Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Гены-мишени фармакологического воздействия бромпроизводного 2-аминоадамантана-ладастена в клетках головного мозга крыс

ВАК РФ 03.00.03, Молекулярная биология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Ямиданов, Ренат Салекович

Список сокращений и условных обозначений

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Общая характеристика производных адамантана и их использование в практике

1.2 Физико-химические и фармакологические свойства ладастена

1.2.1 Физико-химические свойства и особенности фармакокинетики

1.2.2 Фармакологические свойства ладастена

1.2.2.1 Нейропсихотропные свойства

1.2.2.2 Иммунотропные свойства

1.2.2.3 Актопротекторные свойства и метаболические эффекты препарата

1.3 Новые подходы к исследованию молекулярных механизмов действия фармакологических средств

1.3.1 Методы изучения генной экспрессии

1.3.1.1 ДНК-гибридизация на микрочипах

1.3.1.2 ОТ-ПЦР в режиме реального времени

1.3.2 Методы изучения экспрессии белков

1.3.2.1 Двумерный электрофорез

1.3.2.2 Масс-спектрометрия

Глава 2. Объекты и методы исследований

2.1 Препарат

2.2 Объекты исследований

2.3 Выделение суммарной РНК из головного мозга крыс

2.4 Гибридизация на макрочипах

2.5 Анализ изображений радиоавтографов

2.6 Построение кДНК с помощью обратно-транскрипционной реакции

2.7 Количественная ОТ-ПЦР в режиме реального времени

2.8 Двумерный электрофорез белков

2.9 Анализ изображений двумерных электрофореграмм

2.10 Гидролиз белков и МАЬО!-ТОР масс-спектрометрия

Глава 3. Результаты исследований

3.1 Анализ дифференциальной экспрессии генов в клетках головного мозга крыс при однократном воздействии ладастена на чипе, содержащем 588 фрагментов генов

3.2 Анализ дифференциальной экспрессии генов в клетках головного мозга крыс при однократном воздействии ладастена на чипе, содержащем 1176 фрагментов генов

3.3 Подтверждение дифференциальной экспрессии генов, идентифицированных в результате гибридизации на кДНК макрочипах, методом ОТ-ПЦР в режиме реального времени

3.4 Поиск и идентификация белков-мишеней ладастена

Глава 4. Обсуждение результатов

4.1 Поиск и идентификация генов - мишеней ладастена

4.1.1 Гены ферментов различных метаболических путей

4.1.2 Гены регуляторных нейропептидов и их рецепторов

4.1.3 Гены мембранных транспортеров

4.1.4 Гены белков синаптических функций

4.1.5 Гены белков цитоскелета и межклеточных взаимодействий

4.1.6 Гены, кодирующие компоненты сигнальных путей

4.1.7 Гены опухолевых супрессоров

4.2 Поиск и идентификация белков - мишеней ладастена

4.2.1 Белки-ферменты гликолитического метаболизма

4.2.2 Стрессовые белки и белки- шапероны

4.2.3 Защитные белки

4.2.4 Синаптические белки

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Гены-мишени фармакологического воздействия бромпроизводного 2-аминоадамантана-ладастена в клетках головного мозга крыс"

Актуальность проблемы. Изучение механизмов реализации фармакологических активностей лекарственных средств является приоритетной задачей фундаментальной фармакологии и основой безопасного и эффективного их клинического применения. Традиционные фармакологические подходы, ориентированные прежде всего на отбор веществ, потенциально обладающих заданными активностями, а также на первичный скрининг спектров их фармакологических свойств, не предусматривает разработку лекарственных препаратов на основе знания механизмов реализации их активности. Поэтому для более рационального использования фармакологических средств необходимо детальное знание путей их воздействия на клетку, ткань и организм в целом. Как известно, введение лекарственных препаратов приводит к изменению функционального состояния большого количества мишеней разного уровня, являющихся компонентами различных сигнальных, метаболических, транспортных и др. путей, что определяет множественность эффектов, часть из которых может быть даже нежелательной для конкретного лекарственного средства. Развитие принципиально новых молекулярно-биологических методов и подходов вносит очень важный вклад в познание механизмов действия лекарственных препаратов. Переход на качественно иной уровень разработки и анализа свойств лекарственных веществ был предопределен достижениями последних лет в области геномных исследований, молекулярной биологии, биоинформатики, которые открыли новые перспективы и для фармакологии, прежде всего в свете возможностей более полной характеристики механизмов действия лекарственных средств (Colantuoni et al., 2000; Green et al., 2001; Ishii et al., 2000). В настоящее время на ранних этапах разработки лекарств, а также при углубленном изучении механизмов действия как новых, так и хорошо известных лекарственных средств широко применяются различные методы анализа функционального состояния потенциальных биологических мишеней генов и кодируемых им белков (Collins, 1999; Luo et al., 2001; Marcotte et al., 2001). Различные биочипы, количественная ОТ-ПЦР в режиме реального времени, 2D- электрофорез белков и другие методы анализа дифференциально экспрессирующихся генов и белков (SAGE, SSH, TOGA, ES-MS-MS, MALDI-MS и др.) являются стандартными инструментами поиска, идентификации и последующей валидации генов и белков, ассоциированных как с терапевтическими, так и с возможными побочными эффектами лекарственных средств.

Цели и задачи исследования. Целью данной работы является поиск и идентификация генов и белков - мишеней, дифференциально экспрессирующихся в клетках головного мозга экспериментальных животных и определяющих реализацию фармакологических эффектов нового нейротропного лекарственного средства - ладастена. Для достижения этих целей были поставлены следующие задачи:

1. Выявить спектр дифференциально экспрессирующихся генов в клетках головного мозга крыс через 1.5 ч после однократного воздействия ладастена методом гибридизации на коммерческих макрочипах "Atlas™ Rat cDNA Expression Array" и "Atlas Rat 1.2 cDNA Expression Array" (BD Biosciences, США), содержащих 588 и 1176 генов соответственно.

2. Провести подтверждение уровня экспрессии выявленных генов-мишеней ладастена методом ОТ-ПЦР в режиме реального времени.

3. Исследовать влияние ладастена на функциональное состояние белков в клетках головного мозга крыс через 1.5 часа после однократного воздействия препарата.

Научная новизна. Впервые проведен поиск и идентификация генов и белков-мишеней нового нейротропного лекарственного препарата ладастена в клетках головного мозга крыс. Показано, что однократное экспериментальное воздействие ладастена вызывает изменения уровня экспрессии 26 генов головного мозга крыс. Регулируемые ладастеном гены кодируют белки, относящиеся к функциональным группам онкогенов и опухолевых супрессоров

APC, Rb), компонентов цитоскелета {Tubal, actin), внутриклеточного сигналинга {PKCIP, РМСА), метаболизма {Gapdh, NSE), синаптических белков {Syn IA&IB, PLP, CPG2, rEX070, rabphilin-3A, RAB7), ферментов, участвующих в синтезе опиоидных и других регуляторных пептидов {CARBH, hypocretin, receptor galanin 3), мембранных транспортеров (GAT3), молекул клеточной адгезии {NCAM) и др. В качестве потенциальных фармакологически значимых мишеней ладастена следует рассматривать гены CARBH, hypocretin, galanin receptor 3 и GAT3, изменение активности которых позволяет объяснить отдельные механизмы анксиолитических и стресспротекторных свойств препарата.

Впервые идентифицированы 14 белков головного мозга крыс, значительно отличающихся по уровню их экспрессии в контрольных и опытных вариантах, в том числе - ферменты гликолитического метаболизма - fructose-bisphosphate aldolase А и glyceraldehyde 3-phosphate-dehydrogenase; белки-шапероны -proteasome 26S ATPase subunit 4, hypoxia up-regulated 1, heat shock 70kD protein 5, valosin-containing protein; транспортные, везикулярные белки и белки цитоскелета - tubulin, alpha-internexin, clathrin light chain A, collapsin response mediator protein 2, neuronal protein 22. В качестве мишеней фармакологического действия ладастена могут быть рассмотрены белки-ферменты гликолитического метаболизма, collapsin response mediator protein 2, neuronal protein 22. Увеличение экспрессии везикулярных, транспортных, цитоскелетных белков и некоторых других, вероятно, связано с механизмами нейропластичности, реализующимися в ответ на лекарственное воздействие.

Практическая значимость. Полученные нами данные о спектре генов и белков-мишеней вносят вклад в доклинические аспекты разработки лекарств, углубляя и дополняя представления о механизмах фармакологической активности ладастена, что открывает новые перспективы его клинического применения и с другой стороны, демонстрируют возможности комплексного использования новых методов и подходов для анализа механизмов действия лекарственных средств.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на XVI зимней молодежной научной школе "Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии" (Москва, 2004 г.); на 6-ой конференции Немецкого Нейробиологического Общества (Gettingen, 2005 г.); на 8-ой Региональной конференции ECNP (Москва, 2005 г.); на V съезде Всероссийского общества медицинских генетиков (Уфа, 2005); на 18-ом конгрессе ECNP (Amsterdam, 2005); на 4-ой Международной конференции "Биологические основы индивидуальной чувствительности к психотропным средствам" (Москва, 2006).

Конкурсная поддержка работы. Исследования были поддержан ы грантами Программы фундаментальных исследований Президиума РАН "Молекулярная и клеточная биология" (10002-251 /П-10/142-448/260503-196), Государственной поддержки ведущих научных школ РФ (НШ - 2217.2003.4), РФФИ - Агидель (02-04-97904).

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 10 печатных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 147 страницах, содержит 8 таблиц и 14 рисунков и состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания объектов и методов исследования (глава 2), результатов исследования (глава 3) и их обсуждения (глава 4), выводов и списка литературы, включающего 316 источников.