CC BY
41
МЕДИКО-БМОЛОГИНЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
Роль пептидов эпифиза в регуляции циркадианного ритма пролиферации эпителия пищевода
С.М.Слесарев
Ульяновский государственный университет, кафедра общей биологии (зав. кафедрой - проф. В.Ф.Сыч)
Суточная динамика пролиферации эпителия пищевода белых крыс характеризуется циркадианной ритмичностью. Ми-тотическая активность эпителия пищевода синхронизирована с суточным свето-темновым циклом. Активная фаза ритма пролиферации отмечается в дневные часы. Эпифизэктомия вызывает исчезновение циркадианного ритма пролиферации эпителия пищевода у подопытных животных, а введение пептидов эпифиза приводит к восстановлению циркадианного ритма.
Ключевые слова: циркадианный ритм, пролиферация, эпифизэктомия, пептиды эпифиза
Effect of peptide pineal gland on the circadian rhythm of proliferation of the gullet epithelium
S.M.Slesarev
Ulyanovsk State University, Department of General Biology (Head of the Department - Prof. V.F.Sych)
I Daily dynamics of proliferation of the gullet epithelium in white rats is characterized by a circadian rhythm. The mitotic activity of the gullet epithelium has synchronization with diurnal light-dark cycle. The active phase of proliferation is observed in the day time. Pinealectomy causes the disappearance of the circadian rhythm proliferation of the gullet epithelium in white rats. Pineal polypeptide treatment restores the circadian rhythm proliferation of the gullet epithelium in white rats. Key words: circadian rhythm, proliferation, pinealectomy, pineal polypeptides
Известно, что являясь фундаментальным свойством живой материи, биоритмы проявляются на всех уровнях ее организации. В зависимости от продолжительности периода колебания биоритмы организма подразделяют на высокочастотные (период колебаний менее 0,5 ч), ритмы со средней частотой колебания или ультрадианные (период 0,5-20 ч), циркадианные (период 20-28 ч), инфрадианные (период 28-60 ч), а также низкочастотные ритмы с периодом колебаний более 2,5 сут [1]. Среда, в которой существует организм, подвержена периодическим изменениям, задающим ритм активности нервной и эндокринной систем, что формирует ритм остальных функций организма, в том числе проли-феративных систем различных тканей и органов. Из всех факторов внешней среды стабильно во времени изменяется только продолжительность светового дня. Поэтому циркадианные ритмы организма синхронизированы с продолжительностью фотопериода.
Для корреспонденции:
Слесарев Сергей Михайлович, кандидат биологических наук, доцент кафедры общей биологии Ульяновского государственного университета Адрес: 432017, Ульяновск, ул. Карла Либкнехта, 1 Институт медицины экологии и физической культуры Телефон: (8422) 32-7322 E-mail: gistology@ulsu.ru
Статья поступила 28.03.2008 г., принята к печати 25.02.2009 г.
Непосредственное участие в синхронизации функций организма с фотопериодом принимает эпифиз [2], который трансформирует нервный импульсный ответ на световой раздражитель в эндокринный сигнал. В настоящее время ритмогенную функцию эпифиза связывают с продукцией мелатонина [3], синтез и секреция которого имеют циркадианный характер [4]. Помимо мелатонина эпифиз продуцирует комплекс биологически активных пептидов, ритмогенная роль которых до сих пор оставалась неизученной. Ранее нами была показана возможность формирования циркадианного ритма пролиферации эпителия крипт тощей кишки эпифизэктомированных белых крыс путем совместного введения мелатонина и пептидов эпифиза [5]. Целью настоящей работы явилось изучение непосредственного вклада биологически активных пептидов эпифиза в регуляцию циркадианного ритма пролиферации.
Материалы и методы
Опыты выполнены на 270 самцах беспородных белых крыс массой 170-200 г. Животных в течение двадцати дней адаптировали к режиму освещения «12 ч свет: 12 ч темнота» (свет с 600 до 1 800). Доступ к пище и воде был свободным. Животных разделили на три экспериментальные группы: ин-тактные контрольные, эпифизэктомированные и эпифизэк-томированные с последующей инъекцией уксуснокислого
Роль пептидов эпифиза в регуляции циркадианного ритма пролиферации эпителия пищевода
экстракта пептидов эпифиза эпиталамина. По истечении адаптационного периода к режиму освещения была произведена эпифизэктомия путем резекции участка теменной кости с подлежащим эпифизом. Начиная с 27-го дня после эпифизэктомии части эпифизэктомированных животных в течение двух недель ежедневно во время смены световой фазы суток на темновую (1 800) вводили внутрибрюшинно эпиталамин в дозе 2,5 мг/кг. Декапитацию животных проводили на 40-й день после эпифизэктомии под эфирным наркозом в течение двух суток с интервалом в три часа.
С целью выявления регуляторного влияния пептидов эпифиза на формирование циркадианного ритма пролиферации эпителия пищевода определяли суточную динамику митоти-ческого индекса (МИ) у эпифизэктомированных животных после введения эпиталамина. Контролем служили группы ин-тактных и эпифизэктомированных животных. Пищевод фиксировали в течение 1 ч в жидкости Карнуа, обезвоживали в спиртах и заключали в парафин. Поперечные срезы пищевода толщиной 5-6 мкм окрашивали гематоксилином и эозином. Окрашенные срезы заключали в канадский бальзам. Учет количества делящихся клеток производили в базальном и шиповатом слоях эпителия. Статистическую обработку результатов проводили с использованием метода Фише-ра-Стьюдента. Выявление циркадианного и ультрадианного ритмов пролиферации, а также определение их периодов осуществлялось методом спектрального анализа значений МИ.
Результаты исследования и их обсуждение
Спектральный анализ значений МИ эпителия пищевода интактных животных показал наличие циркадианного (период 21,5 ч) и ультрадианного (период 9,5 ч) ритмов пролиферации. Активная фаза циркадианного ритма пролиферации приходилась на последние ночные и преимущественно дневные часы (рис. 1). Акрофаза ритма отмечалась в 9 ч первых суток и 6 ч вторых суток эксперимента, достоверно превышая минимальные значения МИ в 24 ч (первые сутки) и в 12 ч (вторые сутки) соответственно (р < 0,001). Митотическая активность эпителия пищевода в световой фазе фотопериода (12,3 ± 2,5%о) превышала (р < 0,05) таковую в темновой фазе (5,9 ± 1%). Приведенные данные свидетельствуют о том, что динамика МИ эпителия пищевода интактных животных имеет характер монофазного суточного ритма, скоррелиро-ванного с режимом освещения.
Эпифизэктомия привела к исчезновению циркадианного ритма МИ эпителия пищевода, что показали результаты спектрального анализа. В то же время обнаружился выраженный ультрадианный ритм с периодом около 11 ч. Колебания МИ эпителия пищевода эпифизэктомированных животных на протяжении двух суток не имели какой-либо связи с фоторежимом (рис. 2). На общем монотонном фоне изменений МИ наблюдалось четыре статистически достоверных подъема (р < 0,05) с максимумами митотической активности в 24 ч и 12 ч (первые сутки), а также в 21 ч и 9 ч (вторые сутки). Уровень пролиферации эпителия пищевода эпифизэктомированных животных был таким же, как у интактных (р > 0,05). Среднесуточные значения МИ интактных и эпифизэктомированных животных составили 9,27 ± 1,36% и 8,45 ± 0,97% соответственно. Пролиферативная активность
МИ
Время, ч
Рис. 1. Динамика МИ эпителия пищевода интактных контрольных животных.
(- МИ, М±т;----сглаженная кривая).
МИ
Время, ч
Рис. 2. Динамика МИ эпителия пищевода эпифизэктомирован-ных животных.
(- МИ, М±т;----сглаженная кривая).
в световой (9,85 ± 1,7%) и темновой (9,2 ± 1,75%) фазах фотопериода не имела статистически достоверных (р > 0,05) отличий. Таким образом, удаление эпифиза привело к исчезновению циркадианного ритма пролиферации на 40-е сутки после эпифизэктомии. У эпифизэктомированных животных динамика МИ характеризуется только ультрадианной ритмичностью.
Введение пептидов эпифиза эпифизэктомированным животным привело к формированию циркадианного ритма пролиферации эпителия пищевода. Методом спектрального анализа были выявлены две составляющие ритма МИ: циркади-анный (период 21,5 ч) и ультрадианный с периодом около 9 ч.
Циркадианный ритм МИ эпифизэктомированных животных после введения пептидов эпифиза имел характер монофазного ритма с максимумом деления клеток в 9 ч как в течение первых, так и вторых суток опыта и минимумом в 24 ч первых и в 3 ч вторых суток (р < 0,001). Возрастание митотической активности происходило в последние ночные и преимущественно дневные часы на протяжении как первых, так и
С.М.Слесарев / Вестник РГМУ, 2009, №2, с. 62-64
МИ
Время, ч
Рис. 3. Динамика МИ эпителия пищевода эпифизэктомирован-ных животных после введения пептидов эпифиза.
(- МИ, М±т;----сглаженная кривая).
вторых суток (рис. 3). Длительность активной фазы ритма восстановилась до уровня близкого к показателям животных контрольной группы. Акрофаза ритма наблюдалась в 9 ч как первых, так и вторых суток опыта. Смещение акрофазы на 3 ч наблюдалось только во вторые сутки эксперимента.
Особенности биоритмологического процесса обнаружили сходство с таковыми у интактных животных, что подтверждается также характером сглаженной кривой (см. рис. 1, 3). У эпифизэктомированных животных, которым вводили пептиды эпифиза, среднесуточное значение МИ не имело статистически достоверных отличий (р > 0,05) от значения соответствующего показателя интактных и эпи-физэктомированных животных. В то же время динамика МИ, в отличие от эпифизэктомированных животных, характеризовалась наличием циркадианного ритма. При этом доля клеток, делящихся в световой фазе фотопериода (11,2 ± 2,3%о), достоверно (р < 0,05) превышала таковую в темновой фазе (3,9 ± 0,45%).
Выводы
Таким образом, формирование циркадианного ритма пролиферации эпителия пищевода осуществляется при участии эпифиза. Это подтверждается исчезновением циркадианно-го ритма МИ после эпифизэктомии и его восстановлением в результате введения эпифизэктомированным животным пептидов эпифиза. Эпифиз продуцирует биологически ак-
тивные вещества двух типов - индоламины (мелатонин и се-ротонин) и олигопептиды, взаимодействие которых в организме до настоящего времени является дискуссионным вопросом. Предполагается, что ритмогенные свойства пептидов эпифиза могут быть связаны с их способностью формировать ритм продукции мелатонина [6]. Однако восстановление циркадианного ритма пролиферации в результате введения пептидов эпифиза эпифизэктомированным животным указывает на то, что ритмогенными свойствами обладают непосредственно пептиды эпифиза.
Изучению свойств отдельных эпифизарных пептидных компонентов посвящены единичные работы, указывающие на важную роль биологически активных пептидов эпифиза в реализации функций железы. Некоторые фракции эпифизарных пептидов оказываются физиологически чрезвычайно активными, превосходя эффект мелатонина в десятки раз [7]. Однако роль биологически активных пептидов эпифиза в организме изучена недостаточно. Во многом это обусловлено тем, что до настоящего времени не идентифицировано большинство полипептидных продуктов железы. Открытым остается вопрос о механизме действия пептидов эпифиза на формирование циркадианного ритма пролиферации.
Литература
1. Дедов И.И., Дедов В.И. Биоритмы гормонов. - М.: Медицина, 1992. - 256 с.
2. Арушанян Э.Б. Комплексное взаимодействие супрахиазматических ядер гипоталамуса с эпифизом и полосатым телом - функционально единая система регуляции суточных колебаний поведения // Журн. высш. нервн. деят. - 1996.
- Т. 46. - №1. - С.15-22.
3. Schuhler S., Pitrosky B., Kirsch R., Pevet P. Entraiment of locomotor activity rhythm in pinealectomized adult Syrian hamsters by daily melatonin infusion // Behav. Brain. Res. - 2002. - V.133. - №2. - P.343-350.
4. Gunduz B. Daily rhythm in serum melatonin and leptin lewels in the Syrian hamster (Mesocricetus auratus) // Comp. Biochem. Physiol. A Mol. Integr. Physiol. - 2002.
- V.132. - №2. - P.393-401.
5. Слесарев С.М. Роль биологически активных веществ эпифиза в формировании циркадианного ритма митотического индекса эпителия крипт тощей кишки: Автореф. дис. к.б.н. - Саранск: Мордовский государственный университет, 2002. - 19 с.
6. Коркушко О.В., Хавинсон В.Х., Шатило В.Б., Магдич Л.В. Влияние пептидного препарата эпиталамина на суточный ритм мелатонинобразующей функции эпифиза у людей пожилого возраста // Бюл. экспер. биол. - 2004. - Т.137. -№8. - С.228-229.
7. Семичева Т.В., Гарибашвили А.Ю. Эпифиз - современные данные о физиологии и патологии // Пробл. эндокринол. - 2000. - №4. - С.38-44.
