Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изучение генетической детерминации интенсивности перекисного окисления липидов в связи с различиями в продолжительности жизни у Drosophila melanogaster

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Изучение генетической детерминации интенсивности перекисного окисления липидов в связи с различиями в продолжительности жизни у Drosophila melanogaster"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 1 ^ УНИВЕРСИТЕТ - 3

На правах рукописи

СМИРНОВА АЛЕКСАНДРА НИКОЛАЕВНА

ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ДЕТЕРМИНАЦИИ ИНТЕНСИВНОСТИ ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ В СВЯЗИ С РАЗЛИЧИЯМИ В ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ У ОЯОБОРНИЛ MELANOGASTER

Специальность: 03. 00. 15 - генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт - Петербург 2000

Работа выполнена в лаборатории сравнительной генетики поведения 1 '; Института физиологии им. И. П. Павлова РАН

Научный руководитель: кандидат биологических наук А. И Вайдо Научный консультант: кандидат биологических наук С. В. Мыльников

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Н. Г. Камышев

кандидат биологических наук Е. N4. Лучникова

Ведущее учреждение: Санкт-Петербургский Институт биорегуляции и

геронтологии Северо-западного отделения РАМН

Защита диссертации состоится "¿б"« июня 2000 года в часов I заседании Диссертационного совета Д. 063,57.21 по защите диссертаций 1 соискание ученой степени доктора биологических наук в Санкт-Пегербургско государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербур Университетская наб. 7/9, СПбГУ, биолого-ночвенный факультет, кафедр генетики и селекции, аудитория 1.

С диссертацией можно ознакомиться в центральной научной библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета

Автореферат разослан " 5" " MQ.fr 2000 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета

кандидат биологических наук Л. А. Мамон

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования. Уникальные возможности Drosophila ïlanogaster как объекта генетического анализа обусловили проведение ряда следований по генетике продолжительности жизни, но до сих пор нет ясного >едставления о биологических основах старения этого организма (Patrige, jrton, 1993). В ряде работ, посвященных генетическим аспектам юдолжительности жизни и динамики смертности, постулируется >еобладающая роль в определении продолжительности жизни дрозофилы как изиолого-экологических (Lints et al., 1979; Lints, 1980; Zwaan, 1991), так и метических (Luckinbill et al., 1988; Yonemura et al, 1991) факторов, a также их »местного действия (Arking et al., 1991). С одной стороны, есть основания штать, что вклад генетической компоненты в наблюдаемую изменчивость по родолжительности жизни невелик, большее значение имеют такие факторы эеды, как личиночная плотность,-температура и состав пищи (Lints et al., 1979). другой стороны, недавно был обнаружен локус, локализованный в третьей туппе сцепления, который отвечает за увеличение продолжительности жизни у змцов дрозофилы (Resler et а!., 1998).

Теоретические разработки проблемы продолжительности жизни шли в аправлении поиска механизмов, регулирующих процесс старения. На такую оль, по всей очевидности, могут претендовать лишь процессы еспецифические, свойственные всем или, по крайней мере, большинству клеток ; тканей. Существует два основных подхода к изучению старения -ероятностный и программный (Дильман, 1987), но в пределах этих подходов 1аблюдается "переплетение" нескольких теорий, ни одна из которых полностью ie раскрывает механизм старения. Одна из них, свободно - радикальная теория тарения Д. Хармана (Нагшап, 1982), постулирует активное участие свободных гадикалов в деградации жизненно важных систем организма, что юдтверждается экспериментально (Обухова, 1986; Martin et al., 1996, и др.).

Правоту этой теории можно, в частности, проверить, оценивая изменения интенсивности перекисного окисления липидов (ПОЛ) в зависимости от возраста организма. Реакции ПОЛ универсальны и вполне отвечают требованиям, предъявляемым к кандидатам на роль механизма, регулирующего процесс старения. У Drosophila melanogaster показана обратная корреляция между перекисным окислением липидов и средней продолжительностью жизни (Анисимов и др., 1997; Леонидов и др., 1999, и др.); продемонстрирована прямая связь между средней продолжительностью жизни и активностью ферментов ангиоксидангной защиты (Phillips et al., 1989; Reveillaud et al., 1991, и др.), обнаружена положительная корреляция между интенсивностью ПОЛ и температурой, при которой происходит развитие, в то время как продолжительность жизни мух, в свою очередь, обратно пропорциональна этой температуре (Мурадян, Сабко, 1989; Sestini et al., 1991).

Малоизученной, однако, остается генетическая детерминация интенсивности перекисного окисления липидов, а также генетические аспекты связи между этим процессом и продолжительностью жизни. Перспективным подходом к проблеме является одновременный анализ значений средней продолжительности жизни, показателей интенсивности перекисного окисления липидов, и характера связи между этими биологическими характеристиками, у линий дрозофилы, различающихся по происхождению и ряду физиологических особенностей которые могут оказывать влияние на длительность жизни.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение генетической детерминации интенсивности перекисного окисления липидов i связи с различиями в продолжительности жизни у Drosophila melanogaster В ходе работы были поставлены следующие задачи:

- установить величины средней продолжительности жизни особей шест* исходных линий дрозофилы и реципрокных гибридов между ними, и изучил характер наследования признака в первом поколении;

- установить величины средней продолжительности жизни особей двух шлекций изогенных комбинированных линий, и изучить генетическую гтермннащпо признака;

- установить величины относительного содержания двух показателей ггенсивности перекисного окисления липидов у особей двух пар исходных ший, различающихся по продолжительности жизни;

- установить величины относительного содержания двух показателей ¡ггенсивности перекисного окисления липидов у особей двух коллекций югенных комбинированных линий, и изучить генетическую детерминацию гих признаков;

- исследовать характер связи между средней продолжительностью жизни и нтенсивностью перекисного окисления липидов.

Научная новизна работы. Показано, что продолжительность жизни розофилы является генетически детерминированным полигенным признаком, оторый демонстрирует разнообразные типы наследования в первом поколении, именно: а) патроклиния, б) наследование, сцепленное с полом (с участием как '-хромосомы, так и У-хромосомы), в) отрицательный гетерозис, г) оложителыгый гетерозис. Явление патроклинии, роль У-хромосомы и трицательный гетерозис в наследовании продолжительности жизни ЭгозорЬИа 1е1а1^ах1ег показаны впервые.

Впервые установлено, что интенсивность перекисного окисления липидов вляется генетически детерминированным полигенным признаком. В паре (сходных линий СаШоп-Б и N 66 относительное содержание коныогированных идроперекисей детерминируется первой и третьей хромосомами у самок и ретьей — у самцов; относительное содержание кетодиенов детерминируется торой и третьей хромосомами у самок и третьей — у самцов. В паре исходных 1И1шй Лерик и ВЭС относительное содержание коныогированных идроперекисей детерминируется первой и третьей хромосомами, а также

цитоилазматическими факторами, у самок, и всеми тремя большим хромосомами и цитоплазматическими факторами - у самцов; относителык содержание кетодиенов детерминируется всеми тремя большими хромосомами самок и второй и третьей хромосомами, а также цитоплазматическим факторами - у самцов. Таким образом, во всех исследованных варианта независимо от исходных линий, пола и показателя, выявлен достоверный вклад общую изменчивость по интенсивности перекисного окисления липидов с стороны генов (гена), находящихся в третьей группы сцепления дрозофилы.

Впервые проведен параллельный анализ генетической детерминации средне продолжительности жизни дрозофилы и интенсивности перекисного окислам липидов. Характер связи между этими двумя биологическими процессам выявляли на основе наследственной изменчивости, что представляет собс новый подход к проблеме. Показано, что положение свободно - радикально теории старения о наличие обратной корреляции между средне продолжительностью жизни организмов и интенсивностью перекисног окисления липидов подтверждается только для одной из двух пар исходны линий, и не подтверждается для двух коллекций комбинированных линий.

Научно - практическое значение работы. Полученные данные вносят вклг в понимание механизмов старения и указывают на необходимость критическог подхода к использованию природных и синтетических антиоксидантов д: защиты от старения и повышения продолжительности жизни различны организмов. Неоднозначность результатов относительно корреляционной связ между продолжительностью жизни и интенсивностью перекисного окислен* липидов говорит о необходимости тщательного предварительного исследован* материала, который предполагается использовать в экспериментах по выявлени связей между различными биологическими процессами в рамках той или инс теории старения.

Апробация работы. Результаты данного исследования были представлены I

Всесоюзном совещании по генетике насекомых (Москва, 1991), на VI Съезде ЮГиС им. Н. И. Вавилова (Минск, 1992), на XVII генетическом конгрессе Birmingham, 1993), на I (Саратов, 1994) и на II (Саша-Петербург, 2000) съездах $авиловского общества генетиков и селекционеров. Апробация диссертации остоялась на межлабораторном заседании отдела физиологии и патологии ысшей нервной деятельности Института физиологии им. И. П. Павлова 29 (екабря 1999 года и на научном семинаре лаборатории генетики животных сафедры генетики и селекции биолого-почвенного факультета СПбГУ 28 февраля 2000 года.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 175 страницах, :остоит из введения, трех глав, заключения, выводов и приложения, содержит 20 таблиц и 20 рисунков. Список литературы включает 109 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы.

В работе использовали следующие линии Drosophila melanogaster:

Исходные линии. 1). Линия дикого типа Canton-S, исходная для трех линий несущих в Х-хромосоме ряд температуре - чувствительных мутаций: мутацию bic приводящую к повышению активности аденилатциклазы и двигательной активности дрозофилы (далее - линия N 155); мутацию agn а3, приводящую к повышению активности калмодулина - белка-активатора фосфодиэстеразы (далее - линия N 398); мутацию pde-I ай6, приводящую к потере активности фосфодиэстеразы, нарушениям гео- и фото- таксисов (далее - линия N 66). 2). Линия Лерик, аутбредная, не подвергавшаяся селекции линия дикого типа, поддерживаемая массово, и линия, отселектированная из популяции Лерик на повышение уровня эмбриональной смертности, инбредная, к началу эксперимента прошедшая 150 поколений отбора (далее - линия ВЭС).

Комбинированные линии. В работе использовались две коллекции изогенных комбинированных линий: одна была создана на основе исходной пары Canton-S - N 66 (табл. 1), другая — на основе исходной пары Лерик - ВЭС (табл. 2). Их получали с помощью специально сконструированной линии дрозофилы, несущей балансеры во всех больших хромосомах, каждая из которых маркирована рядом мутаций (Lindsley, Grell, 1967):

Base, scsi sc8 wa В; Sml, al2 Су cn2 sp2/Pm; Tm2, Ubx130 es / Sb; spa"0'.

Табл. 1. Хромосомный состав первой коллекции комбинированных линий.

Хромосомы Линии

1 2 3 4 5 6 7 8

Хромосома 1 «CS» «CS» «CS» «CS» «66» «66» «66» «66»

Хромосома 2 «CS» «CS» «66» «66» «CS» «CS» «66» «66»

Хромосома 3 «CS» «66» «CS» «66» «CS» «66» «CS» «66»

Примечание: «CS» - хромосомы от исходной линии Canton-S, «66» - хромосомы от исходной линии N 66.

Табл. 2. Хромосомный состав второй коллекции комбинированных линий.

Хромосомы Линии

А В с D Е F G H

Хромосома 1 «Л» «Л» «л» «л» «в» «В» «В» «В»

Хромосома 2 «Л» «л» «в» «в» «л» «Л» «В» «В»

Хромосома 3 «Л» «в» «л» «в» «Л» «В» «л» «В»

Примечание: «Л» - хромосомы от исходной линии Лерик, «В» - хромосомы от исходной линии ВЭС.

Оценка средней продолжительности жизни. Мух в течение первых шести часов после вылета подвергали эфирной наркотизации и размещали по индивидуальным стеклянным стаканчикам, каждому из которых присваивался порядковый номер. Эту процедуру повторяли несколько раз, пока не набиралось достаточное количество животных. С промежутком в два-три дня производили визуальный подсчет умерших особей, после чего оставшихся в живых мух переносили на свежую среду, сохраняя при этом порядковый номер стаканчика. Для линий Canton-S, N 155, N 398, N 66 и гибридов первого поколения между

ними использовали около 300 животных каждого пола, для линий ВЭС, Лерик и гибридов первого поколения между ними - около 500 животных каждого пола.

Оценка интенсивности перекисиого окисления липидов. Мух, достигших фиксированного возраста (21 сутки), разбивали на партии по 100-200 особей каждая. Вес каждой партии фиксировался. Получали гептановую фазу экстракта целых мух. содержащую липидные фракции. На спектрофотометре определяли оптическую плотность, для каждой пробы снимали показания прибора при длине волны ^=233 им (содержание конъюгировашшх гидроперекисей) и при длине волны Х=270 нм (содержание кетодиенов) (Стальная, 1977). Показания прибора относили к исходному весу соответствующей партии мух, полученные значения считали показателями относительного содержания конъюгированных гидроперекисей (КГП/В) и кетодиенов (КД/В).

Статистическая обработка полученных результатов. При анализе полученных данных применялись следующие методы математической статистики (Урбах, 1963; Глотов и др., 1982): непараметрический критерий Манна - Уитни, параметрический критерий Стьюдента, многофакторный дисперсионный анализ, корреляционный анализ, критерий хи - квадрат.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Средняя продолжительность жизни в исходных линиях. Установлено, что в линии Canton-S и произошедших от нее трех мутантных линиях самки достоверно превосходят самцов по средней продолжительности жизни, в то время как в линии Лерик и произошедшей от нее линии ВЭС средняя продолжительность жизни самцов выше, чем самок (рис. 1). Самцы линий, несущих в Х-хромосоме ту или иную мутацию, влияющую на метаболизм вторичных посредников, достоверно уступают исходной линии Canton-S в длительности жизни, в то время как для самок это справедливо в двух случаях из трех (рис. 1-А). В свою очередь, лшпи ВЭС, прошедшая около 150 поколений направленного отбора на повышенную эмбриональную смертность, уступает

N155 N66 N398 C-S ИЭС Лсрпь-

Рис. I. Значения средней продолжительности жизни особей первого (Л) : второго (Б) наборов исходных линий.

Примечание: * - достоверные отличия самок и U - самцов трех мутантны: линий от исходной линии Canton-S; — достоверные отличия самок и Л - самцо линии ВЭС от исходной линии Лерик.

исходной линии Лерик по продолжительности жизни, что справедливо как дл самок, так и для самцов (рис. 1-Б). Таким образом, в этой линии, вследспш' отбора в "минус" - направлении, произошло параллельное снижение дну; важнейших характеристик обшей приспособленности: фертнлыгости i продолжительности жизни. Поскольку исходные линии дрозофилы, которьи содержались в одинаковых лабораторных условиях, демонстрируют достоверны! различия по продолжительности жизни, этот признак детермииировш генетически и может быть изучен методами генетического анализа.

Наследование средней продолжительности жизни в первом поколении Установлено, что характер наследования признака "средняя продолжительност: жизни" в первом поколении в большинстве случаев различен для самок и самцо! реципрокиых гибридов (рис. 2). В паре линий Canlon-S i N 155 как самки, так и самцы реципрокных гибридов различаются между co6oi по продолжительности жизни (рис. 2-А), что традиционно говорит о наличш материнского эффекта, или матроклинии. Однако в данном случае продолжчггельность жизни больше у тех гибридов, для которых матсринско! являлась линия N 155, т.е. они демонстрируют значения признака, свойственны! не материнской, а отцовской линии. Это явление носит название патроклилии. Ï парах линий Canton-S - N 398 и Canton-S -N66 самки реципрокных гибридов не

л

Сутк-н

•40

25

N 155

В самки а самцы

#

Шт мш --Щ ¡ожив« ■: 7 V Ц 1 • 1

М 155 х ( Я П СЯ х 155 СагПоп-8

Сутки

45

40 " 35 -30 • 25

#

Т] Щ

N 398

В самки л □ самцы

М 398 х СБ Р1 Св х 398 СаШоп-8

N 66

К1 66 х С8

#

Р1 СБ х 66

г/-;

□ самки В самцы

\Шш

Сап1оп-8

ЮС

Г1 В х Л

П Л х В

□ самки

□ самцы

Лерик

Рис. 2. Значения средней продолжительности жизни особей исходных линий и реципрокных гибридов первого поколения в парах СапЮп-Б -- N 155 (Л), Сапюп-Б - N 398 (Б), СапЮп-Б - N 66 (В), Лерик - ВЭС (Г) Примечание: * - достоверные различия между самками и # - между самцами

реципрокных линий;--достоверные различия между самками и л - между

самиами исходных линий и реципрокных гибридов первого поколения.

различаются между собой по продолжительности жизни, в то время как самцы -различаются (рис. 2-Б и 2-В), причем наблюдается наследование по отцовском; типу, которое может быть объяснено локализацией темой, связанных < определением длительности жизни, в Y-хромосоме. Кроме того, в паре Canton-! - N 398 (рис. 2-Б) оба реципрокных гибрида проявляют меньшие значени. продолжительности жизни, чем особи исходных линий, такое явление носи название отрицательного гетерозиса. В паре линий Лерик - ВЭС самю реципрокных гибридов демонстрируют одинаковые значени продолжительности жизни, в отличие от самцов (рис. 2-Г). В данном случа имеет место наследование по материнскому типу, что традиционно свидетельствует об участии Х-хромосомы. Помимо этого, реципрокные гибрщц превосходят обе родительские линии по продолжительности жизни, т.с наблюдается положительный гетерозис.

Показатели интенсивности перекисного окисления липидов у исходны, линий дрозофилы. Интенсивность перекисного окисления липидов (1IOJ1 оценивали по двум показателям: относительному содержанию конъюгированны гидроперекисей (КГП/В) и кетодиенов (КД/В).

усл.ед. 2 1 О

#

КГП/В

#

1ИЩ

Canton-S

Б

2 1

усл.ед,

КГП/В

#

N66 * #

Лерик

ВЭС

усл.ед. „ КД/В , м 2 1 * # * #

'.JÊ

U самцы

Г1

: -.1

Canton-S

N 66

усл.ед.

КД/В

В самки

Лерик

Рис. 3. Относительное содержание двух продуктов ПОЛ у исходных лини СапЮп-Б - N 66 (А) и Лерик - ВЭС (Б).

Примечание: * — достоверные различия между самками и # - между самцам исходных линий дрозофилы.

При сравнении линий СапЮп-Б и N 66 по показателю относительного содержания конъюгированных гидроперекисей было обнаружено, что различия между самками отсутствуют, в то время как самцы дикого типа превосходят самцов линии N 66. В то же время по показателю относительного содержания кетодиенов самки линии N 66 достоверно превосходят самок исходной линии, в то время как самцы линии СапЮп-Б превосходят самцов линии N 66 (рис. 3-А). Сопоставление линий Лерик и ВЭС показало, что самки превосходят самцов, как по относительному содержанию конъюгированных гидроперекисей, так и по относительному содержанию кетодиенов (рис. 3-Б). Линия ВЭС обладает более высоким уровнем содержания продуктов ПОЛ, следовательно, у этой линии процесс перекисного окисления липидов идет более интенсивно, чем у исходной линии дикого типа Лерик. Можно сделать заключение, что в линии ВЭС, вследствие отбора в "минус" - направлении, снижение фертильности и продолжительности жизни сопровождалось повышением интенсивности перекисного окисления липидов. Поскольку исходные линии дрозофилы, которые содержались в одинаковых лабораторных-условиях, демонстрируют достоверные различия по интенсивности перекисного окисления липидов, этот признак детерминирован генетически и может быть изучен методами генетического анализа.

Генетическая детерминация интенсивности перекисного окисления липидов. Показатели интенсивности протекания процессов перекисного окисления липидов у особей двух коллекций комбинированных линий были обработаны методом многофакторного дисперсионного анализа (табл. 3). Предварительная проверка показала, что фактор пола является статистически значимым, поэтому анализ проводился для самцов и для самок по отдельности. Установлено, что характер детерминации обоих показателей зависит от исходного материала и фактора пола За различия между исходными линиями Сапюп-Б и N 66 в той или иной степе™ отвечают: первая и третья группы

сцепления, а также взаимодействия первой хромосомы со второй и-второй третьей, для показателя КГП/В; вторая и третья группы сцепления, а также вс типы взаимодействий между хромосомами, для показателя КД/В. За различи между исходными линиями Лерик и ВЭС в той или иной степени отвечают: вс изученные факторы, для показателя КГП/В; все изученные факторы, з исключением взаимодействия между второй и третьей группами сцепления, дл показателя КД/В. Было показано, что во всех вариантах имеет мест достоверный вклад в общую изменчивость со стороны третьей пары хромосо; (табл. 3). Ведущая роль третьей группы сцепления в детерминаци интенсивности перекисного окисления липидов представляет особый интерес свете того факта, что гены, кодирующие важнейшие ферменты антирадикально защиты клетки - супероксиддисмутазу (81ауе1еу е1 а1., 1991) и каталазу (Маска; Веи-1еу, 1989) - локализованы в третьей группе сцепления дрозофилы.

Табл. 3. Объединенные данные о вкладе трех больших хромосом дрозофилы взаимодействий между ними в изменчивость относительного содержат конъюгированных гидроперекисей (КГП/В) и кетодиенов (КД/В)._

ВАРИАНТ Са1*оп-8 - N 66 Лерик -ВЭС

2 с? 2 с?

Хромосома 1 КГП/В 2,6 % * 0,2 % 15,5%*** 4,1 % **

КД/В 2,0% 2,0% 11,5%*** 0,4 %

Хромосома 2 КГП/В 1,1 % 0,4 % 0,3 % 3,9 % **

КД/В 16,8%*** 0,3 % 17,9%*** 5,3 % *

Хромосома 3 КГП/В 2,3 % * 16,4 % *** 15,3 % *** 35,9 % **

КД/В 5,6 % * 15,1 % *** 8,4 % *** 30,2 % **

Хром. 1 * Хром. 2 КГП/В 40,4 % *** 32,0 % *** 20,5 % *** 2,6 % *

КД/В 10,5 % ** 16,8%*** 34,6 % *** 1,5 %

Хром. 1 * Хром. 3 КГП/В 1,6% 0,0 % 13,5 % *** 32,9 % **

КД/В 2,4% 19,0 % *** 3,6 % * 30,1 % **

Хром. 2 * Хром. 3 КГП/В 32,3 % *** 1,5 % 3,6 % * 0,1 %

КД/В 22,3 % *** 4,3 % * 0,6 % 2,8 %

Примечание: Факторы, влияние которых достоверно, отмечены значками * р < 0.05; ** р < 0.01; *** р < 0.001.

Кроме того, для исходных линий Лерик и ВЭС (табл. 4) показан достоверный ¡клад цитоплазмы, а также взаимодействий между цитоплазмой и факторами, :одируемыми в третьей группе сцепления, для показателя КГП/В, что справедливо как для самок, так и для самцов; и взаимодействий между пггоплазмой и факторами, кодируемыми во второй группе сцепления, для шказателя КД/В (вклад цитоплазмы в этом случае достоверен только для :амцов). Можно сделать предположение, что ферменты антирадикальной ¡ащиты, гены которых содержатся в третьей хромосоме дрозофилы, проявляют ;вою активность на стадии конъюгированных гидроперекисей, более ранней, но 1е на стадии кетодиенов, более поздней.

Габл. 4. Вклад фактора цитоплазмы и взаимодействий между хромосомными и пггоплазматическими факторами, в изменчивость относительного содержания сонъюгировашшх гидроперекисей (КГП/В) и кетодиенов (КД/В), для исходных шний Лерик и ВЭС. __

Фактор КГП/В КД/В

9 с? 9 с?

Цитоплазма 21,41 %*** 14,65 % ** ■0,92% 8,66 % *

Хром. 1 * цитоплазма 3,50 % 0,62 % 1,06% 2,76 %

Хром. 2 * цитоплазма 12,05 % 3,66 % 32,89 % *♦* 30,12%***

Хром. 3 * цитоплазма 20,12 % *** 34,62 % *** 2,64 % 1,38 %

Примечание: Факторы, влияние которых достоверно, отмечены значками: * р < 0.05; ** р < 0.01; *** р < 0.001.

Изучение характера связи между средней продолжительностью жизни и интенсивностью перекисного окисления липидов. Согласно свободно — радикальной теории старения, более высокой интенсивности окислительных троцессов должна соответствовать укороченная продолжительность жизни, и наоборот, то есть между этими признаками ожидается наличие отрицательной корреляционной связи. Расчеты коэффициентов ранговой корреляции по Спирмену показали, что в случае пары исходных линий СапЮп-Б и N 66 достоверная связь между значениями показателей интенсивности перекисного

окисления липидов' :И величинами средней продолжительности жизш отсутствует (рис. 4-А). В то же время для пары исходных линий Лерик и ВЭС наличие отрицательной корреляции выявлено на уровне значимости р = 0,03 дги обоих показателей (рис. 4-Б). Таким образом, для исходных линий Лерик и ВЭС подтверждается положение свободно - радикальной теории старения о наличю обратной корреляционной связи между интенсивностью перекисного окислеши липидов и продолжительностью жизни, в то время как для исходных лини! СапЮп-Б и N 66 это положение не подтверждается.

усл.ед. 1,8 т

1,6-

1,41,2 -1

•кгп/в -кд/в

Б

усл.ед. 1,8 т

1,4 -

Сутки

32

37

—I—

42

1

0,6 -0,2

-КГП/В

-кд/в

Сутки

47

25 30 35 40 45 50

Рис. 4. Графики зависимости двух показателей интенсивности перекисног окисления липидов от значений средней продолжительности жизни для пар! исходных линий СаШоп-Б - N 66 (А) и Лерик - ВЭС (Б).

Характерно, что корреляция была выявлена для линий Лерик и ВЭС, где отбо на высокую эмбриональную смертность (снижение жизнеспособности) повлек з собой как усиление интенсивности перекисного окисления липидов, так снижение продолжительности жизни. Это подтверждает, что процессы ПО. действительно принимают участие в детерминации продолжительности жизни.' другой стороны, при отсутствии направленного отбора (линии СапЮп-Б и N 6( такая связь не выявляется. Следовательно, процессы ПОЛ не мог) рассматриваться как основные пусковые механизмы старения.

Исследование двух коллекций изогенных комбинированных линий не позволило установить наличие обратной корреляции между средней продолжительностью жизни и интенсивностью протекания процессов перекисного окисления липидов, хотя в одном случае такая связь наблюдалась для исходных родительских линий. По всей видимости, в процессе изогенизации произошли нарушения сбалансировашюго взаимодействия между продуктами, кодируемыми разными хромосомами, а также между ядерными и экстраядерными факторами. Это наблюдение согласуется с гипотезой 13. А. Ратнера с соавторами (Ратнер, Васильева, 1994; Васильева и др., 1998, и др.) о роли инбридинга как геномного стресса, в рамках которой изогенизация становится в один ряд с тепловым шоком, у - облучением и другими факторами, способными индуцировать транспозиции и эксцизии мобильных генетических элементов у дрозофилы.

При осмыслении представленных результатов необходимо учитывать, что, во-первых, перекисное окисление липидов является не единственным свободно — радикальным процессом, идущим в каждой • клетке и, во-вторых, конъюгированные гидроперекиси и кетодиены являются достаточно ранними его продуктами.

ВЫВОДЫ

1. Продолжительность жизни дрозофилы является генетически детерминированным признаком, характер наследования которого зависит от материала, используемого в скрещивании, что говорит о его полигенной природе. В ходе проведенных экспериментов были обнаружены следующие варианты наследования признака в первом поколении а) патроклиния, б) наследование, сцепленное с полом (с участием как Х-хромосомы, так и У-хромосомы), в) отрицательный гетерозис, г) положительный гетерозис.

2. Характер детерминации признака "относительное содержан конъюгированных гидроперекисей" зависит от исходного материала и факто пола. В детерминации признака в той или иной степени принимают участ1 первая и третья группы сцепления, а также взаимодействия второй хромосомы первой и с третьей, для исходных линий Canton-S и N 66; все три больш хромосомы и все типы взаимодействий между ними, а также фактор цитоплаз\ и взаимодействия между цитоплазмой и факторами, кодируемыми в треть группе сцепления, для исходных линий Лерик и ВЭС.

3. Характер детерминации признака "относительное содержание кетодиено зависит от исходного материала и фактора пола. В детерминации признака в т или иной .степени принимают участие: вторая и третья группы сцепления, также все типы взаимодействий между хромосомами, для исходных лит Canton-S и N 66; все три большие хромосомы, взаимодействия перв хромосомы со второй и с третьей, а также фактор цитоплазмы и взаимодейств между цитоплазмой и факторами, кодируемыми во второй группе сцепления, д исходных линий Лерик и ВЭС.

4. Хотя два биохимических показателя процесса перекисного окислен липидов ведут себя как два независимых признака, во всех исследоваши вариантах, независимо от исходного материала, пола и показателя, показ достоверный вклад в общую изменчивость со стороны третьей пары хромосом.

5. Положение свободно - радикальной теории старения о наличии обрати корреляции между средней продолжительностью жизни организмов интенсивностью протекания процессов перекисного окисления липщ подтверждается для линий Лерик и ВЭС, но не подтверждается для лип Canton-S и N 66. Исследование двух коллекций изогенных комбинированн линий также не позволило установить наличие связи между параметра динамики смертности и показателями интенсивности перекисного окислен липидов.

РЛМТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мыльников С. В., Смирнова А. П., Опарина Т. И. Факторный анализ интенсивности перскисиото окисления липидов у Drosophila melanogaster II Первое Всесоюзное совещание по генетике насекомых. Москва. 1991. Тезисы

докладов. С. 97.

2. Мыльников С. В., Смирнова А. П., Опарина Т. И. Перекисное окисление лннидов у дрозофилы: сравнительно - генетический анализ // VI Съезд ВОГиС им. Н. И. Вавилова. Минск. 1992. Тезисы докладов. С. 21.

3. Mylnikov S. V., Smirnova A. N., Oparina T. I. Heterosis against free radicals in senescence // XVII Int. Congress of genetics. Birmingham. 1993. Volume of abstracts. P. 155.

4. Мыльников С. В., Смирнова А. H. Динамика смертности в инбредных селектируемых линиях и их гибридах у Drosophila melanogaster // Онтогенез. 1994. Т. 25. N. 4. С. 7-12.

5. Мыльников С. В., Смирнова A. Н., Блюдзин Ю. А., Опарина Т. И. О связи продолжительности жизни, интенсивности перекисного окисления и жирнокислотиого состава липидов у Drosophila melanogaster // Вестник СПГУ. 1994. Сер. 3. Вып. 1. С. 100-104.

6. Мыльников С. В., Смирнова А. Н., Опарина Т. И. Сравнительно-генетический анализ межлинейных различий в интенсивности перекисного окисления липидов и продолжительности жизни у Drosophila melanogaster. Инбрсдные линии и гибриды // Генетика. 1994. Т. 30. N. U.C. 1466-1470.

7. Смирнова А.Н. Изучение средней продолжительности жизни в линиях дрозофилы, мутантных но системе метаболизма вторичных посредников // Генетика. 1994. Т. 30 (Приложение). С. 147.

8. Смирнова А. П., Мыльников С. В., Опарина Т. И. К вопросу о связи перекисного окисления липидов и продолжительности жизни у Drosophila melanogaster // Журнат эволюционной биохимии и физиологии. 1994. Т. 30. N. 3. С. 321-331.

9. Мыльников С. В., Опарина Т. И., Смирнова А. Н., Блюдзин Ю. А., Кайданов Л. 3. Интенсивность перекисного окисления липидов и их жнрнокислотный состав в линиях Drosophila melanogaster, различающихся по адаптивной ценности // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 1997. Т.

33. N. 1. С. 12-16.

10. Мыльников С. В., Смирнова А. П. Оценка наследуемости основных параметров старения у Drosophila melanogaster // Генетика 1997. Т. 33. N. 5. С. 616-622.

11. Смирнова А.Н. Свободно - радикальная теория старения: за и против // II съезд Ваниловского ОГиС. 2000. Тезисы докладов. Т. 2. С. 254.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Смирнова, Александра Николаевна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1Л. Старение и продолжительность жизни

1Л Л. Генетика старения и продолжительности жизни Ого8орЫ1а melanogaster 1Л.2. Обзор основных теорий старения 1Л.З. Эволюционные аспекты старения 1Л .4. Свободно - радикальная теория старения

1.2. Перекисное окисление липидов

1.2.1. Классификация и характеристика мембранных липидов, их роль в жизнедеятельности клетки

1.2.2. Типы перекисного окисления липидов

1.2.3. Механизмы повреждения мембранных структур при перекисном окислении липидов

1.2.4. Механизмы повреждения ядерного материала при перекисном окислении липидов

1.3. Связь различных аспектов старения и продолжительности жизни со свободно - радикальными процессами

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 2 Л. Материалы

2 Л Л. Выделение и характеристика мутантов ВгохоркИа melanogaster с измененным метаболизмом вторичных посредников

2Л .2. Получение линии. ОгохоркИа melanogaster, отселектированной на высокую эмбриональную смертность

2 Л .3. Получение коллекций изогенных комбинированных линий 82 2.2. Методы

2.2.1. Метод изучения продолжительности жизни

2.2.2. Метод определения диеновой конъюгации ненасыщенных жирных кислот

2.2.3. Методы статистической обработки

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Изучение продолжительности жизни в исходных линиях дрозофилы и у реципрокных гибридов первого поколения

3.2. Изучение продолжительности жизни особей изогенных комбинированных линий, созданных на основе родительских линий СапШп-Э и N

3.3. Изучение продолжительности жизни особей изогенных комбинированных линий, созданных на основе родительских линий Лерик и ВЭС

3.4. Показатели интенсивности перекисного окисления липидов у исходных линий дрозофилы

3.5. Анализ показателей интенсивности перекисного окисления липидов у изогенных комбинированных линий, созданных на основе родительских линий Canton-S и N

3.6. Анализ показателей интенсивности перекисного окисления липидов у изогенных комбинированных линий, созданных на основе родительских линий Лерик и ВЭС

3.7. Изучение связи между средней продолжительностью жизни и интенсивностью перекисного окисления липидов у исходных линий дрозофилы

3.8. Изучение связи между средней продолжительностью жизни и интенсивностью перекисного окисления липидов у комбинированных линий, созданных на основе родительских линий Canton-S и N

3.9. Изучение связи между средней продолжительностью жизни и интенсивностью перекисного окисления липидов у комбинированных линий, созданных на основе родительских линий Лерик и ВЭС

Введение Диссертация по биологии, на тему "Изучение генетической детерминации интенсивности перекисного окисления липидов в связи с различиями в продолжительности жизни у Drosophila melanogaster"

Актуальность темы. Проблема генетического контроля продолжительности жизни насчитывает больше лет, чем официальный возраст генетики (еще в конце прошлого века А. Вейсман утверждал, что ограничение продолжительности жизни имеет приспособительное значение, поскольку обеспечивает благоприятные условия для одновременного существования максимального числа относительно молодых жизнеспособных особей). Генетика старения интересуется, с одной стороны, функцией гена, молекулярной биологией и клеточной биологией, с другой стороны - придает большое значение приспособленности, популяционной генетике и эволюции.

Уникальные возможности Drosophila melanogaster как объекта генетического анализа обусловили проведение целого ряда исследований по генетике продолжительности жизни, но до сих пор нет твердого представления о биологических основах старения этого организма, как, впрочем, и любого другого (Patrige, Barton, 1993). Несмотря на то, что исследования в этой области ведутся многими исследователями, число работ, посвященных чисто генетическим аспектам продолжительности жизни и динамики смертности, не очень велико. Известны работы, где постулируется преобладающая роль в определении ПЖ дрозофилы физиолого-экологических (Lints et al., 1979; Lints, 1980; Zwaan, 1991), генетических (Luckinbill et al., 1988; Yonemura et al, 1991) факторов, а также их совместного действия (Arking et al., 1991). С одной стороны, есть основания считать, что вклад генетической компоненты в наблюдаемую изменчивость по продолжительности жизни невелик, большее значение имеют такие факторы среды, как личиночная плотность, температура и состав пищи (Lints et al., 1979). С другой стороны, недавно был обнаружен локус, локализованный в третьей группе сцепления, который отвечает за увеличение продолжительности жизни у самцов дрозофилы (Resler et al., 1998).

Теоретические разработки проблемы продолжительности жизни шли в направлении поиска механизмов, регулирующих процесс старения. На такую роль, по всей очевидности, могут претендовать лишь процессы неспецифические, свойственные всем или, по крайней мере, большинству клеток и тканей. Существует два основных подхода к изучению старения - вероятностный и программный (Дильман, 1987), но в пределах этих подходов наблюдается "переплетение" нескольких теорий, ни одна из которых полностью не раскрывает механизм старения. Автор предлагал вообще отказаться от выявления противоречий путем сопоставления теорий, а напротив, рассматривать старение как интегральный процесс, создаваемый онтогенетическими и аккумуляционными механизмами, на которые, в свою очередь, влияют генетические и экологические факторы. Среди ряда современных теорий, касающихся механизмов старения, большого внимания заслуживает свободно - радикальная теория старения Д. Хармана (Harman, 1982), постулирующая активное участие свободных радикалов в деградации жизненно важных систем организма, что подтверждается экспериментально (Обухова, 1986; Martin et al., 1996, и др.). Правоту свободно - радикальной теории старения можно, в частности, проверить, оценивая изменения интенсивности перекисного окисления липидов (ПОЛ) в зависимости от возраста организма. Реакции ПОЛ универсальны и вполне отвечают требованиям, предъявляемым к кандидатам на роль механизма, регулирующего процесс старения. У Drosophila melanogaster показана обратная корреляция между перекисным окислением липидов и средней продолжительностью жизни (Анисимов и др., 1997; Леонидов и др., 1999, и др.); продемонстрирована прямая связь между средней продолжительностью жизни и активностью ферментов антиоксидантной защиты (Phillips et al., 1989; Reveillaud et al., 1991, и др.), обнаружена положительная корреляция между интенсивностью ПОЛ и температурой, при которой происходит развитие, в то время как продолжительность жизни мух, в свою очередь, обратно пропорциональна этой температуре (Мурадян, Сабко, 1989; Sestini et al., 1991).

Малоизученной, однако, остается генетическая детерминация интенсивности перекисного окисления липидов, а также генетические аспекты связи между этим процессом и продолжительностью жизни. Перспективным подходом к проблеме является одновременный анализ значений средней продолжительности жизни, показателей интенсивности перекисного окисления липидов, и характера связи между этими биологическими характеристиками, у линий дрозофилы, различающихся по происхождению и ряду физиологических особенностей, которые могут оказывать влияние на длительность жизни.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение генетической детерминации интенсивности перекисного окисления липидов в связи с различиями в продолжительности жизни у Drosophila melanogaster.

В ходе работы были поставлены следующие задачи:

- установить величины средней продолжительности жизни особей шести исходных линий дрозофилы и реципрокных гибридов между ними, и изучить характер наследования признака в первом поколении;

- установить величины средней продолжительности жизни особей двух коллекций изогенных комбинированных линий, и изучить генетическую детерминацию признака;

- установить величины относительного содержания двух показателей интенсивности перекисного окисления липидов у особей двух пар исходных линий, различающихся по продолжительности жизни;

- установить величины относительного содержания двух показателей интенсивности перекисного окисления липидов у особей двух коллекций изогенных комбинированных линий, и изучить генетическую детерминацию этих признаков;

- исследовать характер связи между средней продолжительностью жизни и интенсивностью перекисного окисления липидов.

Научная новизна работы. Показано, что продолжительность жизни дрозофилы является генетически детерминированным полигенным признаком, который демонстрирует разнообразные типы наследования в первом поколении, а именно: а) патроклиния, б) наследование, сцепленное с полом (с участием как Х-хромосомы, так и У-хромосомы), в) отрицательный гетерозис, г) положительный гетерозис. Явление патроклинии, роль У-хромосомы и отрицательный гетерозис в наследовании продолжительности жизни ЭгозорЫк melanogaster показаны впервые.

Впервые установлено, что интенсивность перекисного окисления липидов является генетически детерминированным полигенным признаком. В паре исходных линий СаМоп-Б и N 66 относительное содержание конъюгированных гидроперекисей детерминируется первой и третьей хромосомами у самок и третьей - у самцов; относительное содержание кетодиенов детерминируется второй и третьей хромосомами у самок и третьей - у самцов. В паре исходных линий Лерик и ВЭС относительное содержание конъюгированных гидроперекисей детерминируется первой и третьей хромосомами, а также цитоплазматическими факторами, у самок, и всеми тремя большими хромосомами и цитоплазматическими факторами - у самцов; относительное содержание кетодиенов детерминируется всеми тремя большими хромосомами у самок и второй и третьей хромосомами, а также цитоплазматическими факторами - у самцов. Таким образом, во всех исследованных вариантах, независимо от исходных линий, пола и показателя, выявлен достоверный вклад в общую изменчивость по интенсивности перекисного окисления липидов со стороны генов (гена), находящихся в третьей группы сцепления дрозофилы.

Впервые проведен параллельный анализ генетической детерминации средней продолжительности жизни дрозофилы и интенсивности перекисного окисления липидов. Характер связи между этими двумя биологическими процессами выявляли на основе наследственной изменчивости, что представляет собой новый подход к проблеме. Показано, что положение свободно - радикальной теории старения о наличие обратной корреляции между средней продолжительностью жизни организмов и интенсивностью перекисного окисления липидов подтверждается только для одной из двух пар исходных линий, и не подтверждается для двух коллекций комбинированных линий.

Практическая ценность работы. Полученные данные вносят вклад в понимание механизмов старения и указывают на необходимость критического подхода к использованию природных и синтетических антиоксидантов для защиты от старения и повышения продолжительности жизни различных организмов. Неоднозначность результатов относительно корреляционной связи между продолжительностью жизни и интенсивностью перекисного окисления липидов говорит о необходимости тщательного предварительного исследования материала, который предполагается использовать в экспериментах по выявлению связей между различными биологическими процессами в рамках той или иной теории старения.

Апробация работы. Результаты данного исследования были представлены на 1 Всесоюзном совещании по генетике насекомых (Москва, 1991), на VI Съезде ВОГиС им. Н. И. Вавилова (Минск, 1992), на XVII генетическом конгрессе (Birmingham, 1993), на I (Саратов, 1994) и на II (Санкт-Петербург, 2000) съездах Вавиловского общества генетиков и селекционеров, обсуждались на научных лабораторных и межлабораторных семинарах Института физиологии им. И. П. Павлова РАН. Апробация диссертации состоялась на межлабораторном заседании отдела физиологии и патологии высшей нервной деятельности Института физиологии им. И. П. Павлова 29 декабря 1999 года и на научном семинаре лаборатории генетики животных кафедры генетики и селекции биолого-почвенного факультета СПбГУ 28 февраля 2000 года.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 175 страницах, состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и приложений, содержит 20 таблиц и 20 рисунков. Список литературы включает 109 источников.

Заключение Диссертация по теме "Генетика", Смирнова, Александра Николаевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Не вызывает сомнений, что продолжительность жизни любой группе организмов является признаком, крайне важным для общей приспособленности и, как следствие, регуляция его должна быть тщательно отлажена в процессе эволюции. Можно, таким образом, предположить, что любые отклонения от дикого типа теоретически должны вызывать изменения в продолжительности жизни и интенсивности старения и, скорее всего, не в лучшую сторону. Действительно, линии дрозофилы, несущие в Х-хромосоме единственную мутацию, влияющую на метаболизм системы вторичных посредников, демонстрируют достоверное снижение продолжительности жизни по сравнению с исходной линией дикого типа (за одним исключением). Вторичные посредники, как известно, участвуют практически во всех событиях внутриклеточной регуляции, и вполне возможно, что они могут быть задействованы в регуляции такого сложного и многогранного процесса, как старение. С другой стороны, линия дрозофилы, прошедшая около 150 поколений направленного отбора на повышение эмбриональной смертности, также демонстрирует достоверное снижение продолжительности жизни по сравнению с исходной линией дикого типа. Из литературных данных известно, что у дрозофилы нарушения фертильности часто связаны с изменениями динамики смертности (Clare, Luckinbill, 1985, Phillips et al., 1989), и подобный результат хорошо объясним с позиций эволюционных теорий старения. Факт наличия достоверных различий между линиями в одинаковых условиях внешней среды говорит о генетической детерминации продолжительности жизни дрозофилы и позволяет изучать этот признак методами генетического анализа.

Первым шагом в этом направлении стало изучение наследования продолжительности жизни в первом поколении. Оказалось, что для четырех изученных вариантов скрещивания наблюдаются самые разнообразные типы наследования, как уже встречавшиеся в литературе, так и обнаруженные впервые. Большой интерес, в частности, вызывает обнаруженное явление патроклинии. У млекопитающих и человека показано существование геномного импринтинга, или "хромосомной памяти", что обусловлено подавлением функциональной активности некоторых генов только в гаметах одного из родителей. В качестве возможных механизмов предлагается существование специфических паттернов метилирования разных родительских аллелей, или изменения в конденсации и конфигурации хроматина (Мглинец и др., 1996). Возможно, в данном случае у дрозофилы имеют место похожие процессы. Также неожиданным результатом явилось возможная роль У-хромосомы в детерминации продолжительности жизни, наблюдаемая в двух случаях из четырех. У-хромосома дрозофилы считается почти инертной, хотя известно, что там содержится несколько генов фертильности самцов. Для дальнейшего, более детального изучения типов наследования, необходимо получать гибриды следующих поколений, и анализировать характер наследования продолжительности жизни у них.

Исходные линии дрозофилы различаются не только особенностями динамики смертности и продолжительности жизни, но также интенсивностью протекания процессов перекисного окисления липидов. Поскольку линии, которые содержались в одинаковых лабораторных условиях, демонстрируют достоверные различия по интенсивности перекисного окисления липидов, этот признак детерминирован генетически и может быть изучен методами генетического анализа. Необходимо отметить, что система "перекисное окисление липидов - антиоксидантная защита" включает в себя как минимум четыре компонента: структурные и регуляторные гены субстратов перекисного окисления липидов, структурные и регуляторные гены ферментов антирадикальной защиты. В данной работе была поставлена задача установить степень участия каждой из трех больших хромосом дрозофилы в генетической детерминации двух показателей интенсивности перекисного окисления липидов у дрозофилы в норме, без какой-либо специальной обработки. Оказалось, что характер генетической детерминации признака зависит от исходного материала, фактора пола и используемого показателя. При этом во всех исследованных вариантах выявлен достоверный вклад в общую изменчивость по интенсивности перекисного окисления липидов со стороны генов (гена), находящихся в третьей группы сцепления дрозофилы. Ведущая роль третьей группы сцепления в детерминации интенсивности перекисного окисления липидов представляет особенный интерес в свете того факта, что гены, кодирующие важнейшие ферменты антирадикальной защиты клетки - супероксиддисмутазу и каталазу - находятся в третьей группе сцепления БговорЫк те1а1к^а81ег. В дальнейшем необходимо задействовать в изучении методами генетического анализа как можно больше показателей интенсивности перекисного окисления липидов и активности работы ферментов антирадикальной защиты, с привлечением как можно большего количества исходных линий дрозофилы, с целью выявить общие закономерности.

Отправной точкой для данного исследования послужила свободно - радикальная теория старения Д. Хармана, которая связывает процесс старения различных организмов с негативным воздействием кислородсодержащих свободных радикалов на различные макромолекулы и клеточные структуры. Эта теория, в частности, постулирует существование обратной корреляционной связи между интенсивностью свободно - радикальных процессов и скоростью старения различных организмов. Существует много убедительных данных в пользу этой теории. В связи с этим возник вопрос, насколько свободно - радикальные процессы могут рассматриваться в качестве пусковых механизмов при старении дрозофилы в норме. Оказалось, что положение свободно -радикальной теории старения о наличие обратной корреляции между продолжительностью жизни и интенсивностью перекисного окисления липидов подтверждается для одной из двух исследованных пар исходных линий дрозофилы. Характерно, что такая связь была выявлена в том случае, где отбор на высокую эмбриональную смертность повлек за собой как усиление интенсивности перекисного окисления липидов, так и снижение продолжительности жизни. Это подтверждает, что процессы перекисного окисления липидов действительно могут участвовать в детерминации продолжительности жизни. Но, поскольку в другом случае такая связь не выявляется, они не могут рассматриваться как основные пусковые механизмы старения. Необходимо учитывать, что, во-первых, перекисное окисление липидов является не единственным свободно -радикальным процессом, идущим в каждой клетке и, во-вторых, изученные здесь два показателя интенсивности перекисного окисления липидов (конъюгированные гидроперекиси и кетодиены) являются достаточно ранними продуктами, возможно, картина для более поздних продуктов (например, шиффовых оснований или малонового диальдегида) была бы иной. Перспективным направлением для изучения связей между продолжительностью жизни и перекисным окислением липидов является анализ максимального

1. Продолжительность жизни дрозофилы является генетически детерминированным признаком, характер наследования которого зависит от материала, используемого в скрещивании, что говорит о его полигенной природе. В ходе проведенных экспериментов были обнаружены следующие варианты наследования признака в первом поколении; а) патроклиния, б) наследование, сцепленное с полом (с участием как Х-хромосомы, так и У-хромосомы), в) отрицательный гетерозис, г) положительный гетерозис.

2. Характер детерминации признака "относительное содержание конъюгированных гидроперекисей" зависит от исходного материала и фактора пола. В детерминации признака в той или иной степени принимают участие: первая и третья группы сцепления, а также взаимодействия второй хромосомы с первой и с третьей, для исходных линий СапШп-8 и N 66; все три большие хромосомы и все типы взаимодействий между ними, а также фактор цитоплазмы и взаимодействия между цитоплазмой и факторами, кодируемыми в третьей группе сцепления, для исходных линий Лерик и ВЭС.

3. Характер детерминации признака "относительное содержание кетодиенов" зависит от исходного материала и фактора пола. В детерминации признака в той или иной степени принимают участие: вторая и третья группы сцепления, а также все типы взаимодействий между хромосомами, для исходных линий Саг^оп-Б и N 66; все три большие хромосомы, взаимодействия первой хромосомы со второй и с третьей, а также фактор цитоплазмы и взаимодействия между цитоплазмой и факторами, кодируемыми во второй группе сцепления, для исходных линий Лерик и ВЭС.

4. Хотя два биохимических показателя процесса перекисного окисления липидов ведут себя как два независимых признака, во всех исследованных вариантах, независимо от исходного материала, пола и показателя, показан достоверный вклад в общую изменчивость со стороны третьей пары хромосом.

5. Положение свободно - радикальной теории старения о наличии обратной корреляции между средней продолжительностью жизни организмов и интенсивностью протекания процессов перекисного окисления липидов подтверждается для линий Лерик и ВЭС, но не подтверждается для линий СапШп-З и N 66. Исследование двух коллекций изогенных комбинированных линий также не позволило установить наличие связи между параметрами динамики смертности и показателями интенсивности перекисного окисления липидов.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Смирнова, Александра Николаевна, Санкт-Петербург

1. Акифьев А. П., Потапенко А. И. Этапноеть изменений ДНК и ее роль в процессе старения // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Общие проблемы биологии. 1986. - Т. 5. - С. 7-35.

2. Анисимов В. Н., Мыльников С. В., Опарина Т. И., Хавинсон В. X. Влияние мелатонина и эпиталамина на продолжительность жизни и перекисное окисление липидов у Drosophila melanogaster // Доклады академии наук. 1997. - Т. 352, N. 5. - С. 704-707.

3. Барабой В. А. Механизмы стресса и перекисное окисление липидов // Успехи современной биологии. -1991.-Т. 111, Вып. 6. С. 923-931.

4. Болдырев А. А., Куклей М. Л. Свободные радикалы в нормальном и ишемическом мозге // Нейрохимия. 1996. - Т. 13, Вып. 4. - С. 271-278.

5. Васильева Л. А., Ратнер В. А., Бубенщикова Е. В. Стрессовая индукция транспозиций ретротранспозонов дрозофилы: реальность явления, характерные особенности и возможная роль в быстрой эволюции // Генетика. 1997. - Т. 33, N. 8. - С. 1083-1093.

6. Васильева Л. А., Ратнер В. А., Бубенщикова Е. В. Сравнительные вклады различных генетических факторов в индукцию транспозиций МГЭ при изогенизации // Генетика. 1998. - Т. 34, N. 11. -С.1484-1492.

7. Гаврилов Л. А., Гаврилова Н. С. Биология продолжительности жизни. М.: Наука. 1991. - 279 с.

8. Глотов Н. В., Животовский Л. В., Хованов Н. В., Хромов-Борисов Н. Н. Биометрия. Л.: Изд-во ЛГУ. 1982. - 263 с.

9. Григорьев С. Г., Перфилов А. М., Левандовский В. В., Юнкеров В. И. 81а1§гайсз на персональном компьютере (Практическое пособие по обработке результатов медико-биологических исследований). С.Петербург. 1992. - 104 с.

10. Гусев В. А., Панченко Л. Ф. Современные концепциисвободнорадикальной теории старения // Нейрохимия. 1997. - Т. 14,1. Вып. 1.-С. 14-29.

11. МЛ6маи 8.М. Четыре модели Л.: /Че^и^и«^.

12. Ерин А. Н., Гуляева Н. В., Никушкин Е. В. Свободнорадикальныемеханизмы в церебральных патологиях // Бюллетень экспериментальнойбиологии и медицины. 1994. - Т. 118, N. 10. - С. 343-348.

13. Зотин А. П., Зотина Р. С. Феноменологическая теория развития, роста и старения организмов. М.: Наука. 1993. - 364 с.

14. Мглинец В. А., Левина Л.Я., Константинова Л. М. Геномный импринтинг и синдромы Прадера-Вилли и Энджельмена // Генетика. -1996. Т. 32, N 12. - С. 1605-1615.

15. Мурадян X. К., Сабко В. Е. Перекисное окисление липидов и продолжительность жизни у БгоБорЬИа melanogaster // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 1989. - Т. 25, N. 4. -С. 431-435.

16. Мыльников С. В. Динамика эмбриональной смертности в инбредных линиях дрозофилы // Онтогенез. 1991а. - Т. 22. - С. 93-95.

17. Мыльников С. В. Формирование адаптивной генетической системы в инбредной линии БгозорЫк те1а!^а81ег, селектируемой на высокую эмбриональную смертность // Цитология и генетика. 1991Ь. - Т. 25, N. 4. - С. 67-72.

18. Мыльников С. В., Смирнова А. Н. Динамика смертности в инбредных селектируемых линиях и их гибридах у Бг080рЫ1а те1апо§а81ег // Онтогенез. 1994. - Т. 25, N. 4. - С. 7-12.

19. Мыльников С. В., Смирнова А. Н. Оценка наследуемости основных параметров старения у ОгоБорЬйа ше1апо§а81ег // Генетика. 1997. -Т. 33,N. 5.-С. 616-622.

20. Мыльников С. В., Смирнова А. Н., Блюдзин Ю. А., Опарина Т. И. О связи продолжительности жизни, интенсивности перекисного окисления и жирнокислотного состава липидов у БгозорЫк те1апо§а81ег // Вестник СПГУ. 1994а. - Сер. 3, Вып. 1. - С. 100-104.

21. Обухова Л. К. Свободнорадикальные механизмы старения в биологической эволюции // Итого науки и техники. ВИНИТИ. Общие проблемы биологии. 1986. - Т. 5. - С. 36-68.

22. Ратнер В. А., Васильева Л. А. Критические ограничения геномной системы мобильных генетических элементов (МГЭ) // Генетика. 1994. -Т. 30, N.5.-0. 593-599.

23. Ратнер В. А., Васильева Л. А. Индукция транспозиций и эксцизий мобильных генетических элементов у дрозофилы в процессе изогенизации // Генетика. 1996. - Т. 32, N. 7. - С. 933-944.

24. Савватеева Е. В. Генетический контроль систем вторичных посредников и их роль в обучении // Успехи современной генетики. -1991.-Т. 17.-С. 33-99.

25. Садовникова И. П. Влияние геропротекторов антиоксидантов на иммунные реакции // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Общие проблемы биологии. - 1986. - Т. 5. - С. 69-109.

26. Смирнова А. Н., Мыльников С. В., Опарина Т. И. К вопросу о связи перекисного окисления липидов и продолжительности жизни у ОгоБорЫк те1агк^аз1ег // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 1994. - Т. 30, N. 3. - С. 321-331.

27. Стальная И. Д. Метод определения диеновой конъюгации ненасыщенных высших жирных кислот // Современные методы в биохимии. М.: Медицина 1977. - С. 63-64.

28. Урбах В. Ю. Математическая статистика для биологов и медиков. М.: Изд-во АН СССР. 1963. - 323 с.

29. Ansari K. A., Kaplan E., Shoeman D. Age related changes in lipid peroxidation and protective enzymes in central nervous system // Growth, development, and aging. - 1989. - V. 53, N. 3. - P. 117-121.

30. Arking R. Successful selection for increased longevity in Drosophila: analysis of the survival data and presentation of a hypothesis on the genetic regulation of longevity // Experimental gerontology. 1987. - V. 22. -P. 199-220.

31. Arking R., Buck S., Wells R. A., Pretzlaff R. Metabolic rates in genetically based long lived strains of Drosophila // Experimental gerontology. 1988. -V. 23. - P. 59-76.

32. Arking R., Buck S., Berrios A., Dwyer S., Baker G. Elevated paraquat resistance can be used as a bioassay for longevity in a genetically based long-lived strain of Drosophila // Developmental genetics. 1991. - V. 12. -P. 362-370.

33. Arking R., Dudas S. P. Review of genetic investigations into the aging processes of Drosophila // Journal of american geriatrics society. 1989. -V. 37.-P. 757-773.

34. Arking R., Wells R. A. Genetic alteration of normal aging processes in responsible for extended longevity in Drosophila // Developmental genetics. -1990.-V. 11.-P. 141-148.

35. Baeuerle P. A., Rupee R. A., Pahl H. L. Reactive oxygen intermediates as second messengers of a general pathogen response // Pathologie biologie. -1996.-V. 44, N. l.-P. 29-35.

36. Buck S., Nicholson M., Dudas S. P., Wells R. A., Force A., Baker G. T., Arking R. Larval regulation of adult longevity in a genetically-selected long-lived strain of Drosophila // Heredity. 1993a. - V. 71, Pt. 1. - P. 23-32.

37. Buck S., Wells R. A., Dudas S. P., Baker G. T., Arking R. Chromosomal localisation and regulation of the longevity determinant genes in a selected strain of Drosophila melanogasrter // Heredity. 1993b. - V. 71, Pt. 1. -P. 11-22.

38. Cai Q., Tian L., Wei H. Age-dependent increase of indigenous DNA adducts in rat brain is associated with lipid peroxidation product // Experimental gerontology. 1996. - V. 31, N. 3. - P. 373-385.

39. Cao E. H., Liu X. Q., Wang 1. G., Wang J. J., Xu N. F. Evidence that lipid peroxidation products bind to DNA in liver cells // Biochimica and biophysica acta.- 1995,-V. 1259, N. 2. P. 187-191.

40. Chen S. G., Murakami K. Synergistic activation of type 3 protein kinase C by cis-fatty acid and diacylglycerol // The Biochemical journal. 1992. -V. 282,N. l.-P. 33-39.

41. Chung F., Chen H. S., Nath R. G. Lipid peroxidation as a potential endogenous sourse for the formation of exocyclic DNA adducts // Carcinogenesis.- 1996,-V. 17, N. 10.-P. 2105-2111.

42. Clare M. I., Luckinbill L. S. The effects of gene environment interaction on the expression of longevity // Heredity. - 1985. - V. 55, N. 1. - P. 19-29.

43. Curtsinger J. W., Fukui H. H., Resler A. S., Kelly K., Khazaeli A. A. Genetic analysis of exended lifespan in Drosophila melanogaster. I. RAPD screen for genetic divergence between selected and control lines // Genetica. -¿538.-V. 104, N. 1,- P. 21-33.

44. Durusoy M., Diril N., Bozcuk A. N. Age related activity of catalase in different genotypes of Drosophila melanogaster // Experimental gerontology. -1995.-V. 30, N. l.-P. 77-86.

45. Duttasoy A., Meidinger R., Kirby K., Carmichael S., Hilliker A., Phillips J. A manganese superoxide dismutase-encoding cDNA from Drosophila melanogaster // Gene. 1994. - V. 143, N. 2. - P. 223-225.

46. Exton J. H. Phosphatidylcholine breakdown and signal transduction // Biochimica and biophysica acta. 1994. - V. 1212, N. 1. - P. 26-42.

47. Farmer K. I., Sohal R. S. Effects of ambient temperature on free radical generation, antioxidant defences and life span in the adult housfly, Musca domestica // Experimental gerontology. 1987. - V. 22, N. l.-P. 59-65.

48. Frankel E. N. Lipid oxidation : mechanisms, products and biological significance // The journal of the american oil chemists society. 1984. -V. 62, N. 12.-P. 1908-1917.

49. Griswold C. M., Matthews A. L., Bewley K. E., Mahaffey J. W. Molecular characterization and rescue of acatalasemic mutants of Drosophila melanogaster // Genetics. 1993. -V. 134, N. 3. - P. 781-788.

50. Guarente L. Do changes in chromosomes cause aging? // Cell. 1996. -V. 86, N. l.-P. 9-12.

51. Halliwell B. Mechanisms involved in the generation of free radicals // Pathologie biologie. 1996. -V. 44, N. 1. - P. 6-13.

52. Hari R., Burde V., Arking R. Immunological confirmation of elevated levels of CuZn superoxide dismutase protein in an artificially selected long-lived strain of Drosophila melanogaster // Experimental gerontology. 1998. -V. 33, N. 3.-P. 227-237.

53. Harman D. The free radical theory of ageing // Free radicals in biology. Academic Press. - 1982. - V. 5. - P. 255-275.

54. Harman D. Extending functional life span // Experimental gerontology. -1998. V. 33, N. 1/2. - P. 95-112.

55. Hutchinson E. W., Rose M. R. Quantative genetics of postponed aging in Drosophila melanogaster. 1. Analysis of outbred populations // Genetics. -1991.-V. 127.-P. 719-728.

56. Mackay W. J., Bewley C. C. The genetics of catalase in Drosophila melanogaster: isolation and characterisation of acatalasemic mutants // Genetics. 1989. - V. 122, N. 3. - P. 643-652.

57. Martin G. M., Austad S. N., Johnson T. E. Genetic analysis of ageing: role of oxidative damage and environmentale stresses // Nature genetics. -1996.-V. 13, N. l.-P. 25-34.

58. Miquel J., Fleming J. A. A tow-step hypothesis on the mechanisms of in vitro cell aging: Cell differentiation followed by intrinsic mitochondrial mutagenesis // Experimental gerontology. 1984. - V. 19, N. l.-P. 31-36.

59. Miquel J. An update on the oxygen stress-mitochondrial mutation theory of aging: geneticand evolutionary implications // Experimental gerontology. -1998.-V. 33, N.1/2.-P. 113-126.

60. Miyazawa T., Suzuki T., Fujimoto K. Age dependent accumulation of phosphatidylcholine hydroperoxide in the brain and liver of the rat // Lipids. -1993. - V. 28, N. 9. - P. 789-793.

61. Munkres K. D. Pharmacogenetics of cyclic guanylate, antioxidantes, and antioxidant enzymes in Neurospora // Free radicals in biology and medicine. -1990.-V. 9.-P. 29-38.

62. Nishisuka I. Membrane phospholipid degradation and protein kinase C for cell signalling // Neuroscience research. 1992. - V. 15. - P. 3-5.

63. Pretzlaff R., Arking R. Patterns of amino acid incorporation in long-lived genetic strains of Drosophila melanogaster // Experimental gerontology. -1989.-V. 24, N. l.-P. 67-81.

64. Reveillaud I., Niedzwiecki A., Bensch K., Fleming J. E. Expression of bovine superoxide dismutase in Drosophila melanogaster augments resistance to oxidative stress // Molecular and cellulare biology. 1991. - V. 11, N. 2. -P. 632-640.

65. Riley J. C., Behrman H. R. Oxygen radicals and reactive oxygen species in reproduction // Proceedings of the Society for experimental biology and medicine.-1991.-V. 198,N. 3.-P. 781-792.

66. Rogina B., Helfand S. L. Regulation of gene expression is linked to life span in adult Drosophila // Genetics. 1995. - V. 141, N. 3. - P. 1043-1048.

67. Rose M. R., Dorey M. L., Coyle A. M., Service P. M. The morfology of postponed senescence in Drosophila melanogaster // Canadian journal of zoology. 1984. - V. 62. - P. 1576-1580.

68. Rose M. R., Finch C. E. The Janiform genetics of aging // Genetica. -1993.-V. 91, N. 1-3.-P. 3-10.

69. Sawada M., Carlson J. C. Biochemical changes associated with the mechanisms controlling superoxide radical formation in the aging Rotifer // Journal of cellular biochemistry. 1990. - V. 44, N. 3. - P. 153-165.

70. Seifert R., Schachtele C., Rosenthal W., Schultz G. Activation of protein kinase C by cis- and trans- fatty acids and its potentiation by diacylglycerol // Biochemical and biophisical research communications. 1988. - V. 154, N. l.-P. 20-26.

71. Semsei I., Rao G., Richardson A. Expression of superoxide dismutase and catalase in rat brain as a function of age // Mechanisms of ageing and development.-1991.-V. 58,N. l.-P. 13-19.

72. Service P. M., Hutchinson R. W., Mackinley M. D., Rose M. R. Resistance to environmental stress in Drosophila melanogaster selected for postponed senescence // Physiological zoology. 1985. - V. 58, N. 4. -P. 380-389.

73. Sestini E. A., Carlson J. C., Alsopp R. The effect of ambient temperature on life span, lipid peroxidation, superoxide dismutase, and phospholipase A2 activity in Drosophila melanogaster // Experimental gerontology. 1991. -V. 26,N. 4.-P. 385-395.

74. Seto N. O., Hayashi S., Tener G. Cloning, sequence analysis and chromosomal localization of the Cu-Zn superoxide dismutase gene of Drosophila melanogaster // Gene. 1989. - V. 75, N. 1. - P. 85-92.

75. Seto N. O., Hayashi S., Tener G. Overexpression of Cu-Zn superoxide dismutase in Drosophila not affect life span // Proceedings of the national academy of sciences of the USA. 1990. - V. 87, N. 11. - P. 4270-4274.

76. Staveley B. E., Hilliker A. J., Phillips J. P. Genetic organisation of the cSOD microregion of Drosophila melanogaster // Genome. 1991. - V. 34, N. 2. - P. 279-282.

77. Tyler R. H., Brar H., Sinsh M., Latarre A., Graves J. L., Mueller L. D., Rose M. R., Ayala F. J. The effect of superoxide dismutase alleles on aging in Drosophila//Genetica.- 1993.- V. 91,N. 1-3.-P. 143-149.

78. Yonemura I., Abe M., Ishiyama T., Motoyama T., Hasekura H., Boettcher B. Influence of temperature on the inheritance of adult life span in Drosophila melanogaster // Hereditas. 1990. - V. 112. - P. 117-127.

79. Yonemura I., Motoyama T., Hasekura H. Evidence of major genes controlling longevity in Drosophila melanogaster // Proceedings of the japan academy. 1986. - V. 62, Ser. B, N. 1. - P. 41-44.

80. Yonemura I., Motoyama T., Hasekura H. Mode of inheritance of major genes controlling life span differences between two inbred strains of Drosophila melanogaster // Hereditas. 1989. - V. 111. - P. 207-214.

81. Yonemura I., Motoyama T., Hasekura H., Boettcher B. Relationchipbetween genotypes of longevity genes and developmental speed in Drosophila melanogaster // Heredity. 1991. - V. 66, N. 1. - P. 143-148.

82. Yonemura I., Motoyama T., Hasekura H., Boettcher B. Cytoplasmatic influence on the expression of nuclear genes affecting life span in Drosophila melanogaster // Heredity. 1991. - V. 66, N. 2. - P. 259-264.

83. Zwaan B. J., Bijima R., Hoekstra R. F. On the development theory of ageing. 1. Starvation resistance and longevity in Drosophila melanogaster in relation to pre-adult breeding condition // Heredity. 1991. - V. 66, N. 1. -P. 29-39.167