Введение

Зимняя спячка представляет собой форму адаптации животных к действию неблагоприятных условий обитания: низкой температуры окружающей среды, отсутствию пищи и т.д. [6, 39, 4] Затрачивают все уровни организации от биохимического до поведенческого, и реализуются генетические программы, запускаемые при действии соответствующих внешних (укорочение фотопериода, понижение температуры, бескормица и т.д.) и внутренних факторов (цирканнуальные ритмы нейромедиаторов, пептидов и гормонов) [ 3, 32].

Состояние гибернации у зимоспящих животных характеризуется тем, что при переходе в это состояние температура тела понижается и часто достигает околонулевых значений. Наблюдается существенное снижение частоты сердечных сокращений – приблизительно с 250 до 8-10 ударов в 1 мин и снижение частоты дыхания – со 150 до одного или менее дыхательных циклов в 1 мин [ 5 ]. Отмечается снижение уровня метаболизма от 0,2 кал/(г·мин-1) при гибернации [ 1 ]. Показано, что общее потребление энергии в сезон гибернации (включая периодические регулярные выходы из спячки) у гибернирующих животных на 87% меньше, чем у активных [ 39 ]. В течение гибернационного сезона наблюдаются периодические выходы животных из состояния спячки с соответствующим повышением уровня метаболизма и температуры тела [ 39 ]. Таким образом, гибернация делится на периоды спячки (бауты), которые прерываются короткими (обычно 24 ч или меньше) периодами эутермии.

Процессы погружения в спячку и пробуждения, а также длительность баутов контролируются центральной нервной системой. Даже во время глубокой зимней спячки некоторые отделы мозга сохраняют достаточно высокую активность. Так, в лимбической системе (а именно в септуме, гиппокампе, гипоталамусе) наблюдается почти постоянная ЭЭГ-активность на протяжении всего баута [ 10 ].

Проблема зимней спячки имеет не только общебиологический интерес, но и привлекает внимание с непосредственно практической точки зрения: полученные фундаментальные данные могут быть положены в основу разработки методов создания гипобиоза, управляемого при помощи естественных механизмов, что чрезвычайно важно для клиники, когда требуется поддержать организм более или менее длительное время в состоянии значительно сниженных физиологических функций. Такая регулируемая искусственная гипотермия, вызывающая лишь умеренно вредные эффекты, способствует повышению устойчивости организма к влиянию ряда неблагориятных факторов, прежде всего тканевой гипоксии, которая часто сопутствует различным видам патологических процессов, в частности нарушениям кровообращения [ 3 ]. Результаты исследования нейрогенеза у сусликов при смене функционального состояния мозга во время гибернационного цикла в литературе отсутствуют, однако наличие его показано у птиц при смене сезонов и наступлении весны. Ряд авторов рассматривает гибернацию как модель ишемии мозга, при которой снижение кровотока, доставки кислорода и глюкозы во время спячки, а также последующая реоксигенация при выходе из спячки не приводят к повреждению и гибели клеток. Однако для ряда ишемических состояний, связанных с нейродегенерацией и гибелью клеток мозга, показано увеличение интенсивности нейрогенеза в постишемический период.

В связи с этим, целью работы явилось исследование экспрессии белков клеточного цикла (циклинов – А, В1, циклинзависимых киназ- cdc2, cdk2, cdk4, МСМ2) и не связанной с клеточным циклом циклинзависимой киназы cdk5 в мозге сусликов Citellus undulatus на разных стадиях гибернационного цикла.

Задачи:

1. Определить экспрессию белков клеточного цикла:

· циклинов- ClnA, ClnB1;

· циклинзависимых киназ- cdc2, cdk2, cdk4;

· маркёра пролиферирующих клеток MCM2;

2. Определить экспрессию циклинзависимой киназы cdk5, не связанной с клеточным циклом.

3. Выявить различия в экспрессии белков клеточного цикла на разных стадиях гибернационного цикла и при разной температуре тела животных.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Биохимические изменения в тканях при зимней спячке

Зимняя спячка (гибернация) – это закрепленная в ходе эволюции уникальная способность к минимализации жизненных функций организма, позволяющая ряду видов млекопитающих в течение многих месяцев переживать холод, бескормицу, сокращения светлого периода суток [ 5 ]. В Европе, Азии, Америке впадают в зимнюю спячку почти все виды летучих мышей, ежи и многие грызуны: сони, тушканчики, хомяки, бурундуки, суслики и сурки [ 6, 39 ].

Основой этого приспособления, по-видимому, являются крайне разнообразные пути сохранения энергетического баланса организма при сезонных изменениях во внешней среде. Подсчитано, что в течение зимней спячки (7-8 мес.) сусликов экономится от 80-90% энергии, которая могла бы быть потрачена на поддержание обычного уровня метаболизма [ 34 ].

Зимняя спячка является прерывистым процессом и состоит из баутов. Баут спячки состоит из входа в гипобиоз, пребывания в торпидном состоянии и выхода из него [39]. Каждый баут спячки может продолжаться от нескольких часов до нескольких недель и зависит как от физиологических особенностей животных, так и условий окружающей среды [ 37 ].

Температура тела млекопитающих во время зимней спячки снижается вплоть до 0°С. Понижение температуры тела приводит не только к частичной или полной потере чувствительности и двигательной активности, но и подавлению активности всех функций и систем организма: кровообращения, дыхания, пищеварения, водно-солевого обмена, гормонального статуса, размножения [37, 39]. Характерным для спячки является резкое замедление дыхания, в то время как в активном состоянии животное делает от нескольких десятков до нескольких сот дыханий в минуту [6]. Выход из состояния оцепенения сопровождается резким усилением дыхания, быстрой реперфузией тканей, активацией липолиза [36]. Известно, что уровень потребления кислорода отражает уровень метаболизма. Так во время пробуждения за 2 часа температура тела повышается с 0°С до 37°С, а потребление кислорода увеличивается в 50 раз [ 27, 36 ].

У гибернирующих животных сильно (более чем на 50%) увеличивается масса тела [34]. Известно, что при гибернации жир млекопитающих становится основным энергетическим субстратом [12]. Обильные запасы жировой ткани обеспечивают животным существование в течение длительного времени [34].

Бауты гибернации длиннее и глубже в середине зимы. В периоды пробуждения животные разогреваются и просыпаются. Температура тела приходит в норму [34, 35].

Пробуждение млекопитающих происходит или вследствие согревания при повышении температуры среды, или при понижении ее ниже 0°С.

Скорость пробуждения различна, но обычно оно происходит очень быстро. Резко увеличивается частота дыхания и сердцебиения. Повышается интенсивность окислительных процессов в организме, почти полностью расходуется запас гликогена печени [6]. При пробуждении, в фазе повышенного термогенеза, частота сердцебиений достигает более 400 уд/мин [9 ]. Ведущая роль в регуляции зимней спячки и периодических пробуждений принадлежит нервной и эндокринной системам [1]. У гибернирующих животных наряду с биохимическими наблюдаются и некоторые морфологические изменения в ткани мозга. Так, древовидные структуры дендритов укорачиваются при понижении температуры тела и быстро растут при её повышении; при впадении в спячку сокращается площадь тела нейрона [18, 19 ].