Введение к работе
Актуальность темы. Под действием света в организме животного осуществляются важные фотобиологические процессы. Суточные и годовые колебания интенсивности света являются внешними факторами, регулирующими сон, двигательную активность, покой, рост, размножение, линьку. В ходе эволюции выработались приспособления для полезного использования световой энергии. Поэтому изменения спектрального состава света или светового режима могут вызвать патологические реакции и повлиять на скорость старения. Было обнаружено, что увеличение длины светового дня или интенсивности света приводит к значительному снижению продолжительности жизни у экспериментальных животных (Москалев и др., 2006; Massie et al., 1993; Majercak, 2002; Sheeba et al., 2000; Anisimov et al., 2004; Vinogradova et al., 2009), однако механизмы этого влияния изучены слабо. Предполагается, что изменение длительности светового дня влияет на общий уровень метаболизма и выработку свободных радикалов, что существенно модифицирует репродуктивную и иммунную функции организма, развитие возрастной патологии, в конечном счете, сказываясь на продолжительности жизни (Анисимов, 2003). В то же время, генетические механизмы (роль отдельных генов) при влиянии света на продолжительность жизни прежде не были изучены.
В настоящее время интерес к изучению механизмов влияния света на продолжительность жизни усилился в связи с возникшей проблемой светового загрязнения искусственными источниками освещения, свойственной большим городам. У людей искусственный свет в ночное время влияет на регуляторные процессы, отвечающие за сон, вызывает желудочно-кишечные и сердечно-сосудистые заболевания, нарушения обмена веществ и репродуктивной системы, увеличивает риск развития онкологических заболеваний (Anisimov et al., 2006; Vinogradova et al., 2009). Исследование механизмов влияния света на продолжительность жизни является актуальным для жителей северных широт, где наряду с другими неблагоприятными факторами (перепады температуры, давления, нерегулярно меняющаяся геомагнитная активность) имеют место длительные периоды «белых ночей» и «полярной ночи», что также негативно сказывается на здоровье населения и вносит свой вклад в изменение продолжительности жизни.
Удобным объектом для изучения генетических механизмов влияния светового режима на продолжительность жизни, на наш взгляд, является плодовая мушка Drosophila melanogaster, наиболее изученный в генетическом отношении модельный организм. Имеются данные, свидетельствующие об эволюционной консервативности основных регуляторных путей, контролирующих продолжительность жизни в ряду от дрожжей до млекопитающих (Kramer, 2003; Kenyon, 2005; Soti, Csermely, 2007; Puig, 2010). Используя мутантные линии дрозофилы, несущие измененную активность различных генов, можно выявить роль определенных генов в реакции организма на изменение длины светового дня. Подобные исследования на человеке трудновыполнимы, а на млекопитающих - очень дорогостоящие. Кроме того, короткий жизненный цикл, малая продолжительность жизни (3-4 месяца), легкость содержания в лабораторных условиях, удобство проведения генетических экспериментов также делает дрозофилу удобной моделью для данных исследований.
Цель и задачи исследования. Цель исследований заключалась в изучении генетических механизмов влияния различных условий освещения на продолжительность жизни Drosophila melanogaster. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
1) исследовать динамику смертности имаго лабораторной линии дикого типа Canton-S при различной интенсивности и длительности освещения;
-
изучить роль генов Sod, mus209, mus210, dSir2, транскрипционного фактора FOXO, белков теплового шока семейства 70 в изменении продолжительности жизни Drosophila melanogaster при различных условиях освещения;
-
выявить действие антиоксиданта мелатонина на продолжительность жизни различающихся по генотипу имаго Drosophila melanogaster в связи с влиянием различных условий освещения.
Связь работы с научными программами. Исследования проводились в течение 2005-2010 гг. в рамках бюджетных тем Отдела радиоэкологии Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Проведенные исследования были поддержаны грантом РФФИ на 2008-2010 гг., грантом президента РФ для молодых докторов наук, грантами Президиума РАН по целевым программам «Молекулярная и клеточная биология» и «Фундаментальные науки -медицине» на 2009-2011 гг., Молодежным научным грантом УрО РАН на 2009-2010 гг.
Теоретическая значимость и научная новизна работы. Показано, что снижение активности систем детоксификации свободных радикалов и экс-цизионной репарации ДНК у дрозофил вызывает уменьшение продолжительности жизни в условиях постоянного освещения. Данный факт говорит о том, что образование дополнительного количества активных форм кислорода и повреждение молекулы ДНК вносит непосредственный вклад в изменение продолжительности жизни на свету. Показан FOXO-зависи-мый механизм увеличения продолжительности жизни дрозофил в темноте. Предложена концептуальная модель механизмов влияния изменения длины светового дня на продолжительность жизни дрозофилы. Полученные результаты внесли новый вклад в понимание генетических механизмов влияния условий освещения на продолжительность жизни.
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы при разработке рекомендаций по снижению негативных последствий для здоровья населения светового загрязнения в крупных населенных пунктах, а также «полярного дня» и «полярной ночи» в условиях Крайнего Севера. Поскольку исследованные гены имеют место и у человека, кодируемые ими белки могут служить новыми мишенями для разработки фармакологических средств, снижающих неблагоприятные последствия искусственного увеличения длины светового дня или нарушения циркадных ритмов у человека.
Личный вклад автора. Соискатель принимал участие в постановке и решении задач исследования, в проведении экспериментальных работ, сборе материала (оценка смертности, измерение плодовитости), статистической обработке данных, анализе и обобщении полученных результатов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных конференциях молодых ученых Института биологии и Института физиологии Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар, 2005-2007, 2009, 2010 гг.); на научной конференции молодых ученых Института геронтологии АМН Украины (Киев, 2009 г.); на 13 международном конгрессе Международной ассоциации биогеронтологов (Квебек, Канада, 2009); на международной научной конференции «Генетика продолжительности жизни и старения» (Сыктывкар, 2010 г.); на VIII международной конференции «Биоантиоксидант» (Москва, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 работы, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах из списка изданий, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы, содержащего 211 работ, в том числе 162 публикации зарубежных авторов. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста и содержит 5 таблиц и 38 рисунков.
