УДК: 576.32/.36
1-2Трубникова Е.В., 1-2Стабровская Н.В., 1Храмцов А.В., 2Климова Е.А.,
2Барышев А.С.
ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ РИБОСОМНЫХ ГЕНОВ ПРИ АДАПТАЦИИ К ВНЕШНИМ УСЛОВИЯМ
1Курский государственный университет, НИЛ «Генетика», 2Курский государственный медицинский университет
Исследование посвящено изучению показателей функциональной активности рибосомных генов в зависимости от действия экзо- и эндогенных факторов среды. Рассмотрены уровни активности рибосомных генов в клетках эукариот различных типов тканей, при различных нозологиях, а также при действии экзогенных факторов.
Ключевые слова: рибосомные гены; функциональная активность; биосинтез белка.
This study examined indicators of functional activity of ribosomal genes, depending on the actions of exo- and endogenous factors in the environment. We received levels of the activity of the ribosomal genes at the different kinds of tissues at the eukaryotic cells in different types of diseases and at the action of some exogenous factors.
Keywords: ribosomal genes; functional activity; protein biosynthesis.
Проблема биосинтеза белка - одна из наиболее важных и острых проблем современного естествознания: если в неживой природе принципиально новые пути получения энергии будут найдены благодаря успехам физики элементарных частиц, то в живой природе решение кардинального вопроса управления самой жизнью может быть получено в результате познания химии и биологии белковых тел.
Сам же биосинтез белка непосредственно связан с количеством и активностью рибосомальных генов (РГ). Первый признак может быть оценен по интенсивности гибридизации рДНК, второй - по размеру зерен серебра при селективном окрашивании РГ метафазных хромосом [9]. Не все РГ функционируют одновременно, существуют латентные РГ, существование которых подтверждается способностью ядрышек к компенсаторной гипертрофии. Выявлено, что УФ-микрооблучение одного из двух ядрышек в интерфазной клетке приводит к инактивации и деградации облученного ядрышка и к компенсаторному росту и активации необлученного [17].
Установлена прямая связь доли активных РГ генов с размером индивида, его жизнеспособностью и плодовитостью. Наряду с этим установлено, что содержание активных рДНК в тканях не является постоянной величиной, а изменяется в течении жизни. Так, уровень транскрипционной активности генов рРНК в пренатальном периоде онтогенеза человека выше, чем в постнатальном [14]. В то же время отмечают, что в клетках новорожденных ФАРГ несколько меньше, чем в клетках взрослых, и уменьшается у пожилых людей. Аналогичные закономерности наблюдаются и в изменении ядрышкообразующей функции в онтогенезе карповых рыб.
Изменения транскрипционной активности в онтогенезе, обнаруженные при исследовании ЯОР хромосом в эмбриональный и постэмбриональном периодах, положены в основу гипотезы о существовании наследуемой программы экспрессии РГ в индивидуальном развитии. Предполагают, что реализация этой программы может осуществляться за счёт резервных «молчащих» РГ, которые, возможно, могут активироваться в связи с необходимостью интенсивного синтеза белка. Число резервных РГ варьирует на разных акроцентрических хромосомах, и их активация может происходить неравномерно [15].
В большинстве случаев, образование генных продуктов у эукариот соответствует величине дозы гена [7]. При анализе синтетической способности РГ установлена прямая дозовая зависимость между уровнем синтеза гетерогенных РНК и количеством ДНК отмечена для эмбрионов шпорцовой лягушки [19]. Автодиографическими исследованиями было показано, что количество синтезируемой рРНК у гаплоидных зародышей вьюна на ранних этапах развития вдвое меньше в расчете на клетку, чем у диплоидных [8]. Однако, известны случаи, когда количество образующегося продукта не зависело от дозы гена. Так, например, Шпорцовые лягушки, несущие в одном хромосомном наборе полную делецию ядрышкового организатора гетерозиготы – (+/0), синтезировали в период эмбриогенеза столько же рРНК, сколько и гомозиготы(+/+). Обнаружено, что продукция дефинитивных рРНК в эмбриогенезе вьюна не зависит от степени плоидности, то есть количество новообразованных рРНК на единицу ДНК у гаплоидных зародышей вдвое выше, чем у диплоидных [16]. У человека о наличии компенсаторного механизма свидетельствует статистический анализ корреляции между активностью ЯОР хромосом нормальных родителей и их потомков с транслокацией по 21-й хромосоме, сопровождающейся потерей одного ЯОР [15].
Показано, что в нормальных клетках активность РГ меняется в ходе дифференцировки, при модификации функционального состояния клеток, а также при смене клеточного цикла [13, 20, 21].
В физиологических условиях количественные и функциональные характеристики генов рРНК связывают с адаптационными возможностями организма. Уже доказано, что в клетках морозостойких сортов озимой и яровой пшеницы в ответ на неблагоприятные температурные условия увеличивается синтез рРНК и повышается содержание рДНК. В организме человека активность рибосомных генов снижается при голодании, охлаждении и действии на клетки ингибиторов ферментов и повышается при антигенной стимуляции, использовании колониестимулирующих ростовых факторов и в ряде других жизненно важных ситуаций [22].
В условиях патологии активность белоксинтезирующего аппарата может изменяться по-разному [11].Она повышается в тирроцитах больных с гиперфункцией щитовидной железы, в мегакариоцитах больных иммунными тромбоцитопениями, в кардиоцитах при гипертрофии миокарда различного генеза, в популяциях лимфоцитов периферической крови больных с миомой матки [1, 3, 4]. С другой стороны, снижение показателя ФАРГ было отмечено в кроветворных клетках больных хроническими миелолейкозами и гемопоэтическими дисплазиями, в кардиоцитах больных с повышенной сердечной недостаточностью, в лимфоцитах больных с язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки [6, 10, 12].
Отдельно следует рассмотреть изменение активности РГ при онкологической патологии. В связи с повышением пролиферативного потенциала маглинизированных клеток, показатели ФАГР закономерно увеличиваются. У человека этот факт подтвержден на примере клеток различных опухолей. При этом установлена прямая зависимость между активностью ЯОР и степенью злокачественности новообразований. Активность ЯОР является одним из критериев разграничения доброкачественных и злокачественных новообразований.
Итак, число активных РГ в клетках различных видов эукариот генотипически обусловлено, а у данного объекта может зависеть от типа ткани, от уровня дифференцировки, от действия на клетку стимуляторов или ингибиторов белкового синтеза. При определенных условиях возможно включение компенсаторных механизмов.
Литература:
1. Болгова Л. С., Лобода В. И., Туганова Т. Н. Ядрышковые организаторы и процессы малиганизации бронхиального эпителия. // Цитол. и генетика. – 1998; 32(1): 79-82.
2. Букаева И.А., Райхлин Н.Т., Пробатова Н.А. и др. Дифференциально-диагностическое и прогностическое значение активности области ядрышковых организаторов при неходжкинских злокачественных лимфомах. // Клин. лаб. диагностика. - 1997; (10):37-8.
3. Бучинская Л.Г. Изучение структурно-функциональных особенностей ядрышка при гиперпластических процессах и при раке эндометрия.[Автореферат диссертации канд.биол.наук]. Киев. Институт проблем онкологи и радиологии,1989.-17с.
4. Бушуева О.Ю. Функциональная активность рибосомных генов и ее связь с особенностями клинического проявления и течение миомы матки. Автореферат дис. на соиск.уч.степ.канд.мед.наук-М.-2005.
5. Дзембак Т.М., Гуркало В.К., Гершанович М.Л. Иммунотипирование в дифференциальной диагностике неходжкинских злокачественных лимфом //Вопр. онкол.- 1996;42 (2):63-6.
6. Колчанова И.О. Функциональная активность рибосомных генов и ее модифицирующее влияние на особенности клинического проявления, течение и эффекты лечения язвенной болезни/И.О.Кочанова. Дис. на соиск. уч.степ.канд.мед.наук.-М.-2005.-167с.
7. Конюхов Б.В.// Успехи современной биологии.-1978. – Т.71. – С. 107.
8. Костоморова А.А., Ротт Н.Н. Клеточное ядро и его ультроструктура. –М.: Наука. – С.258.
9. Ляпунова Н.А. Ядрышкообразующие районы (ЯОР) хромосом человека: опыт количественного цитологического и молекулярного анализа/ Н.А.Ляпунова, Н.А.Еголина, Н.Н.Вейко, И.А.Кравец-Мандрон, Э.В.Громова, Е.В.Мхитарова, Н.В.Косякова, В.В.Викторов. Биологические мембраны. – 2001.- Т.18,№3. – С.189-199.
10. Мамаев Н.Н. Активность ядрышкообразующих районов нормальных и лейкозных клеток костного мозга человека /Н.Н.Мамаев, С.Е. Мамаева, И.Л. Либуркина и др.//Цитология. – 1984. – Т.26, №1.- С.46-51.
11. Мамаев Н.Н. Структура и функция ядрышкообразующих районов хромосом: молекулярные, цитологические и клинические аспекты /Н.Н.Мамаев, С.Е.Мамаева//Цитология. – 1992. –Т.34, №10. –С.3-25.
12. Мамаев Н.Н. Характеристика окрашенных серебром ядрышек в областных элементах разного диаметра больным острым лейкозом /Н.Н.Мамаев, У.Мартинес, Е.О.Морозов, Н.А.Иванова//Цитология. – 1988 – Т.30, №12. - С.1478-1482.
13. Ментейфель В.М., Челидзе П.В. Изменение тонкой организации неактивных кольцевых ядрышек зрелых лимфоцитов крыс на ранних этапах бласттрансформации. Мол. биол.-1986;(20):564-72.
14. Пендина А.А. Полиморфизм ядрышкообразующих районов хромосом эмбрионов человека/А.А. Пендина, Т.В.Кузнецова, В.С.Баранов//Цитология. – 2000. – Т.42, №6. – С.587-592.
15. Полянская Г.Г. Закономерности кариотипической изменчивости // Успехи совр. биол. – 2000. -№6.-С.529-539.
16. Стрелков Л.А. Транскрипция рибосомных генов в зародышах различной полидности/Л.А.Стрелков, Л.Н. Гаузе, К.А. Кафиани//Молекулярная биология.-1976.- №1. С.99-107.
17. Цветкова Т.Г. Увеличение количества активных рибосомных генов, выявляемых с помощью Ag-окрашивания ядрышкообразующих районов метафазных хромосом, при старении культивируемых фибробластов человека/Т.Г.Цветкова, Г.Б.Раевская, В.Г. Черников, Э.В.Громова, Н.А. Ляпунова// Цитология. – 1997. – С.116-117.
18. Brown D.D., Gurdoa J.B. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. – 1964. – 51,139.
19. Brown D.D., Littna E.J. Mol. Biol. – 1966,20,81.
20. Field D. et al. Nucleolarsilvestaining patterns related to cell cysle phase and cell generation of PHA-stimulated lymphocytes //Cytobios.-1984. – Vol.41.-P.23-33.
21. Hartwell L. Introduction to cell cycle controls. // In: Cell Cycle Control.Ed. by Hytchison C., Gloyer D.M., Oxford Uniyersity Press, 1995, p. 1-15
22. Zahradka P., Larson D.E., Sells B.N. Redulation of ribosome biogenesis in differentiated rat myotybes. //Mol.Gell.Biochem/1991.104, 189-194.
23. Zang K.L., Black E. Quantitative studies on the arrangement of human metaphasas chromosomes. I Individual features in the association pattern of the acrocentrical chromosomes of normal males and females. – Cytogenetics, 1968, v 7,№6, p 43.