CC BY
8
Since 1999
The journal of scientific articles
Health
& millennium
Education
УДК 57.034 http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7425-2018-20-9-116-118
ОКОЛОЧАСОВЫЕ РИТМЫ ИНТЕНСИВНОСТИ СИНТЕЗА РНК И БЕЛКОВ В ПОПУЛЯЦИЯХ НЕЙРОНОВ РАЗНЫХ ОТДЕЛОВ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ КРЫС И ИХ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ С СУТОЧНЫМИ РИТМАМИ ТРАНСКРИПЦИИ И ТРАНСЛЯЦИИ Мустафин А.Г. ФГБОУВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова», г. Москва, Российская Федерация Аннотация. В изученных отделах нервной системы крыс отчетливо можно выделить две группы популяций нейронов с характерным временным расположением акрофаз активности хроматина. Активность генома невроцитов осуществляется импульсно и периодически, формирование суточного ритма активности генетического и белоксинте-зирующего аппаратов нейронов происходит за счет вхождения отдельных групп клеток в процессы, обеспечивающие транскрипцию и трансляцию, в колебательном режиме. Ключевые слова: ультрадианные и суточные ритмы, синтез РНК и белков, популяции нервных клеток, разные отделы нервной системы крыс. ULTRADIAN RHYTHMS OF RNA AND PROTEIN SYNTHESIS IN NERVE CELLS POPULATION OF DIFFERENT PARTS OF RATS NERVOUS SYSTEMS AND ITS INTERATION WITH DIURNAL RHYTHMS OF TRANCRIPTION AND TRANSLATION Mustafin A. G. Pirogov Russian national research medical university, Moscow, Russian Federation Annotation. It is determined that in the studied parts of the nervous system of rats you can clearly distinguish two groups ofpop-ulations of neurons with the temporary location of the acro-phases activity of chromatin. Activity of the neurocytes genome is pulse and periodically, the formation of a daily rhythm of activity of genetic and protein synthesis apparatus of neurons is due to the occurrence of distinct groups of cells in transcription and translation processes in oscillation mode. Key words: Daily and ultradian rhythms, synthesis of RNA and proteins, population of nerve cells, different parts of the nervous system.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК [1] Биологические ритмы. Т. 2 / Под ред. Ю. Ашоффа. -Москва: Мир, 1984. - 414 с.1 [2] Судаков К.В. Интегративная деятельность нейрона: специфика и пластичность системных механизмов. // Журн. высш. нервн. деятельности. 1993. Т.43. вып.2 с. 289-300. [3] Бродский В.Я., Нечаева Н.В. Ритм синтеза белка. - М.: Наука, 1988,- 240с [4] Романов Ю.А., Междисциплинарный характер исследований временной организации биологических систем и их значение для медицины. // Биология и медицина / Под ред. Ю.А. Овчинникова. - М., 1985. - с. 90103 [5] Koseska A., Ullner E., Volkov E., Kurths J., Garcia-Ojalvo J. Cooperative differentiation through clustering in multicellular populations // J. Theor. Biol. — 2010. — Vol. 263. — P. 189-202. [6] Рыбаков В.П. Клеточно-популяционные закономерности механизма формирования суточного ритма репродукции клеток. Автореф дисс. докт. мед. наук. М.1991 REFERENCES [1] Biologicheskie ritmy. T. 2 / Pod red. YU. Ashoffa. - Moskva: Mir, 1984. - 414 p.1 [2] Sudakov K.V. Integrativnaya deyatel'nost' nejrona: spetsi-fika i plastichnost' sistemnykh mekhanizmov. // ZHurn. vyssh. nervn. deyatel'nosti. 1993. T.43. vyp.2 p. 289-300. [3] Brodskij V.YA., Nechaeva N.V. Ritm sinteza belka. - M.: Nauka, 1988,- 240p. [4] Romanov YU.A., Mezhdistsiplinarnyj kharakter issledo-vanij vremennoj organizatsii biologicheskikh sistem i ikh znachenie dlya meditsiny. // Biologiya i meditsina / Pod red. YU.A. Ovchinnikova. - M., 1985. - p. 90-103 [5] Koseska A., Ullner E., Volkov E., Kurths J., Garcia-Ojalvo J. Cooperative differentiation through clustering in multicellular populations // J. Theor. Biol. — 2010. — Vol. 263. — P. 189-202. [6] Rybakov V.P. Kletochno-populyatsionnye zakonomer-nosti mekhanizma formirovaniya sutochnogo ritma repro-duktsii kletok. Avtoref diss. dokt. med. nauk. M.1991 [7] Brodskij V.YA., Dubovaya N.D., Zvezdina T.K., Fateeva V.I., Mal'chenko L.A. Dofamin dezorganizuet ritm sinteza belka, narushaya samoorganizatsiyu gepatotsitov in vitro.
---■—
Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК
The Journal of scientific articles "Health and Education Millennium", 2018. Vol. 20. No 9
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7425-2018-20-9
—--—-
[7] Бродский В.Я., Дубовая Н.Д., Звездина Т.К., Фатеева В.И., Мальченко Л.А. Дофамин дезорганизует ритм синтеза белка, нарушая самоорганизацию гепатоци-тов in vitro. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2013. - Т. 156, № 7. - С. 48-50._
Околочасовые ритмы отражают особенности протекания основных физиологических процессов, могут характеризовать механизмы краткосрочных физиологических реакций организма животных и осуществляться на разных уровнях их организации [1]. Современные молекулярные исследования свидетельствуют, что возбуждение посредством вторичных и третичных посредников распространяется вглубь цитоплазмы и ядра нервной клетки и оказывает влияние на процессы синтеза белков и РНК. Экспрессируемые геномом нейронов генные продукты включаются в системные реакции различного качества, определяя молекулярную интеграцию деятельности нейрона [2]. Основываясь на собственных и литературных данных В.Я. Бродский [3] характеризует выявленные ритмы с периодом около 1 ч (околочасовые ритмы) количественных изменений белков как фундаментальное общеклеточное свойство. Ультрадианные ритмы связаны с цикличностью метаболических процессов и, тем самым, являются эндогенными. Многообразие ритмических процессов, протекающих в биологических объектах и согласованных во времени между собой и с изменяющимися условиями внешней среды, рассматривается как временная организация живых систем [4, 5].
Целью проведенного нами исследования являлось изучение околочасовых ритмов включения меченного уридина и лейцина в суммарные РНК и белки клеток разных отделов нервной системы крыс.
Эксперимент поставлен на 350 крысах-самцах линии Wistar массой около 170-210 г, содержавшихся в стандартных условиях при фоторежиме 12:12 часов (свет с 8 до 20 час). Животных (по 3-4 на каждую временную точку исследования) забивали с 15-минутными интервалами на протяжении суток. Для изучения интенсивности транскрипции и трансляции брали спинномозговые и краниальные шейные симпатические ганглии; поясничное утолщение спинного мозга; кору мозжечка; супрахиазматические ядра гипоталамуса; зрительную и сенсомоторную области коры большого мозга. Срезы указанных органов культивировали in vitro. Часть срезов каждого органа инкубировали с 3Н-уридином, вторую половину - с 3Н-лейци-ном. Интенсивность синтеза суммарных РНК и белков регистрировали методом жидкостной сцинтилляцион-ной авторадиографии. Рассчитывали абсолютное и относительное включение изотопов в суммарные РНК и белки. Параметры активности синтеза первичных генных продуктов изучали на протяжении 22 ч с 0800 до 0600 ч. Полученные данные были обработаны методом
Byulleten' eksperimental'noj biologii i meditsiny. - 2013. - T. 156, № 7. - p. 48-50.
спектрального анализа с использованием пакета программ обработки временных последовательностей.
Максимальная интенсивность включения 3Н-ури-дина клетками спинномозговых ганглиев приходится на 21 ч 15 мин, а 3Н-лейцина - на 11 ч 45 мин, минимальная - в начале и в конце светового периода соответственно (Б <0,01). С помощью программы для выявления скрытых периодичностей обнаружены колебания матричной активности хроматина с периодами 11,5 ч (амплитуда равна 23,4%), 2,5 ч (амплитуда равна 8,9%), и 55 мин (амплитуда равна 3,6%). Колебания активности белоксинтетического аппарата составили 12,5, 3,5 ч и 79 мин (амплитуды равны 33,9, 12,7 и 1,9% соответственно). Сопоставление суточного ритма и периодов ультрадианных ритмов клеток спинномозговых узлов крыс показало, что в активной фазе суточного ритма активности генетического аппарата период околочасовой составляющей был равен 39,5±3,6, а в пассивной фазе суточного ритма - 56,0±4,2 мин. (Б <0,02). В то же время период околочасовой составляющей активности белоксинтетического аппарата был равен в активную фазу ритма 70,7±6,8, а в пассивную 42,0±5,7 мин ^ <0,01). Околочасовая составляющая в активную фазу суточных ритмов синтеза первичных генных продуктов отличается длительностью периода от пассивной фазы ритма. Наличие подобных гармоник показывает, что активность генома осуществляется импульсно и периодически. Так же можно высказать предположение о том, что при формировании суточного ритма активности генетического и белоксин-тезирующего аппаратов отдельные группы клеток разных отделов нервной системы крыс входят в процессы, обеспечивающие транскрипцию и трансляцию в колебательном режиме. Это согласуется с данными ряда авторов, показавших ритмичность активности клеток ряда органов [6, 7].
Для срезов краниальных шейных симпатических ганглиев, поясничного утолщения спинного мозга; коры мозжечка; супрахиазматических ядер гипоталамуса так же, как и в спинномозговых узлах максимальная интенсивность включения 3Н-уридина приходится на начало темнового периода суток, а 3Н-лейцина - на конец темнового и начало светового периода суток. Обнаружены так же колебания матричной активности хроматина с периодами 11-12,0 ч (амплитуда равна 1013,5%), 2,6-3,5 ч (амплитуда равна 18,9%), и 56-48 мин (амплитуда равна 2,8-5,6%). Периодики интенсивности включения 3Н-лейцина составили 11,6-12,9, 2,9-3,7
---■—
Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК
~ 117 ~
The Journal of scientific articles "Health and Education Millennium", 2018. Vol. 20. No 9
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7425-2018-20-9 —--—
ч и 37-53 мин (амплитуды равны 25,6-32,9, 11,5-13,7 и 1,5-3,2% соответственно).
Максимальные значения относительного включения 3Н-уридина срезами соматосенсорной коры отмечены в начале светового периода суток (0800-1200 ч). Минимальные значения обнаружены в остальные исследованные часы суток (Р <0,01). Ультрадианные периодики составили 9,2, 3,7 ч и 44 мин (амплитуды -16,8, 9,7 и 2,3% соответственно). Ритмическая активность функционирования белоксинтезирующего аппарата характеризуется достижением максимальных значений ближе к середине темнового периода суток (0130-0600 ч, Р <0,01). Показаны так же 11,2, 4,3 часовые и 52 минутные периодики (амплитуды - 18,9, 10,2 и 1,8% соответственно). В активной фазе суточного ритма матричной активности хроматина наименьший период ультрадианной составляющей (49,3 мин) был на 22% выше, чем в пассивной фазе суточного ритма (38,3 мин.). В темный период суток минимальный период ультрадианной составляющей интенсивности трансляции был равен 48,5 мин, а в дневные часы суток - 54,4 мин. Суточная динамика активности генома клеток срезов зрительной коры сходна с таковой, для со-матосенсорной коры головного мозга крыс.
Таким образом, в изученных отделах нервной системы крыс отчетливо можно выделить две группы популяций нейронов с характерным временным расположением акрофаз активности хроматина. Биоритмологические характеристики ритмов активности хроматина имеют свои особенности в клеточных системах, отличающихся функционально и по положению: максимальные уровни экспрессии генов клеток спинномозговых узлов супрахиазматических ядер гипоталя-муса, краниальных шейных симпатических ганглиев, коры мозжечка и спинного мозга соответствуют по срокам повышенному уровню активности крыс (ночные часы суток); максимальные уровни экспрессии генов нейронов зрительной и соматосенсорной областей коры большого мозга соответствуют по времени дневной рецепции света. Активность генома невроцитов осуществляется импульсно и периодически, формирование суточного ритма активности генетического и бе-локсинтезирующего аппаратов нейронов происходит за счет вхождения отдельных групп клеток в процессы, обеспечивающие транскрипцию и трансляцию, в колебательном режиме.
---■—
Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК
~ 118 ~
