Дипломная работа: Участие митохондриального АТФ-ингибируемого калиевого канала в адаптации животного к гипоксическому состоянию
Можно выделить две основные физиологические роли свободнорадикального окисления в организме. Во-первых, этот процесс имеет место при катаболизме многих липидов и белков, что облегчает дальнейшее действие фосфолипаз и протеаз, сродство которых намного выше именно к окисленному субстрату [63], а также при синтезе физиологически активных веществ липидной природы (лейкотриены, тромбоксаны, простагландины). Во-вторых, АФК участвуют в начальных этапах клеточной сигнализации (редокс–сигнализация) в условиях стресса, гипоксии, воспаления, воздействия высоких и низких температур, физической нагрузки, и других патологических состояниях. Характер клеточного ответа будет зависеть от продолжительности и интенсивности воздействия вышеперечисленных факторов. При умеренном воздействии формируется неспецифический ответ, повышающий адаптацию организма к новым условиям. При воздействии высокой интенсивности, например, при глубокой гипоксии наступает некроз тканей, в том числе и за счет повреждающего действия АФК, активирующих перекисное окисление липидов и других биологических молекул [5].
Механизм протекторного действия заключен, по-видимому, в окислительно-восстановительных модификациях сульфгидрильных групп сенсорных белков, что приводит к активации тирозинкиназного пути клеточного ответа [5].
Одним из важнейших следствий инициации редокс-сигнализации и АФК-опосредованной передачи сигнала является активация ядерных факторов транскрипции, которые находятся в неактивном состоянии до тех пор, пока в их молекуле не произойдет отщепление ингибиторного домена. После этого, ядерные факторы транскрипции оказываются способными индуцировать многочисленные гены. Важную роль в настоящее время придают таким факторам транскрипции, как NF-kB[21], AP-1[41].
Среди известных к настоящему времени белков, которые синтезируются в ответ на редокс-сигнал от адаптирующего фактора, наибольшее значение имеет, прежде всего, ряд неспецифических молекул, таких как ферменты антиоксидантной защиты, белки семейства HSP и другие белки срочного ответа, которые могут синтезироваться в ответ на гипоксию, стресс, ишемию, реперфузию и т.д. [41]. Кроме того, синтезируются специфические молекулы с шапероновой активностью по отношению к конкретным белкам клетки, как показано, например для специфического шаперона Са-насоса саркоплазматического ретикулума [13], либо белки, специфически синтезирующиеся в ответ на действие конкретного фактора, например, в ответ на гипоксию [28].
Следует отметить, что на сегодняшний день одним из наиболее эффективных способов предотвращения повреждений тканей, вызванных гипоксическим состоянием, является интервальная гипоксическая тренировка. До настоящего времени считалось, что основной механизм адаптационного эффекта всех видов гипоксической тренировки обусловлен активацией антиоксидантных ферментов, усиливающих защиту организма от воздействия активных форм кислорода [28,41]. Недавно в лаборатории Скулачева было показано, что незначительное снижение мембранного потенциала (~ на 13%) ведет к существенному (до 80%) уменьшению продукции супероксид-анионов [34]. Следует отметить, что в митохондриях образуется до 95% супероксид-анионов клетки [11,54,60].
Ранее было высказано предположение, что активация митоКАТФ и увеличение экспрессии гена, кодирующего этот белок, играют роль в формировании устойчивости организма к кислородному голоданию [39,55,65], однако прямых доказательств этому предположению получено не было, поэтому в данной работе была поставлена цель – выяснить роль митоКАТФ в адаптации к гипоксии.
Глава 2. Материалы и методы
2.1. Выделение белка с молекулярной массой 55 кДа из митохондрий печени крыс
В работе использовали самцов крыс линии Вистар.
Для выделения белка проводили выделение митопластов, экстракцию белков из митопластов, отделение водорастворимых белков от нерастворимых в воде. Дальнейшее разделение водорастворимых белков осуществляли методом ионообменной хроматографии, с повторным проведением хроматографии фракций, где был обнаружен белок с Мr 55 кДа. Фракции после хроматографии проверяли с помощью SDS-электрофореза и, если было необходимо, на приборе для определения проводимости бислойных липидных мембран. Далее проводили нативный форез фракций после повторной хроматографии, в которых с помощью SDS-фореза был обнаружен белок с Мr 55 кДА и концентрирование белка методом обратного диализа с помощью полиэтиленгликоля (ПЭГ).
2.1.1. Выделение митопластов из митохондрий печени крыс
Для одного выделения обычно декапитировали 10 крыс, у которых извлекали печень.
Печень измельчали в специальном прессе, затем гомогенизировали в десятикратном объеме 300 мМ раствора сахарозы в 10 мМ Tris-HCl, рН 7.4 с использованием автоматического гомогенизатора при 240 об/мин.
Далее гомогенат центрифугировали на центрифуге К-70: 4 мин при 1200 об/мин (400g), затем 6 мин при 1500 об/мин (600g). В этих условиях осаждаются ядра и мембранные структуры.
Супернатант центрифугировали на РС-6 20 мин при 4800 об/мин (3500g). В этих условиях осаждается митохондриальная фракция. Осадок собирали и промывали в 300 мМ раствора сахарозы в 10 мМ Tris-HCl рН 7.4, затем ресуспендировали.
Повторное центрифугирование проводили на РС-6 20 мин. при 4800 об/мин (3500g). Осадок собирали, мерили его объем.
Доводили полученные митохондрии Tris-HCl (10 мМ, pH 7.4) до 500 мл.
Оставляли при перемешивании и температуре 4°С на 30 мин. В результате получались митопласты.
Митопласты центрифугировали при 5500 об/мин на РС-6 (4000g) в течение 20 мин.
Осадок объединяли. Измеряли его объем и концентрацию белка. Концентрацию белка измеряли спектрофотометрически (длина волны 750 нм) по методу Лоури (Лоури, 1965). Исходя из полученных данных, митопласты разводили бидистиллированной водой до концентрации 44 мг/мл.
2.1.2. Экстрагирование белков из митопластов
К полученной суспензии митопластов добавляли 9 объемов 66%-го этилового спирта. Экстракцию белков вели при перемешивании суспензии в течение 30 мин при 4°С. После экстракции суспензию центрифугировали при 5500 об/мин (4000g) в течение 15 мин.
2.1.3. Отделение водорастворимых белков от нерастворимых
Полученный супернатант диализовали против 5 мМ Tris-HClpH 7.4 (c 2-меркаптоэтанолом – 0,0005%). Объем буфера составлял 2 л. Затем центрифугировали при 100000g 30 мин.
2.1.4. Ионообменная хроматография на DEAE -целлюлозе
Буфер «А» (Tris 50 mM, EDTA 0.5 mMpH 7.4; 125 мкл 2-меркаптоэтанола на 250 мл буфера после доведения рН)
Буфер «Б» (1М КСl в буфере «А»). Из него готовили ступенчатый градиент: 50, 100, 150, 200, 250, 300, 500 мМ КСl.
Взвешивалили DEAE-целлюлозу из расчета 1 г целлюлозы на 1 мл колонки. Целлюлозу промывали три раза деионизированной водой, затем буфером «А». Наносили на колонку. Промывали буфером «А» после нанесения.
Супернатант наносили на колонку cDEAE-целлюлозой (высота 2 см, объем 2 мл), предварительно уравновешенную буфером «А». После нанесения белков колонку промывали двойным объемом буфера «А» (Tris 50 мM, EDTA 0.5 мMpH 7.4).
Белки элюировали градиентом KCl: 50, 100, 150, 200, 250, 300, 500 мМ. Собирали по две фракции каждой концентрации соли. Каждая фракция по 2 мл. Полученные фракции проверяли на электрофорезе в ПААГ.
2.1.5. SDS -электрофорез в ПААГ
Белки разделяются по их молекулярным массам. Додецилсульфат натрия (SDS), связываясь с заряженными молекулами, компенсирует различия между зарядами белков.
Приготовление проб: в 30 мкл каждой фракции с DEAE-cell колонки добавляли по 15 мкл SLB.
Приготовление SLB :
1)SLB без меркаптоэтанола: 1.4 г SDS + 6 г глицерина + буфер, pH 6.8, без SDS - 7.5 мл, доводили деионизированной водой до 20 мл.
2)SLB для проб: 1 мл SLB без МЭ (1); 45 мкл МЭ; 45 мкл бромфеноловый синий .