авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Двигательная активность обонятельных жгутиков земноводных и млекопитающих

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

БЕКУСОВА

Виктория Витальевна

ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ОБОНЯТЕЛЬНЫХ ЖГУТИКОВ

ЗЕМНОВОДНЫХ И МЛЕКОПИТАЮЩИХ

03.03.01 – физиология

03.01.02 – биофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 2010 2

Работа выполнена на кафедре нормальной физиологии ВМедА им. С.М. Кирова Научные руководители:

доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАМН Самойлов Владимир Олегович доктор биологических наук, доцент Бигдай Елена Владимировна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Лапицкий Виктор Петрович доктор биологических наук, профессор Крылов Борис Владимирович

Ведущая организация: Институт цитологии

Защита состоится « 18 » марта 2010 г в 16 часов на заседании Совета Д212.232.10 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт Петербургском государственном университете по адресу 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. А.М. Горького Санкт Петербургского государственного университета

Автореферат разослан « » 2010 г

Ученый секретарь Диссертационного совета Доктор биологических наук, профессор Н.П. Алексеев Общая характеристика диссертации Актуальность проблемы. Изучение механизмов восприятия обонятельных стимулов на уровне периферического (рецепторного) отдела обонятельной сенсорной системы является актуальной проблемой современной физиологии и биофизики, имеет важное значение для медицины, парфюмерии, сельского хозяйства, экологии и бионики. Знание особенностей структуры и функционирования обонятельных клеток необходимо для активного вмешательства при некоторых патологических состояниях органов обоняния, в частности, при аносмиях, регуляции эмоционального состояния и управления поведением животных и человека. Биофизические механизмы узнавания запахов могут быть основой для создания искусственных обонятельных сенсоров при конструировании приборов химического анализа.

Кодирование количественных и качественных параметров обонятельных стимулов обеспечивается различными комбинациями рецепторных клеток обонятельного эпителия, контактирующих с внешней средой посредством подвижных жгутиков (Buck, Axel, 1991). Литературных данных, касающихся исследования подвижности обонятельных жгутиков, крайне мало. Изучению этой проблемы посвящены работы Бронштейна А.А. в 1970-е годы, Mair et al. (1982), Трущенкова В.Г. (1995), Бигдай Е.В. (2004, 2005, 2006), Самойлова В.О. и сотр. (1999 2009).

Полагают, что двигательная активность обонятельных жгутиков обеспечивает активный поиск и обнаружение молекул пахучих веществ (Винников, 1965), способствует контакту с молекулами одорантов, вовлечена в процессы десорбции этих молекул из участков их связывания на мембране жгутиков (Бронштейн, 1966).

Одни авторы считают подвижность обонятельных жгутиков универсальной для всех позвоночных (Бронштейн, 1977;

Бигдай, Самойлов, 2004, 2006), по мнению других, – они неподвижны (Ronnett, Moon, 2002;

Satir, 2007), третьи полагают, что подвижность присуща только жгутикам амфибий, а у млекопитающих они неподвижны (Moran, 1983;

Schild, Restrepo, 1998). Таким образом, мнения о самом факте подвижности обонятельных жгутиков разноречивы, и ясности в этом вопросе нет.

Прижизненная микроскопия высокого качества свидетельствует об упорядочении двигательной активности обонятельных жгутиков под действием различных пахучих веществ (Бигдай, 2004;

Бигдай, Самойлов, 2006;

Руденко, 2007).

Эти изменения не в достаточной степени охарактеризованы количественно и имеют преимущественно описательный характер.

Таким образом, вопросы о наличии подвижности обонятельных жгутиков у млекопитающих, включая человека, и об изменении характера двигательной активности жгутиков под действием одорантов остаются открытыми.

Существует предположение, что подвижность обонятельных жгутиков играет важную роль в обеспечении необычайно высокой чувствительности обонятельного анализатора. Вклад изменений двигательной активности обонятельных жгутиков в нарушения обоняния не исследован. Остаются неизвестными причины аносмии при диабете (Dennis et al., 2005), синдроме Дауна (Chen et al., 2006), болезнях Паркинсона и Альцгеймера (Hawkes, 2003), паросмии и гипосмии при химиотерапии (Muller et al., 2006), вследствие приема некоторых лекарственных препаратов (Doty et al., 2004), депрессиях (Lombion-Pouther et al., 2005). Мы полагаем, что изучение подвижности обонятельных жгутиков в исследованиях патологии обоняния остается без внимания потому, что обонятельные жгутики млекопитающих животных, а также человека считаются неподвижными.

Для изучения роли двигательной активности обонятельных жгутиков в рецепции одорантов необходимо, прежде всего, выяснить, обладают ли жгутики обонятельных клеток различных позвоночных, включая человека, подвижностью и исследовать изменения их двигательной активности под действием пахучих веществ.

Цель исследования: изучить характер двигательной активности обонятельных жгутиков представителей земноводных (лягушки) и млекопитающих (крысы, кролика) животных, а также человека.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить характер двигательной активности обонятельных жгутиков земноводных (лягушки) и млекопитающих (крысы, кролика) животных, а также человека вне действия одорантов.

2. Исследовать характер двигательной активности обонятельных жгутиков земноводных (лягушки) и млекопитающих (крысы, кролика) животных под действием одорантов.

3. Проанализировать различия в подвижности обонятельных жгутиков вне действия одорантов и под их влиянием при помощи разработанной нами методики компьютерного анализа двигательной активности.

4. Изучить участие аденилатциклазы в движениях обонятельных жгутиков вне действия и под действием амилового спирта.

Научная новизна. Впервые с помощью прижизненной телевизионной микроскопии зарегистрирована двигательная активность жгутиков обонятельных клеток млекопитающих животных (крысы и кролика), а также человека. Установлено, что обонятельные жгутики и лягушки, и млекопитающих (крысы, кролика, человека) вне действия одорантов совершают неупорядоченные движения в режиме рыскания.

Разработана новая методика компьютерного анализа двигательной активности отдельных обонятельных жгутиков, с помощью которой удалось объективно оценить упорядочение их двигательной активности в ответной реакции на одоранты у представителей земноводных (лягушки) и млекопитающих (крысы). Впервые проведена количественная оценка изменения частоты движений обонятельных жгутиков под действием одорантов.

При изучении реакций на амиловый спирт с использованием 3’5’ дидеоксиаденозина, специфического ингибитора аденилатциклазы, впервые выявлено участие аденилатциклазы в двигательной активности обонятельных жгутиков лягушки только вне действия одорантов.

Теоретическая и практическая значимость. Работа имеет теоретическое значение для развития физиологии и биофизики обонятельной сенсорной системы, так как углубляет и расширяет представление о роли подвижности жгутиков обонятельных клеток в реакциях на одоранты.

Данные о неупорядоченной двигательной активности обонятельных жгутиков земноводных (лягушки) и млекопитающих (крысы, кролика, человека) вне действия обонятельных стимулов и об упорядочении их движений под влиянием одорантов свидетельствуют о единообразии биомеханических процессов в обонятельных клетках представителей разных классов позвоночных животных, а также человека.

Теоретические положения и выводы из работы могут быть использованы в учебном процессе на кафедрах физиологии и биофизики в высших учебных заведениях медицинского и биологического профилей, а также в разработке новых моделей высокочувствительных искусственных сенсоров и преподавании этих вопросов в технических вузах.

Исследование роли двигательной активности обонятельных жгутиков в обонятельной рецепции позволит глубже вникнуть в патогенез различных форм патологии обоняния, 90% которых, как известно (Овчинников, 1999), связаны с нарушением функционирования рецепторного аппарата обонятельного анализатора.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на Рабочем совещании «Биомеханика-2005» (Санкт-Петербург, 2005), XIX Всероссийском научном совещании «Актуальные проблемы учения о тканях» (Санкт-Петербург, 2006), Международной конференции «МЕТРОМЕД 2007» (Санкт-Петербург, 2007), Международном симпозиуме «Biological motility» (Пущино, 2008), VI Сибирском физиологическом съезде (Барнаул, 2008), XIII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах» (Санкт-Петербург, 2009), VII Всероссийской конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Санкт Петербург, 2009).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методик и результатов исследования, обсуждения, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 163 страницах машинописного текста, в число которых входят 8 таблиц и 40 рисунков. Список литературы включает 261 источник: 48 – на русском и 213 – на иностранных языках.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Подвижность является универсальным свойством обонятельных жгутиков представителей земноводных (лягушек) и млекопитающих (крыс, кроликов) животных, а также человека. В отсутствие одорантов обонятельные жгутики совершают неупорядоченные движения в режиме рыскания. Под действием одорантов двигательная активность обонятельных жгутиков упорядочивается.

2. Одоранты изменяют не только траекторию, но и частоту жгутиковых движений, причем частота колебаний большинства обонятельных жгутиков лягушки увеличивается.

3. Аденилатциклаза принимает участие в обеспечении двигательной активности обонятельных жгутиков лягушки, но только вне действия одорантов.

Материалы и методы Приготовление препаратов. Опыты проводили на изолированной обонятельной выстилке самцов лягушки Rana temporaria, белых беспородных лабораторных крыс и кроликов. Кроме того, исследовали обонятельный эпителий человека, взятый при аутопсии. Обонятельный эпителий 3 человек (2 мужчин и женщины) был взят и предоставлен нам для исследования судмедэкспертом на разных сроках после наступления смерти – через 30 часов, 42 и 83 часа. Под бинокулярным микроскопом отделяли обонятельный эпителий от костной и хрящевой основы и изготавливали тонкие срезы. Каждый срез обонятельного эпителия помещали в каплю раствора Рингера (для холоднокровных), Локка (для теплокровных), 199-ю среду (для человека) боковой поверхностью на предметное стекло. Затем фиксировали его сверху покровным стеклом с помощью подложек из пластилина, которые препятствовали сдавливанию препарата и обеспечивали проток жидкости над препаратом и возможность его стимуляции.

Методика прижизненной телевизионной микроскопии. Препараты размещали на предметном столике светового микроскопа ЛЮМАМ И 3 (ЛОМО). В качестве источника освещения использовали галогеновую лампу (9В, 70 Вт). В исследованиях использовали объектив 40х/0,65 (без иммерсии), фотонасадку МФН- 2,5х и видеоконтрольное устройство, что обеспечивало общее увеличение до крат. Изображение объекта регистрировали видеокамерой КРС-300С. Разрешающая способность установки составляла 0,1 мкм. Это позволило различать отдельные обонятельные жгутики на препаратах обонятельной выстилки и наблюдать их движение. Регистрацию двигательной активности обонятельных жгутиков проводили, передавая изображение с видеокамеры посредством платы ввода видеоизображения Studio DC 10 plus фирмы Pinnacle Systems Inc на жесткий диск персонального компьютера с процессором Intel Celeron 2000 МГц. Эта плата оцифровывает сигнал в стандарте PAL при разрешении 720х540 пикселей и частоте 25 кадров в 1 с.

Регистрацию двигательной активности обонятельных жгутиков проводили непрерывно в течение 3 мин: 1 мин вне действия одорантов, затем 30 с в момент и после контрольного воздействия каплей раствора Рингера, затем – 1,5 мин в момент и после воздействия каплей раствора одоранта.

Методика стимуляции обонятельной выстилки. Для стимуляции использовали растворы в этиловом спирте природной тертой d-камфоры («Реахим») (камфорный запах), цинеола («Molecular Probes», США) (запах душистого эвкалипта), амилового спирта («Реахим») (прогорклый запах), ванилина («Molecular Probes», США) (цветочный запах) и водный раствор аммиака («Реахим») (острый запах).

Пахучие вещества были разделены на две группы на основании особенностей молекулярного механизма их трансдукции (Бигдай, 2004). Одорантами I группы, вовлекающими в рецепцию внутриклеточные сигнальные системы, были амиловый спирт, цинеол, камфора и ванилин. Представителем II группы одорантов, непосредственно проникающих в обонятельные клетки, был аммиак.

Использовали надпороговые концентрации пахучих веществ (10-610-5М), которые оказывали заметное влияние на двигательную активность обонятельных жгутиков. Поскольку в наших опытах аммиак не оказывал заметного влияния на двигательную активность жгутиков в концентрациях 10-610-5М, его действие исследовали в более высоких концентрациях – 10-410-3М. На каждый препарат обонятельной выстилки действовали сначала раствором Рингера (Локка) и затем однократно раствором одного из одорантов. Оба раствора подавали в проток под покровное стекло с помощью дозатора А20 мкл (объем контрольного и стимулирующего растворов 5 мкл). Для каждого пахучего вещества применяли одноразовую съемную насадку на дозатор.

Фармакологический анализ двигательной активности обонятельных жгутиков. Для выяснения роли аденилатциклазы (АЦ) в двигательной активности обонятельных жгутиков проводили фармакологический анализ с использованием 3’5’-дидеоксиаденозина («Molecular Probes», США), специфического ингибитора АЦ, который подводили к препарату так же, как и одоранты. Мы стимулировали обонятельные жгутики амиловым спиртом вне и на фоне действия ингибитора АЦ, так как показано, что АЦ участвует в трансдукции амилового спирта (Бигдай, 2004).

Анализировали различия в подвижности обонятельных жгутиков вне действия одорантов до и после 12-минутной экспозиции в растворе ингибитора, а также под действием амилового спирта вне и на фоне действия ингибитора АЦ. В каждом эксперименте с ингибитором АЦ вели наблюдение за подвижностью обонятельных жгутиков на протяжении 30 мин.

Методики анализа движений обонятельных жгутиков. Для количественного анализа двигательной активности обонятельных жгутиков, во-первых, вели подсчет частоты их движений с помощью визуального анализа и секундомера. Анализировали подвижность отдельных жгутиков, находящихся в поле зрения. За одно колебание принималось перемещение жгутика из определенного положения в пространстве и его возврат в исходное положение. Для оценки достоверности различий между частотой движения вне действия и под действием одорантов использовали t-критерий Стьюдента. Во-вторых, характеризовали подвижность жгутиков с помощью специально разработанной компьютерной программы, которая позволяла улучшить качество видеоизображения, разбить его на кадры, вручную внести метку (черную точку в верхушку дистального отдела жгутика) в каждый отдельный кадр, собрать отдельные кадры в видеоряд и провести его автоматизированный анализ в реальном времени. Обрабатывали фрагменты видеозаписей продолжительностью 10 с до и после воздействия. Оценивали траекторию движения метки, спроецированную на оси X (рис. 1.1) и Y (рис. 1.2) в декартовой системе координат, а также в пространстве (рис. 1.3). Изменения подвижности оценивали на основе сравнения результатов обработки видеозаписей вне действия и под действием одоранта (рис. 1.3).

Разработанный нами метод компьютерного анализа позволил получить объективные данные о характере двигательной активности дистальных отделов обонятельных жгутиков в отсутствие пахучих веществ, а также о его изменении при воздействии одорантов на обонятельную выстилку.

Рис. 1.1. Траектория движения верхушки дистального отдела обонятельного жгутика лягушки вдоль оси Х Рис. 1.2. Траектория движения верхушки дистального отдела обонятельного жгутика лягушки вдоль оси Y Рис. 1.3. Траектории движения верхушки дистального отдела обонятельного жгутика лягушки вне действия одоранта (А) и под действием цинеола (Б) Результаты экспериментального исследования и их обсуждение Исследование двигательной активности обонятельных жгутиков вне действия одорантов показало, что обонятельные жгутики и земноводных (лягушки), и млекопитающих (крысы, кролика, человека) обладают подвижностью. При этом жгутики совершают неупорядоченные (в режиме рыскания) движения, в которых ведущее значение принадлежит их проксимальному отделу. В нем происходит активный процесс взаимодействия динеина с тубулином, а дистальный участок жгутика движется пассивно (подобно хлысту в руке погонщика). Диапазон частот двигательной активности обонятельных жгутиков лягушки вне действия одорантов ограничен 0,07 – 1,53 колебаниями в секунду, что соответствует 4 – 92 колебаниям в минуту. Среднее значение частоты движений жгутиков лягушки составило 0,52±0, колебаний в 1 с (31,2± 4,8 колебаний в 1 мин) (n=62).

Под влиянием амилового спирта, цинеола, ванилина и камфоры двигательная активность жгутиков изменялась. При этом на стимуляцию реагировали не все, а только некоторые обонятельные жгутики, в среднем, в 60% опытов. Вероятно, это связано с наличием у них мембранных рецепторов к данному одоранту, поскольку известно, что каждая обонятельная клетка экспрессирует только один тип обонятельного рецептора и способна отвечать на ограниченное число одорантов (Chess et al., 1994;

Buck, 1995;

Shykind, 2005).

Изменение характера подвижности обонятельных жгутиков под действием одорантов I группы проявлялось в том, что отдельные жгутики (в 15% опытов под действием амилового спирта, в 35% под действием ванилина, в 39% под действием камфоры, в 44% под действием цинеола) выпрямлялись и удерживались в вытянутом положении (рис. 2). Длительность реакции вытягивания обонятельных жгутиков под действием одорантов, как правило, не превышала 2 – 3 с, иногда наблюдалось несколько последовательных выпрямлений с периодами учащенных движений между ними в течение нескольких секунд. Таким образом, неупорядоченные движения, присущие жгутикам в отсутствие пахучих веществ (рис.

2.А), под действием их приобретали упорядоченный характер (рис. 2.Б).

Упорядочение двигательной активности под влиянием одорантов было свойственно обонятельным жгутикам не только земноводных (лягушки), но и млекопитающих (крысы) (рис. 3).

Посредством конфокальной иммунофлуоресцентной микроскопии показано, что процесс упорядочения обонятельных жгутиков под действием одорантов может быть связан с реорганизацией цитоскелета и обеспечивается полимеризацией G актина в F-актин (Бигдай, 2004). Взаимодействуя с миозином, идентифицированным в жгутиках обонятельных клеток (Wolfrum et al., 1998), F-актин может обеспечивать направленную на стимул двигательную реакцию обонятельных жгутиков. Известно, что у одноклеточных организмов и лейкоцитов взаимодействие хемоаттрактантов с мембранными рецепторами инициирует перестройку цитоскелета и обеспечивает направленный хемотаксис в градиенте концентрации молекул-аттрактантов (Bokoch, 2003). По-видимому, и в обонятельных жгутиках стимуляция пахучими веществами запускает цепь внутриклеточных реакций с участием посредников, которая обеспечивает реорганизацию цитоскелета и упорядочение жгутиковых движений.

Вероятно, такая реакция способствует настройке обонятельных клеток на восприятие молекул одорантов и направлена на их эффективное улавливание.

Рис. 2. Траектории движения верхушки дистального отдела жгутика лягушки вне действия одоранта (А) и под действием цинеола (Б).

Рис. 3. Траектории движения верхушки дистального отдела жгутика крысы вне действия одоранта (А) и под действием амилового спирта (Б) Под действием одорантов I группы у 60 – 70% обонятельных жгутиков лягушки, изменявших подвижность под их влиянием, частота движений повышалась (табл. 1). Изменения частоты движений жгутиков начинались через 5 – 10 с после воздействия одорантом и регистрировались в среднем на протяжении 15 20 с.

Таблица 1. Учащение колебаний жгутиков под действием одорантов Средняя частота Средняя частота Одорант колебаний вне действия колебаний под действием одоранта, с-1 одоранта, с- Амиловый спирт (n=25) 0,63±0,08 0,90±0,12* Цинеол (n=11) 0,44±0,07 0,85±0,13* Камфора (n=14) 0,61±0,09 0,86±0, Ванилин (n=8) 0,42±0,19 0,70±0, Примечание: * различия достоверны по сравнению с частотой колебаний вне действия одоранта при р0,05 (t-критерий Стьюдента).

Рис. 4. Учащение колебаний обонятельных жгутиков, с условно низкой (1), средней (2) и высокой (3) начальной частотой движений - частота колебаний обонятельных жгутиков вне действия одорантов - частота колебаний обонятельных жгутиков под действием одорантов I группы Различия достоверны по сравнению с частотой колебаний вне действия одорантов: 1 при р0,001;

2 при р0,001;

3 при р0,01 (t-критерий Стьюдента).

Данные учащения движений жгутиков под действием амилового спирта, цинеола, камфоры и ванилина были объединены (n=62) и разделены по частоте двигательной активности жгутиков на группы с (1) условно низкой (0,26±0,02), (2) средней (0,56±0,02) и (3) высокой (1,09±0,09) начальной частотой (рис. 4). По сравнению с результатами статистической обработки данных по каждому одоранту выделение их в 3 группы выявило более высокую достоверность различий частотного параметра в отсутствие и под действием одорантов.

Исследования мерцательного эпителия млекопитающих и земноводных показали, что учащение биения ресничек обусловлено повышением [Ca2+]i (Lieb, 2002;

Zhang, 2003). Вместе с тем установлено, что под действием одорантов в обонятельных жгутиках повышается концентрация ионов Са2+, поступающих из внеклеточной среды (Бигдай, Самойлов, 2004;

Restrepo et al., 1993;

Nakamura et al., 1994;

Schild et al., 1995;

Leiders-Zufall et al., 1997). Можно предположить, что увеличение частоты движений обонятельных жгутиков, инициируемое пахучими веществами, связано с повышением [Ca2+]i.

Под действием одоранта II группы аммиака (10-410-3М) в 64% опытов частота движений обонятельных жгутиков увеличивалась с 0,52±0,08 до 0,87±0,11 (n=15) (различия достоверны при р0,05, t-критерий Стьюдента). При концентрации аммиака 10-3М свою подвижность изменяли почти все жгутики, находившиеся в поле зрения, многие жгутики испытывали вибрацию (дрожание) и после 5 – 14 мин вибрации останавливались.

Показано, что аммиак легко проникает через мембрану и оказывает непосредственное влияние на метаболизм нервных клеток (Венедиктова и др., 2001;

Косенко и др., 2001). Он индуцирует открытие неспецифических ионных каналов во внутренней мембране митохондрий (Венедиктова и др., 2001), обладающих большой кальциевой емкостью. С другой стороны, аммиак ингибирует дыхательную цепь митохондрий (Косенко и др., 2001;

Бигдай, 2004;

Руденко, 2007), что приводит к снижению продукции АТФ и затруднению выведения Ca2+ из цитозоля во внеклеточную среду. По-видимому, повышение внутриклеточной концентрации Ca2+ и дефицит АТФ оказывали влияние на движения жгутиков, которые под влиянием аммиака вначале вибрировали, затем замедлялись и останавливались.

Известно, что увеличение частоты биения ресничек мерцательного эпителия лягушек связано с Са2+-зависимой активацией протеинкиназы С (Salathe, 2007), а ресничек мерцательного эпителия человека – с Са2+-индуцированной стимуляцией аденилатциклазы, последующей продукцией цАМФ и активацией протеинкиназы А (Lieb, 2002;

Zhang, 2003). Мы предположили, что учащение движений обонятельных жгутиков в ответ на амиловый спирт может обусловливаться участием АЦ, так как она участвует в его трансдукции (Бигдай, 2004).

Для проверки этого предположения мы ингибировали АЦ 3’5’дидеоксиаденозином и обнаружили, что ее выключение в 90% опытов изменяло частоту двигательной активности обонятельных жгутиков. Это означает, что АЦ участвует в обеспечении подвижности обонятельных жгутиков лягушки вне действия одорантов. В то же время снижение активности АЦ не блокировало двигательных реакций упорядочения и учащения обонятельных жгутиков, стимулированных амиловым спиртом.

Из результатов наших опытов следует, что аденилатциклазная система участвует в регуляции неупорядоченного движения обонятельных жгутиков, происходящего благодаря взаимодействию тубулина с динеином в отсутствие одорантов. Вместе с тем АЦ не участвует в упорядочении их двигательной активности под действием обонятельных стимулов, которое обеспечивается актин миозиновой системой подвижности. Можно предположить, что в обонятельную трансдукцию амилового спирта, с одной стороны, и реорганизацию жгутикового цитоскелета, инициируемую этим одорантом для возникновения упорядоченных движений, с другой стороны, вовлекаются разные внутриклеточные сигнальные системы.

Результаты нашей экспериментальной работы подтверждают гипотезу о том, что подвижность является универсальным свойством обонятельных жгутиков земноводных (лягушки) и млекопитающих (крысы, кролика), включая человека.

Исследование показало, что характер двигательной активности обонятельных жгутиков под действием одорантов изменяется. Жгутиковые движения упорядочиваются. Кроме того, повышается их частота. С помощью разработанного метода компьютерного анализа подвижности обонятельных жгутиков впервые обнаружено, что процесс упорядочения движений жгутиков под действием одорантов протекает аналогично у земноводных (лягушек) и млекопитающих (крыс). В этом упорядочении АЦ не участвует.

Выводы 1. Подвижность является универсальным свойством обонятельных жгутиков представителей земноводных (лягушек) и млекопитающих (крыс, кроликов) животных, а также человека.

2. В отсутствие одорантов обонятельные жгутики и земноводных (лягушек), и млекопитающих (крыс, кроликов) животных, а также человека, совершают неупорядоченные движения в режиме рыскания.

3. Под действием одорантов двигательная активность обонятельных жгутиков упорядочивается, что было выявлено как визуально, так и посредством разработанного нами метода компьютерного анализа.

4. Одоранты изменяют не только траекторию, но и частоту движений обонятельных жгутиков. Под действием одорантов частота колебаний большинства обонятельных жгутиков лягушки увеличивается.

5. Аденилатциклаза принимает участие в обеспечении двигательной активности обонятельных жгутиков лягушки, но только вне действия одорантов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Влияние одорантов на цитоскелет ресничек обонятельных клеток / Е.В. Бигдай, В.О. Самойлов, В.В. Бекусова // Морфология (Архив анатомии, гистологии и эмбриологии). - 2006. - Т.129. - № 2. - С. 21.

2. Прижизненная телевизионная микроскопия жгутиков обонятельных клеток земноводных и млекопитающих / В.В. Бекусова, Е.В. Бигдай // Материалы научного совещания «Актуальные проблемы учения о тканях». - СПб: ВМедА, 2006. – С. 18.

3. Прижизненная телевизионная микроскопия жгутиков обонятельных клеток земноводных и млекопитающих. Методика анализа движения / В.В. Бекусова, В.В.

Дубовик // Труды международной научной конференции «Измерительные и информационные технологии в охране здоровья. Метромед 2007».- СПб: Политехн.

Универс., 2007. - С. 34-35.

4. Две молекулярные системы подвижности обонятельных жгутиков лягушки / Е.В. Бигдай, В.О. Самойлов, Я.Н. Руденко, В.В. Бекусова, Б.А. Дудич // Биофизика. 2008. - Т. 53. вып. 6. - С. 997–1000.

5. Исследование двигательной активности обонятельных жгутиков под действием одорантов / В.В. Бекусова, Е.В. Бигдай // VI Сибирский физиологический съезд.

Тезисы докладов - Барнаул: Принтэкспресс, 2008. - В 2 томах. Т.1. - С.164-165.

6. Two molecular motility systems of frog olfactory cilia / E.V. Bigdai, V.O. Samoilov, J.N. Rudenko, V. Bekusova, B.A. Dudich // Biological Motility: achievements and perspectives (Eds. Z.A. Podlubnaya and S.L. Malyshev).-Pushino: Foton-Vek, 2008. Vol.2. - P.207-209.

7. Молекулярные и субклеточные механизмы биологической подвижности в висцеральных и сенсорных системах / Е.В. Бигдай, В.О. Самойлов, Захарова Г.П., Шабалин В.В., Панов С., В.В. Бекусова // VII Всероссийская конференция с международным участием, посвященная 160-летию со дня рождения И.П. Павлова «Механизмы функционирования висцеральных систем». – СПб: ИФ им. И.П. Павлова РАН. -2009. - С. 386-387.

8. Молекулярные механизмы биомеханических процессов в обонятельных жгутиках / Е.В. Бигдай, В.О. Самойлов, В.В. Бекусова // Материалы XIII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы. 18 мая 2009 г.

«Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах».- СПб:

Политехн. Универс. - 2009. - Т.2. - С. 66.



 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.