Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема метаболической регуляции функционирования хемовозбудимых структур нейрональной мембраны и мембраносвязанных ферментов является одной из центральных задач современной биофизики клетки. Существующие литературные сведения указывают на возможность модуляции функционирования электро- и хемовозбудимых структур нейрональной мембраны, опосредованной внутриклеточными цАМФ и ионами Са (Костюк, Крышталь, 1979; Чемериз, Ввдриицев, 1988). Однако наши знания о триггер-ннх механизмах, лежащих з основе взаимодействия различных типов мембранных-хеморецвпторов и мембраносвязанных ферментов в ин-тактных клетках весьма ограничены. Ключевые позиции в системе мембраносвязанных ферментов занимает электрогенный натриевый (Ка) насос. Особое значение Na-насоса определяется тем, что от его работы зависят такие важные проявления жизнедеятельности клеток как водно-солевая регуляция, транспорт метаболитов, электрическая активность, клеточный объем САйрапетян, 1983). Очевидно, что понимание чрезвычайно важных для аизнедеятельности клетки вопросов метаболического контроля функции мембранных хеморе-цепторов и регуляции самих метаболических процессов в клетке находится в прямой зависшлости от выяснения роли Ыа-насоса в этих процессах.
Выяснение механизмов, лежащих в основе взаимного действия систем Иа-насоса и хеморецепторов нейрональной мембраны позволит разработать новые способы эффективной регуляции хемочувстви-тельности яейрональных мембран и ряда метаболических процессов, протекающих в клетках.
Наличие существенного сходства между явлениями переноса веществ через клеточную мембрану в различных клеточных системах позволяет данные, полученные на таких простых системах как нейроны улитки, с большой вероятностью перенести и на другие, более сложные системы, менее доступные для- изучения.
Цель и задача исследования. Цель работы состояла в разностороннем изучении взаимосвязи между системой электрогенного Na-насоса и системой мембранных хеморецепторов в интактных нервных, клетках. . Для достижения поставленной цели необходимо было решить
.-"' -- " ;следуюпщв'основные.задачи:. '
;--.'.;.'."" . , 'I, Исследовать действие активам ов и ингибиторов На-н
'- ' ;-'_ - '-' ..coca на ."чувствительность нейроналън- мембраны к .нейромедиат
:'.'.-". ', ' - ; -рам: на-ионные токи через хемозозб; ,,зщую нейрональную мембра
;"-, ' ..-' " \ на.токи,Через,активируемые нейромедашторами одиночные ионные
...,'" _ ..- , кайаш 'мембраны'и-на количество' меченых молекул агошгетрв и
.'-_-' ' ., , .тагонистрв, связавшихся.'с соответствующими, рецепторами мембі
','''.-'. . ' -.2. Исследовать действие нейромедиаторов на противоградк
-',.. . '_- тный- транспорт -меченых ионов натрия через клеточную мембрані ; .' , "" -.."'-; 3.' Выявить какие метаболические системы обеспечивают'BE *--- - "'_ 'модействие-систем злектрогенного ТІа-насоса. и хеморецепхорої ','-'' ?<'.'-' нейрональной'-мембраны. '.'.'.'-'' -,.-/, '.' -,'. ' ' ''4., Выявить-возможные пути'модификации регуляторного деі '.-' '; -. ; . _ - вия Ы'а-насоса'на-хемочувствительность нейрональной мембрані -'<-' -''; '. -, ''. - Научная'новизна работы. В настоящей работе выявлены коз \''.-'.-.",-' ,',,'. "пути -метаболической регуляции.'функции, хеморецепторов нейрош .;'.- .-...'- .ной мембраны. Установлена функциональная корреляция между аі _-' '' ,'. . .'.'. ностью На-насоса и'хемочувствительностью нейрональной мемб] \ :,: ;'} ,. \,' / : . .Впервые, показано,, что воздействуя на активность' Жа-на< -.' ,'".-' '-_ ; " можно -регулировать -величину активируемых ацетилхоліном. (АХ) 'V -,-',',--_ -. них токов в мембране перфузйроваиных нейронов: инактивация !
- >) ,. Л"' -' -насоса вызывает подавление CI-зависимых АХ-отдетов смешанно:
<:--/."- - ; ..' 'мускариново-йикотинового.типа.'и не действует'или'вызывает .у
'. -. 7. ч ~ . ' личение НаД-зависимых ответов никотинового типа. Обкаружеі
- ' \: _ - регуляторное действие.Ыа-насоса на чувствительность нейрон,
'. '. ,'..-. ной мембраны и к.другим медиаторам - ГАМК,. АГФ и серОтонину
'.,.-,'.'.''-.".' Показано, что 'вызванное инактивацией Ыа-насоса. угнетеї
: - . '_. ,С1-зависйМых АХ-ответов нейрональной мембраны Обусловлено у
,'-.,;,--. - '.ныдением вероятности активации активируемых АХ Одиночных СІ
." '-'"'!'.:.;. каналов мембраны, при этом, среднее время открытого состояли -'.' . ". '..; ' элементарная,проводимость этих каналов не изменяются.
. -.'.' ..' '.; -Установлено, что изменение активности Ыа-насоса Ьопро
-. '.,.'-/.''.' дается модуляцией системы внутриклеточных вторичных посреди
' -'. .- 'шактивапдя.На-насооа'вызывает увеличение внутриклеточной
'.'"-'; центрации цАМФ, усиление вхрда'ионов Са в клетки и стимуляп
.-/:,.-: ,,'г^№^авксйюг.о'ф6сфорилированзш. мембран, v , .'.,."
. '.'.- -. ; '.'.' ..'' ',- -Получены экспершентальнне-доказательства, того,, что.т
щня.функции мембранных хеморецёпторрв'Ы'.а^насосом-осуществляв' -. '; " - < гея как посредством изменения количества'функционально акти&-~ ,' ' ",- ,' ах хеморецецторов'в мембране в результате вызванных' И к- наг- .:' -/ ''. зеом изменений .объёма нейрона (Арванов,'1980) j!так.И'путей' ; ' - ' - ' ,-' ';-зменения вероятности активации хёморецептрррв нейромёдйатораг .-'- .'<*';', і в результате модуляторного-действия На-нассса'на систему ' .' ", -'/,.' !ШВ>.-зависимог"о фосфорилирования.' '''''.'-' - ' -' '.-"','"-." -.7.,--
Показано, что АХ оказывает двухфазное 'действие на'-актив'-, --''- . 1,
эсть. На-нассса в интактных препаратах: стимулирует противоЧ'.'_", ;'/-- .-
эадиентный выход'-К а-из клеток-при. низких '-(ID . VI0"tti!)'-" '' . -\ ',,;,
ингибирует'. его при более высоких концентрациях..- -'- - "/."'-.''."---". "; 1
Впервые установлено, что величину активируемых' АХ'-ме,мЬр'ан-* - \ / ,
dc токов- и их зависимость от; активности';Ыа-насоса-можнр 'Мрди-.; '' \ -'
іциррвать' путём' увеличения текучести липидногр компонента,. ,'_ '.';*'
зйрональной мембраны дециленовой- жирной, кислотой,.'а также под " '/''„.'
зйствием ионизирующей радиации»'..'. -.'.'" , - '.'' .'.' '. - '..'-.'
' Виявлене, что вызванную 'рентгеновским излучением.мрдифика-" , ; - . %
го АХ-ртветов нейронов улитки можно частично-корректировать". ' \ - :' -, \
нканавалином-А, кртррый вызывает увеличение'.внутриклеточной -,- / - _. - , _
энцентрации цШФ'.и'стимулирует цАЙ-яезависимое .фосфорйлиро- . ;.'-'.-',
щие мембран. . '."'.*" '-'. '".""' ' ' ' '. ' " " : " " '"-
Теоретическое-и практическое значение'работы. Обнаруженная ~ '; ' ' " і^нкциональная- взаимосвязь можду '.активностью' электрогенного -К а- . ' -icoca и"системой,'мембранных хеморецепторов может быть-исполь- *' ' ' '^ "'' звана.щягтеоретическом обобщении данных б метаболической'рё-Ч - '" \ * > " Тлящт. хеморецептивных и ферментативных- функций нёйрональных. * , '-„ \--Эмбран. .'"._''-,-." ' .-,'._ ','. '''' .'-.- ' -- -' '. > '
. Результаты'настоящргр исследования-могут найти прикладное''' ~ '-'"'. зименение,- поскольку открывают возможность целенаправленного'- ,. '.,'- зиска метаболических -путей'контроля_и. 'регуляции- действия ней- \ - '.-^ фармакологических препаратов и кардирактивных--средств-в.кли- ' -.' .' -.-іческих -условиях.. . ." - ' -, . : .','; . V -' .'.',', ,".>,' '.\~
-/Материаш'диссертационной работы.могут "быть использована
ія целенаправленного поиска и "синтеза новых'биологически ак- ' , '
івніи "веществ, оказывающих'модуляторное" действие на систему- . .' '' . -
іеточного метаболизма и функцию мембранных хеморецепторов.
Поскольку при действии многих анестетиков имеет место изменение текучести клеточных мембран, результаты диссертационной работы о зависимости функции хслинорецепт-ров нейрональной мембраны от её текучести могут быть испольг saHH з анестезиологии, в частности при разработке тактики кетаминового наркоза.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на Международном симпозиуме "Нейробиология беспозвоночных" (Тихани, ВНР, 1976), I и II Всесоюзных сишозиумах "Мембранная энзимология и проницаемость мембран" (Ереван, 1977, 1986), Всесоюзном симпозиуме "Транспортные АТРазы" (Тбилиси, 1978), I-Всесоюзном биофизическом съезде (Мооква, 1982), Всесоюзном симпозиуме "Перспективы биоорганической химии в созда- нии новых лекарственных препаратов" (Рига, 1982), IX Всесоюзной конференции по биохимии нервной системы (Ереван, 1983), Международной конференции-"Физико-химические аспекты функции мембран (Балотон-фьюред, ВНР, 1983), У Всесоюзном симпозиуме "Физиология медиаторов, периферический синапс" (Казань, 1984), U Всесоюзной конференции "Физиология и биохимия медиаторных процессов" (Москва, 1985), X и XII Всесоюзных совещаниях "Транспортные ДТФазы" (Алма-Ата, 1983; Иркутск, 1987), биофизическом съезде Югославии (Белград, 1986), I и II Всесоюзных конференциях по нзйронаукам (Киев, 1986,1988), II конференции Армянской ССР по физико-химической биологии (Ереван, 1986), III Всесоюзном совещания "Одиночные ионные каналы в биологических мембранах" {Путино, 1987) , II Всемирном конгрессе по нейробиологии (Будапепгг, ВНР, 1987), Международном симпозиуме "Трансмиттеры, модуляторы, рецепторы" (Тихани, ВНР, 1987), III СССР-ФРГ симпозиуме "Возбу-димие мембраны" (Киев, 1987), рабочем совещании по программе "Внутриклеточная сигнализация" (Москва, 1987), Всесоюзном совещании по проблемам молекулярной фармакологии и синаптологии (Ка зань, 1988), Международной конференции "Клеточная патология и фармакология" (Будапешт, ВНР, IS88), Международном симпозиуме "Лектшш" (Прага, ЧССР, 1988), Всесоюзном симпозиуме "Одиночные ионные каналы" (Кара-Даг, 1989), Ызвдународном симпозиуме "Тран спорт ионов и механизмы его рогуляцнв" (Тбилиси, 1989), научных конференциях Института экспериментальной биологии АН Арм.ССР.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 335 стра