Министерство образования и науки российской федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А.И. ГЕРЦЕНА»

факультет биологии кафедра зоологии

ИВАНОВА

ПОЛИНА НИКОЛАЕВНА

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НЕЙРОТРОФИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И БЕЛКОВ ТЕПЛОВОГО ШОКА У ЛИНИЙ ДРОЗОФИЛЫ С ПОЛИМОРФИЗМОМ ПО ГЕНУ limk1

Выпускная квалификационная работа

Научный руководитель:

доцент кафедры зоологии, кандидат биологических наук

НИКИТИНА Екатерина Александровна

Допустить к защите

Заведующий кафедрой зоологии,

профессор, доктор биологических наук

Г.Л. Атаев________________________

«____ » ___________ 2015 г.

Санкт-Петербург

2015

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………….................4

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ..............................................................................7

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………...10

1.1. Нейродегенерация и актиновый цитоскелет………………………………10

1.2. LIMK1 как ключевой фермент ремоделирования актина………………1

1.3. Нейродегенерация и белки теплового шока…………………………..…2

1.4. БТШ70: структура и основные функции………………………………...2

1.5. Нейродегенерация и нейротрофические факторы – подходы к терапии..3

1.6. GDNF и его функциональная роль……………………………………….3

1.7. Взаимосвязь сетей трансдукции LIMK1, GDNF и БТШ……………….4

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……………………45

2.1. Материал исследования.

2.2. Воздействие тепловым шоком.

2.3. Иммунофлюоресцентный анализ распределения БТШ70.

2.4. Иммунофлюоресцентный анализ распределения GDNF.

2.5. Обработка полученных результатов.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ…………………………………

3.1. Результаты.

3.1.1. Распределение БТШ70 у линий дрозофилы с полиморфизмом по гену limk1 в норме.

3.1.2. Распределение БТШ70 у линий дрозофилы с полиморфизмом по гену limk1 после теплового шока.

3.1.3. Распределение GDNF у линий дрозофилы с полиморфизмом по гену limk1 в норме.

3.1.4. Распределение GDNF у линий дрозофилы с полиморфизмом по гену limk1 после теплового шока.

3.2. Обсуждение.

ВЫВОДЫ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность исследования. Ключевые структуры мозга представлены с одной стороны нервными клетками во всем их разнообразии форм, длины, количества отростков, размеров, типов распределения и числа образуемых синапсов, а с другой – поддерживающими их глиальными и сосудистыми компонентами. Нарушение клеточных сигнальных процессов способствует развитию дефектов передачи и хранения информации и в итоге – нарушению когнитивных функций, клинически манифестирующих в форме деменции – приобретенного снижения интеллектуальных способностей, таких как нарушение памяти, гнозиса, праксиса, нарушение речи, редуцирование внимания, способности к обобщению или абстрагированию, регуляции произвольной деятельности.

Именно нарушение регуляции различных физиологических функций вследствие дегенерации нейронов, локализованных в различных отделах мозга, и лежит в основе патогенеза ряда тяжелейших социально значимых нейродегенеративных заболеваний, которые зачастую носят спорадический характер и относятся к мультифакториальным заболеваниям с генетической предрасположенностью. Актуальной проблемой современной нейрофизиологии и медицины является изучение предпосылок возникновения социально-значимых болезней, возникающих спонтанно и спорадически. Распространенность этих заболеваний в мире неодинакова, поскольку и они крайне неоднородны. Нейродегенеративные заболевания характеризуются прогрессирующей гибелью клеток головного и спинного мозга. Еще с XIX века, начиная с работ Сантъяго Рамон-и-Кахаля, проблема регенерации нейронов остается одной из важнейших в нейробиологии. До сих пор в научной литературе резонирует пророческое высказывание С. Рамона-и-Кахаля: «…В конце развития родники роста и регенерации аксонов и дендритов высыхают безвозвратно. Посередине взрослости нервные пути – нечто фиксированное, законченное и неизменное. Все может погибнуть, ничто не может регенерировать. Науке будущего предписано изменить, если возможно, это суровое правило». И вот настало время «науки будущего». Сегодня процесс клеточной регенерации нейронов уже не считается невозможным. Открытие нейротрофических факторов (НТФ) и белков теплового шока (БТШ), которые препятствуют гибели нейрона, рушит представление о невозможности лечения нейродегенеративных заболеваний. Наша работа нацелена на изучение глиального нейротрофического фактора GDNF (Glial Cell Derived Neurotrophic Factor, GDNF) и белка теплового шока 70 (БТШ70). Функциональная значимость нервных клеток для организма предусматривает их потенциальную возможность к регенерации за счет стволовых клеток. В эксперименте потеря нейрона, вызванная известными мутациями известных генов, может быть остановлена путем введения в геном клетки-мишени терапевтического гена с целью повышения жизненной стойкости нейрона, или путем нейротрансплантации стволовых клеток или их потомков, предифференцированных в нейрональном направлении.

Проблема разработки терапевтических стратегий для лечения нейродегенеративных заболеваний человека, развивающихся в пожилом возрасте и сопровождающихся прогрессивной потерей памяти (деменцией) становится все более насущной. Согласно современному взгляду на проблему таких заболеваний, их следует рассматривать в рамках анализа молекулярных механизмов, вовлеченных в поддержание целостности синапсов и дендритов. Белки GDNF вовлечены в адаптационные перестройки синаптических связей в центральной и периферической нервной системы, обусловливая этим синаптическую пластичность. Выраженное влияние на поддержание целостности синапсов и дендритов имеет и LIMK1. Как ключевой фермент ремоделирования актина, LIMK1 фосфорилирует кофилин, блокирует деполимеризацию актина, что и вызывает перестройку шипиков дендритов, обеспечивая синаптическую пластичность. Помимо этого, LIMK1 взаимодействует с нейрегулинами – факторами стимуляции синтеза GDNF. А БТШ рассматривают в качестве одного из ведущих факторов регуляции активности LIMK1. В этой связи крайне важным является изучение взаимосвязи сигнального каскада ремоделирования актина, GDNF и БТШ.

Цель работы: изучение распределение нейротрофических факторов и белков теплового шока у линий дрозофилы с полиморфизмом по гену limk1.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Исследовать локализацию БТШ70 в нервно-мышечных контактах у линий дрозофилы с полиморфизмом по гену limk1 в норме и после теплового шока.

2. Изучить локализацию GDNF в нервно-мышечных контактах у линий дрозофилы с полиморфизмом по гену limk1 в норме и после теплового шока.

3. Проанализировать влияние теплового шока на локализацию GDNF и БТШ70 в нервно-мышечных контактах у исследуемых линий.

Результаты работы были представлены в виде стендового доклада на Всероссийской конференции с международным участием «Нейрохимические механизмы формирования адаптивных и патологических состояний мозга» (2014) и устного доклада на межвузовской конференции молодых ученых «Герценовские чтения» (2015).