Роль МТДНК в усилении окислительного стресса

Размещено на http://www.allbest.ru/

НИИ Биологии Южный Федеральный Университет, Ростов-на-Дону

РОЛЬ МТДНК В УСИЛЕНИИ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА

Шкурат Т.П.

Гутникова Л.В.

Гуськов Е.П.

Окислительный стресс оказывает существенное влияние на ДНК - содержащие органеллы клетки, что проявляется в характерных изменениях ультраструктуры митохондрий (Гуськов и др., 1985). В то же время, функциональное состояние органелл влияет на устойчивость клеток к окислительному стрессу (Joenje, 1989; Федоренко и др. 2006).

Развитие процессов вторичного повреждения ядерной ДНК и адаптации тесно связаны с энергетическим статусом клетки с одной стороны и уровнем активных форм кислорода с другой. Известна ключевая роль ДНК-содержащих органелл в обоих указанных процессах. Для исследования роли митохондрий в усилении мутационного эффекта гипербарической оксигенации нами были выбраны в качестве модели дыхательные мутанты дрожжей rho- .

Однократная обработка ГБО не влияет на выживаемость дрожжей дикого штамма. Выживаемость дыхательного мутанта снижается на 28%. Двойная обработка ГБО снижает выживаемость rho- на 46%. Для контрольного штамма rho+ двойная обработка ГБО не снижает выживаемость. Ранее было показано, что наибольшую чувствительность к воздействию кислорода штамм rho- проявлял при 8-часовой обработке, которая оказалась летальной для дрожжей (Гуськов, 1987). Таким образом, наличие дыхательной системы делает дрожжи более устойчивыми к воздействию ГБО.. митохондрия мутационный оксигенация дыхательный

Мутагенный и рекомбиногенный эффект регистрировали по частоте реверсий и частоте генной конверсии (оба штамма rho+ и rho- имели в генотипе рецессивные гены по гистидину и лизину). Представленные данные свидетельствуют, что спонтанный уровень конверсий у дыхательных мутантов на несколько порядков выше, чем у дрожжей исходного штамма. В условиях гипербарической оксигенации уровень частоты конверсий увеличивается только у штаммов rho- , причем однократная обработка ГБО увеличивает их выход в 3,5 раз, а двойная обработка ГБО более чем в 2 раза. Частота реверсий у дыхательных мутантов после воздействия ГБО увеличивается более чем в три раза по сравнению с контролем.

Внутриклеточный синтез свободных радикалов через ферментативные и неферментативные процессы осуществляется в цитоплазматических компонентах клетки как неотъемлемый компонент метаболизма. Это флавопротеины, которые восстанавливают кислород путем переноса электронов в дыхательной цепи - моноаминоксидаза и дигидрооратат дегидрогеназа (митохондрии), гликолат оксидаза и ацетил коэнзимА оксидаза (пероксисомы), пиродоксамин-5-фосфат оксидаза (цитозоль) и НАДФ-цитохром Р-450 редуктаза (микросомы) (Jones, 1985).

Потенциально важным неферментативным источником активных форм кислорода является коэнзим Q в дыхательной цепи митохондрий, который может самоокисляться и в результате продуцировать супероксид анион, способный дисмутировать в перекись водорода (Forman, Boveris, 1982). Образование активных форм кислорода пропорционально кислородному напряжению, наблюдали в изолированной митохондриальной фракции, и зависит от метаболического статуса митохондрий (Joenje, 1989).

В работах Gille (Gille et al., 1989; 1993) было показано, что нарушение системы дыхания - один из наиболее ранних симптомов кислородной интоксикации, приводящей к 80% снижению потребления кислорода, гибели культуры овариальных клеток китайского хомячка через 3 дня после начала кислородной интоксикации. При этом было показано, что ингибирование коррелирует с инактивацией трех ключевых митохондриальных ферментов - НАДФ-дегидрогеназы, сукцинат-дегидрогеназы, -кетоглутарата. Эти комплексы находятся на или около внутриклеточной митохондриальной мембраны. Следует предположить, что их инактивация обусловлена свободными радикалами, генерируемыми убихинон-цитохромом с редуктазой, т.е. комплексы дыхательной цепи III, IV, V не повреждаются или мало повреждаются под действием кислорода. Поэтому мы сочли целесообразным изучить уровень свободно-радикальных процессов и активность антиоксидантных ферментов у штаммов дрожжей после ГБО. Данные об уровне хемилюминесценции в системе «люминол + перекись водорода». Сравнительный анализ спонтанного уровня свободно-радикальных процессов не обнаружил отличий между исходным и мутантным штаммами дрожжей. Обработка ГБО в течение 2 часов повышала свечение штамма Rho+ на 50%, в то время как у дыхательных мутантов уровень свечения не изменялся. Такое увеличение свободно-радикальных процессов у Rho+ в условиях гипероксии можно связать с развитием окислительного повреждения и возрастанием уровня активных форм кислорода в митохондриях.

Результаты нашего эксперимента свидетельствуют о том, что штамм rho- с нарушенной энергетической системой теряет дополнительные механизмы защиты от окислительного стресса. Можно предположить несколько причин чувствительности дыхательных мутантов к ГБО:

Дыхательная система связана регулярно с системой защиты от кислорода и индукция одной системы не возможна без функционирования другой.

Дыхательная недостаточность делает rho-мутантов менее «энерговооруженными», чем дрожжи дикого типа, что ведет к повышению чувствительности к ГБО.

Дыхательная система непосредственно участвует в защите от токсического действия ГБО.

Список литературы

1. Гуськов Е.П., Федоренко Г.М., Шкурат Т.П. Ультраструктура клеток меристемы пшеницы в норме и после гипербароксигенации// Цитология.- 1985.- Т.27 .- №1.-С..94-96.

2. Гуськов Е.П., Павлов Ю.И., Тер-Аванесян М.Д., Чистяков В.А. Влияние гипербарической оксигенации на выживаемость, мутагенез и рекомбиногенез одноклеточных организмов // Цитология и генетика, 1987.-Т.21.-№ 1.-С.10-15.

3. Федоренко М.А., Федоренко Г.М., Машкина Е.В., Федоренко А.Г., Усатов А.В. Структура клеток подсолнечника Helianthus annuus в норме и после окислительного стресса// Экологический вестник научных центров Черноморского экономического содружества.- 2005.- №3.- С. 84-91.

4. Agarwal S., Sohal R. DNA oxidative damage and life expectancy in houseflies // Proceedings of the National academy of sciences of the United States of America.- 1994.-V.91.-N 25.-P.12332-12335.

5. Guskov E.P., Shkurat Т.Р. Genetics effects of GBO therapy// Mutation Research. 1990.- V.241.- P. 341-347.

6. Joenje H. Genetic toxicology of oxygen // Mutation Res. 1989.-V.219.-P. 193-208.

7. Joenje H., Oostra A. Oxygen-induced cytogenetic instability in normal human lymphocytes // Hum. Genet. 1986.-V.74.- P. 438-440.

8. Gille J., Joenje H. Chromosomal instability and progressive loss of chromosomes in He La cells during adaptation to huperoxic growth conditions // Mutation Research.- 1989.- V. 219.- P.225-230.

9. Gille J., Vanberkel C., Joenje H. Mechanism of hyperoxia-induced chromosomal breakage in chinese-hamster cells // Environmental and molecular mutagenesis, 1993.-V.22.-N 4.-P.264-270.

Размещено на Allbest.ru