботи. Представлена робота має як фундаментальне так і практичне значення, оскільки значно поглиблює та розширює сучасні уявлення про клітинні механізми гальмування в гладеньких м’язах. В роботі проведено розділення вихідного трансмембранного іонного струму на потенціалзалежний та кальційзалежний компоненти, досліджено фармако−біофізичні характеристики кальційзалежних калієвих струмів. Виявлено клітинні механізми регуляції кальційзалежних калієвих каналів, при активації метаботропних пуринорецепторів. Результати досліджень можуть бути використані біофізиками, фізіологами та фармакологами для створення нових засобів корекції розладів ШКТ.

Особистий внесок. Всі електрофізіологічні дослідження вихідного інтегрального трансмембранного іонного струму та його компонент, спонтанних вихідних струмів, описаних в роботі, а також отримання функціонально повноцінних поодиноких ГМК, обробка експериментального матеріалу були виконані особисто автором. Аналіз та узагальнення результатів досліджень були обговорені з науковим керівником та співавторами публікацій.

Апробація роботи. Основні положення роботи доповідались на семінарах відділу нервово−м’язової фізіології та поточних наукових семінарах Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України (2002-2007), на міжнародній спеціалізованій школі нейронаук IBRO “Рецептори, канали, месенджери” (Ялта, 2004), Міжнародній науковій конференції “Клітинні і субклітинні механізми функціонування травної системи” (Львів, 2004), І Українській науковій конференції “Проблеми біологічної і медичної фізики ” (Харків, 2004), Міжнародній науковій конференції “Механізми функціонування фізіологічних систем”, (Львів, 2006), 4 з’їзді Українського біофізичного товариства (Донецьк, 2006).

Публікації. Матеріали дисертації опубліковані в п’яти наукових статтях і п’яти тезах доповідей в матеріалах наукових зібрань.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури, опису методики досліджень, результатів досліджень, їх обговорення, висновків та списку використаних джерел із 175 найменувань. Робота викладена на 111 сторінках (без списку літератури), ілюстрована 39 рисунками та 2 таблицями.

МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження було проведено на свіжоізольованих поодиноких ГМК поздовжнього м’язового шару сліпої кишки (taenia cаесi) морської свинки. Для виділення клітин шматочки taenia cаесi поміщали до 2 мл номінально безкальцієвого розчину, що містив 3 мг колагенази (тип IА), 2 мг бичачого сироваткового альбуміну, 2 мг соєвого інгібітору трипсину та 2 мг таурину (поглинач вільних радикалів) на 25 - 35 хв. при 34 ^оС. Оброблені таким чином шматочки taenia cаесi відмивалися від ферменту і багаторазово пропускалися через пастерівську піпетку в номінально безкальцієвому розчині.

В основній частині експериментів для дослідження іонних струмів ізольованих ГМК застосовувалась “whole-cell” конфігурація методу “patch-clamp” (Hamill et al. 1981). Мікропіпетки виготовляли з м’якого молібденового скла, після заповнення розчином вони мали опір 2 - 4 МОм. Зовнішній розчин мав наступний склад (мМ): NaCl 120.4; КCl 5.9; CaCl₂ 2.5; MgCl₂ 1.2; d-глюкоза 11,5; HEPES 5; pH 7.4 (NaOH). Піпетковий розчин мав такий склад (мМ): КCl 135; MgSO₄ 1; Na₂ATФ 2; ЕГТА 0.3; HEPES 10; pH 7.3 (КOH). Внутрішньоклітинна концентрація вільного Са²⁺ ([Ca²⁺]_i) при використанні останнього розчину була близькою до фізіологічної і становила приблизно 100 нМ. При дослідженні Са²⁺ струму (I_Ca) іони К⁺ в розчинах еквімолярно замінювались на Cs⁺, також до зовнішнього розчину додавали 5 мМ тетраетиламонію (ТЕА). Експерименти проводились при кімнатній температурі (22-24 ^oC).

Реєстрація іонних струмів проводилась за допомогою підсилювача “L/M ЕРС-5”. Сигнал з виходу перетворювача струм - напруга надходив через фільтр низьких частот (частота зрізу 1 кГц) на аналого-цифровий перетворювач і далі в комп’ютер ІВМ РС/АТ. Дані аналізувались за допомогою програм “pCLAMP 5.5” та “Origin 5.0”.

Значення величин вказані як: середнє арифметичне ± стандартна похибка середнього арифметичного. В скобках вказано кількість клітин. Дані порівнювали за допомогою парного двохстороннього t-тест Стьюдента. Відмінності вважали статистично достовірними при значенні Р<0.05.

Результати дослiджень. Загальна характеристика Са²⁺залежних К⁺ струмів гладеньком’язових клітин taenia cаесі морської свинки. Для розділення та вивчення характеристик компонент І_К(Са), було використано неселективний блокатор К⁺ каналів – ТЕА, та відомий блокатор ВК каналів великої провідності – паксилін. В якості блокатора SK каналів було використано відомий нейромодулятор d-тубокурарин (d-ТК). Трансмембранні струми викликались за допомогою ступінчастих зміщень мембранного потенціалу від підтримуваного рівня – 60 мВ, що наближується до фізіологічного потенціалу спокою цих клітин. Типові значення вхідного опору клітин, що використовувались в наших експериментах, складали 1 - 2 ГОм. В досліджуваних клітинах при ступінчатих деполяризуючих зміщеннях мембранного потенціалу від підтримуваного потенціалу –60 мВ тривалістю 250 мс, виникав вихідний струм з порогом активації –30 мВ. Аплікація паксиліну за таких експериментальних умов викликала значне пригнічення вихідного струму, також знижувались його осциляції. На рис. 1 показана дія паксиліну (100 нМ) на трансмембранний іонний струм. На цьому ж рисунку подана динаміка дії паксиліну на амплітуду вихідного струму. Ефект паксиліну досягав максимуму протягом 2 – 3 хвилин від початку його аплікації. Постійна часу дії паксиліну складала 1,3 0,3 хв (n=5). Відновлення амплітуди вихідного струму при відмиванні токсину відбувалось з постійною часу 0,9 0,1 хв (n=5).

На рисунку 2 показано вольт-амперну характеристику (ВАХ) паксилінчутливого І_К(Са), що переноситься через ВК канали, отриманого шляхом відніманням значень струму при дії блокатора від контрольних значень.

На ВАХ паксилінчутливого І_К(Са) (рис. 2.А) спостерігається зміна крутизни “перегин” в районі максимуму активації І_Са, що дає змогу казати про залежність, цього струму від концентрації іонів Са²⁺ в середині клітини. Крім того, канали, через які переноситься паксилінчутливий І_К(Са), проявляли потенціалзалежні властивості. Зі збільшенням рівня деполяризації спостерігалось збільшення його амплітуди, незважаючи на зменшення входу Са²⁺ в клітини при потенціалах +20…+40 мВ. На рисунку 2.Б показано криві нормалізованої провідності вихідного струму. Половина максимальної активації V_0,5 в контролі складала 32.6±1.2 мВ, а коефіцієнт крутизни становив 12±0.7 мВ. При дії паксиліну ці значення становили 19.1± 0.9 мВ та 15± 0.6 мВ відповідно (n=7).

ТЕА − відомий неселективний блокатор калієвих каналів (Blatz et al. 1984, Benham et al. 1985). В концентрації 1 мМ ТЕА блокував вихідний струм, викликаний зміщенням мембранного потенціалу від підтримуваного рівня –60 мВ до +50 мВ, більш ніж на 50±6 % (n=6). Паксилін, при додаванні його в концентрації 100 нМ до розчину ТЕА (1 мМ), не викликав додаткового зменшення вихідного струму (рис. 3.А). В той же час, додаткова аплікація ТЕА (1мМ) (рис. 3.Б) в присутності паксиліну, призводить до подальшого пригнічення вихідного струму.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов реферата