Введение к работе
Актуальность проблемы. Более полувека продолжавшаяся гонка ядерного вооружения, широкое использование атомной энергии, аварийные ситуации на предприятиях атомной энергетики привели к накоплению огромных объемов радиоактивных отходов в биосфере, на специальных предприятиях по переработке и хранению отработавшего радиоактивного топлива. Эти обстоятельства являются причиной повышения радиационного фона, серьезного ухудшения экологической ситуации особенно в районах аварий и действующих ядерных объектов. К числу таких экологически неблагополучных зон по радиационному фону относится и Красноярский край, на территории которого действуют хранилище радиоактивных отходов, горно-химический комбинат, ядерный реактор, долгое время сбрасывающий охлаждающие воды в реку Енисей.
Ранние биологические эффекты воздействия ионизирующих излучений на биоструктуры включают повреждение ДНК, мРНК, мембран клеток. В их основе лежат молекулярно-биохимические механизмы, приводящие к развитию таких радиационных эффектов как повреждение генетического материала, гибель клеток и канцерогенез (Коггл, 1986).
В конечном итоге радиация в сочетании с промышленными токсикантами, сельскохозяйственными химикатами, социальными стрессами и т.д. оказывают прямое поражающее действие на клетки иммунной системы и системы кроветворения, а также процессы их созревания и взаимодействия, что проявляется высоким уровнем заболеваемости и смертности живых организмов, нарастанием миграционных процессов населения и падением трудового потенциала в экологически неблагоприятных регионах. В связи с этим ранняя диагностика и коррекция патологических изменений в живом организме является одной из актуальных задач современной экологии, физиологии и медицины.
в настоящее время накоплены убедительные доказательства тому, что наиболее тонким и чувствительным индикатором экологического влияния на организм человека является состояние иммунного гомеостаза. Прямая регистрация ранних радиационных эффектов возможна по количественным параметрам системы гемо- и иммунопоэза (Петров, Зарецкая, 1965; Романенко, 1991).
Субпопуляция клеток системы иммуногенеза - нормальных киллеров аутологических эритроцитов (НКАЭ) ответственна за процесс распознавания и разрушения старых функционально неполноценных эритроцитов, динамика ее численности зависит от уровня стресс-воздействия (Крупина и др., 1977; Пухова, 1979). Увеличение численности НКАЭ в крови при стресс-воздействиях сопровождалось усилением процессов диереза, эритропоэза и являлось индикатором стрессового состояния (Клемпарская , 1982; Трофимович, 1982).
Механизмы участия НКАЭ в гемопоэзе связаны с первичным процессом деструкции эритроцитов, заканчивающимся процессингом их в макрофагах, которые, как известно, являются продуцентами эритропоэзстимулирующего фактора (Rich, 1982). Действие его на стволовую кроветворную клетку приводит к активизации процессов пролиферации и дифференцировки последней в эритроидном направлении, конечным этапом которых является формирование функционально полноценных эритроцитов. Стволовые кроветворные клетки (СКК) и НКАЭ относятся к числу наиболее чувствительных клеток к стресс-воздействию (Переверзев, 1986; Пухова и др., 1979) и их поражение является угрожающим для жизнедеятельности организма.
Таким образом, очевидным становится предположение о том, что в замкнутой цепи процессов регуляции гомеостаза эритроцитарного звена нормального кроветворения субпопуляция НКАЭ играет не только роль клеток-киллеров на конечном этапе существования и функционирования эритроцита, но является и одним из регуляторных факторов эритропоэза.
Цель и задачи работы. Цель работы состояла в исследовании роли одного из ведущих факторов адаптации - субпопуляции НКАЭ в механизмах пролиферации и дифференцировки стволовой кроветворной клетки в эритроидном направлении.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- исследовать природу субпопуляции НКАЭ;
- определить на экспериментальной модели Тилла и МакКуллоха
количественные закономерности зависимости активности
колониеобразования в селезенке от численности популяции НКАЭ в
трансплантируемой суспензии клеток костного мозга;
- изучить закономерности динамики численности субпопуляции НКАЭ
центральных и периферических органов иммунитета,
взаимодействующей с разновозрастными клетками эритроидного ряда
при колониеобразовании в селезенке.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Субпопуляция НКАЭ принадлежит к популяции ранних
предшественников Т-лнмфоцитов с SC-1+Thy-l+ фенотипом.
2. Содержание НКАЭ в трансплантате и динамика численности
НКАЭ в крови и органах в организме летально облученных мышей-
реципиентов предопределяют активность колониеобразования в селезенке и
динамику ретикулоцитарной активности.
3. Субпопуляция НКАЭ является регуляторным звеном в клеточных
кооперативных взаимодействиях, обеспечивающих эритроидныи путь
дифференцировки СКК при сгрессорных воздействиях на организм.
Научная новизна работы:
- впервые показано, что НКАЭ полностью локализуются в неприлипающей
фракции клеток костного мозга и представлены в основной массе SC-
l*Thy-l+ клетками, что позволяет отнести их к ранним предшественникам
Т-лимфоцитов; это подтверждено наличием у НКАЭ, выделенных из
мононуклеаров периферической крови человека, рецептора ИКО-10,
определяемого МКА ИКО-10, который вьывляется и на ранних предшественниках Т-лимфоцитов;
- впервые получены количественные характеристики взаимосвязи НКАЭ со
стволовой кроветворной клеткой на уровне колониеобразующих единиц
селезенки (КОЕс), обеспечивающая регенерацию эритроидного ростка
кроветворения;
- впервые изучены закономерности динамики численности НКАЭ в
периферической крови, тимусе, костном мозге и селезенке летально
облученных животных без или с последующей трансплантацией им клеток
костного мозга с присутствием или отсутствием в них НКАЭ.
Научная значимость работы: Результаты исследований обнаружили закономерное поведение популяции НКАЭ в период образования колоний в селезенке и восстановления гемопоэза. Выявлено, что активность процессов колониеобразования и эритропоэза зависит от численности НКАЭ, которая, судя по временным характеристикам динамики, является предопределяющей в этих процессах. Выявленные закономерности подтверждают, что субпопуляция НКАЭ ответственная за деструкцию старых функционально неполноценных эритроцитов обладает хелперным действием на стволовую кроветворную клетку, опосредованным через продукты взаимодействия со старыми эритроцитами, процессированными макрофагами и играет важную роль в формировании физиологических механизмов адаптации.
Практическая значимость работы. Результаты работы представляются значимыми для фундаментальных исследований закономерностей функционирования компенсаторных механизмов организма в условиях воздействия экологических стресс-факторов, разработки методов ранней диагностики, контроля и регуляции продукции клеток эритроидного ряда для компенсации потребностей организма в норме и при патологии. Результаты исследований роли субпопуляции НКАЭ в процессе регуляции
эритроидного направления пролиферации и дифференцировки СКК используются в материалах лекционного курса "Иммунология", читаемом в Красноярском государственном университете.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и представлены на Первом съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1986), Всесоюзной конференции с международным участием "Стволовая кроветворная клетка в норме и при патологии" (Новосибирск, 1988), Первом Всесоюзном иммунологическом съезде (Сочи, 1989), Всесоюзной школе "Молекулярно-клеточные механизмы иммунной регуляции гомеостаза и проблемы математического моделирования" (Шушенское, 1990), на научной конференции "Механизмы адаптации организма" (Томск, 1996).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, включенных в прилагаемый перечень.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и списка цитированной литературы.
Объем диссертации составляет 131 машинописную сграницу,включая 2 таблицы, 29 рисунков. Список цитируемой литературы насчитывает 142 наименования.