Сборник материалов VIІІ международной научной конференции студентов и молодых ученых «Наука и образование 2013»
жүктеу/скачать 15,22 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Тҧзға тӛзімділік механизмі
- Иондық реттелу және компартментализация
- Тҧзды стресс деңгейін тӛмендететін антиоксиданттық жҥйе.
- J. Exp. Bot . 49
- Целью исследования
- Частота встречаемости аллелей и генотипов гена NAT2*5
Тҧзды стрестің ӛсімдікке әсері Dubey (1997) және Yeo (1998) айтуы бойынша тҧз ӛсімдіктерде иондық және осмотикалық стресс тудырады (7,9). Ӛсімдіктің тҧзды стреске беретін негізгі жауабы ол – ӛсімдіктің ӛсуін тежеу. Тҧзды стресстің негізгі тӛменгі және белгілі мӛлшерде тудыратын әсері- осмотикалық эффект. Ӛсімдіктердегі тҧздың осмотикалық әсері әлеуетті топырақтағы ылғалдың тӛмендеуімен байланысты. Бҧл тамыр аймағындағы еріген заттардың концентрациясының жоғарылауымен байланысты.
Ӛсімдіктер тҧзды стресс жағдайына бейімделу ҥшін арнайы биохимиялық және молекулалық механизмдерін дамытуда. Ӛсімдіктердің стресске тӛзімділігінің биохимиялық стратегиясына иондардың селективті аккумуляциясы және иондардың бӛлінуі, тамыр арқылы иондардың сіңірілуі және оның ары қарай жапырақта тасымалдануын бақылау, тҧтас ӛсімдік деңгейінде және жасушалық деңгейде иондардың компартментализациясы, сәйкес ерітінділердің синтезделуі, фотосинтетикалық ҥрдістің ӛзгеруі, мембрана қҧрылымының ӛзгеріске ҧшырауы, антиоксидантты ферменттердің және гормондардың синтезделуі жатады. Тҧзға тӛзімділік механизмі тӛменгі және жоғарғы кҥрделілік механизмі деп екіге бӛлінеді. Тӛменгі- кҥрделілік механизмі кӛптеген биохимиялық зат алмасуда кездесетін ӛзгерістерді қамтиды. Ал жоғары- кҥрделілік механизміне фотосинтез, тыныс алу ҥрдістері, цитоқабырғалық ерекшеліктер, суды сіңіру эффективтілігі, клетка қабығы, плазмалық мембрана және клетка қабырғасының әсерлері және хромосомалық, хроматиндік қҧрылымдардағы ӛзгерістері, ДНҚ-молекуласының метилденуі, арнайы нуклеотидтер қатарының амплификациялары жатады (10).
Иондардың сіңірілуі және компартментализациясы ӛсімдіктерді қалыпты дамуы ҥшін ғана емес, сонымен қатар тҧзды стрессте ӛсуге бейімділігі барысында да ӛте маңызды. Себебі, стресс ион тҧрақтылығын бҧзады. Ӛсімдіктер, гликофиттерде, галофиттерде цитоплазмада кездесетін ӛте жоғары тҧздың мӛлшеріне тӛзімсіз боп келеді, сондықтан тҧзды стресс барысында тӛзімділігін арттыру ҥшін олар вакуольдегі артық тҧз мӛлшерін сіңіруге шектеу қойып, немесе артық иондар мӛлшерін компартментализациялап, олардың метаболикалық қызметтерін жеңілдетеді. Ал гликофиттер натрий тҧзының сіңірілуін шектеп, немесе артық тҧздар ескі ҧлпаларда қор ретінде жиналып, кейін тіршілігін жояды (11). Натрий тҧзының цитоплазмада жойылуы немсе вакуольде компартментализациялануы тҧзға- бейімделу ферменті Na + /Н + антипортер арқылы жҥзеге асырылады. Екі электрогенді Н + насос,
вакуольды типті Н + АТР-аза және вакуольды пирофосфатаза ӛсімдік мембранасының секреторлы метаболизмінде кездеседі. V-АТФаза қалыпты жағдайда ӛсімдіктің ӛсіп-дамуы ҥшін және екінші реттік энергия транспортында, ерігіш гомеостаз тҧрақтылығын сақтауда және кӛпіршіктердің бірігуі ҥшін қажетті таптырмайтын фермент болып табылады. Стресс жағдайында, мысалы, тҧзды, қҧрғақшылық, тӛменгі температурада, топырақтың ауыр металлдармен ластануында клетканың тіршілік әрекеті қатаң тҥрде V- АТФаза активтілігінің
472 тҧрақтылығымен байланысты. Ген экспрессиясының реттелуі және активтілігі V- АТФаза ферментінің ҧзақ және қысқа уақыттық негізіне бейімделуімен тығыз байланысты. Тҧзды стресс барысында ӛсімдіктер цитозолында К + ионының мӛлшері жоғары, натрий ионының мӛлшері тӛмен болады. Ӛсімдіктер бҧл бейімділікті тасымалдау ҥшін қажетті кҥш тудыратын К + , натрий транспортерлардың активтілігі және Н + насостардың активтілігін реттеу арқылы жҥзеге асырады. Осыған қарамастан тҧзды стресстің сенсорлық механизмі әлі де тҥсініксіз, бірақ кейбір ортақ сигналдық компоненттер анықталды. Келтірілген дәлелдерге сҥйенсек, протеин киназа комплекстері кальциймен байланысқан SOS3 протеині және серин/треонин протеин киназалар SOS2 ферменті тҧзды стресс тудырған кальциум сигналдары арқылы активтенеді. Сонында протеин-киназды комплекстер фосфорланып, әртҥрлі ион тасымалдаушы Nа + /Н
антипортер SOS1 ферменттерді активтендіреді. Генетикалық талдаулар кӛрсеткендей цитоплазмадағы натрий концентрациясының тӛмен болуы ӛсімдіктің тҧзға тӛзімділігінің негізгі кӛрсеткіші (12). Ал мутантты ӛсімдіктерде мҧндай ӛзгерістер кездеспейді, сондықтан да олардың тҧзға тӛзімділігі айтарлықтай тӛмен. Ең алғаш рет тҧзды стресске жауап ретінде жасуша цитозолында бос кальций иондарының кӛбеюі. Осы кальций сигналдары жасушада екінші реттік мессенджер ретінде белгілі, олардың негізгі қызметі- натрий экспортын іске қосып, кальций- натрий иондарын селективті таңдау болып табылады. Биохимиялық маркерлер Тҧзды стресс барысында ӛсімдіктердегі осмотикалық корректировкалар бейорганиклық иондардың жиналуынан немесе тӛмен молекулалы массалы органикалық ерітінділердің жиналуынан болады. Осыған қарамастан, бҧл екеуіде ӛсімдіктің жоғары тҧз концентрациясында маңызы ӛте зор. Салыстырмалы осмолиттер атап айтар болсақ, тӛмн молекулалы массалы қант, органикалық қышқылдар, полиол, амин қышқылдары, амидтер, имин қышқылдары, эктоиндер, белоктар және аммониум қоспалары әдетте жоғары сатылы ӛсімдіктерде кездеседі (13). Ерігіш белоктар Тҧзды стресстің әсерінен кейбір ӛсімдік тҥрлері арнайы белоктар синтездейді және олар екі топқа бӛлінеді: тҧзды стрессті белоктар, олар тек қана тҧзды стресс барысында жиналады, екіншісі- жоғары тепература жағдайында, суық, қҧрғақшылық және тӛмен, жоғры минералды қор заттарына жауап ретінде пайда болады. Ӛсімдіктердегі тҧзды стресс барысында жиналатын белоктар азоттың қоры ретінде жиналып, стресс аяқталғаннан кейін қайта пайдалануға қолданылып, осмотикалық реттеуші қызметін атқарады. Жоғары концентрациялы ерігіш белоктар тҧзға сезімтал ӛсімдіктерге қарағанда тҧзға тӛзімді ӛсімдіктерде жиі кездеседі. Мысалы, бидай, кҥріш. Кҥнбағыстарда. Ашрафтың зерттеулері бойынша белоктар мӛлшері барлық ӛсімдіктерде тҧзды стресске жауап ретінде кӛбейді, бірақ жоғары мӛлшерде тҧзға сезімтал ӛсімдіктерде жиі кездесті (14).
Кӛптеген жылдардан бері жҥргізілген зерттеулер ӛсімдіктерден табылған биологиялық белсенді заттардың ішінде антиоксиданттар деп аталатын қосылыстардың адам денсаулығына ғана емес, сонымен қатар ӛсімдіктердің ӛздерінің ауруларына, тҧзды стреске және басқа да қолайсыз факторларына қарсы тҧруында маңызды роль атқарады. Бҧл қосылыстардың маңыздылығы- ең алдымен, бҧл радикал клетканы қоршап және қорғап тҧратын мембранамен әрекеттесіп, оны ыдыратады. Нәтижесінде клетка тіршілігін жояды. Және клетка ішінде белоктармен әрекеттесіп, біркелкі, бір-бірімен байланысып жҥріп жатқан жҥздеген химиялық процестердің қызметін тоқтатады- бҧл да клетка ӛліміне алып келеді. Ал, бҧл радикалдар нуклеин қышқылдарымен әрекеттескенде ДНК молекуласы мутацияға ҧшырайды, яғни, ӛзіне тән қызметін жояды. Әдетте, метаболизм процестері кезінде пайда болатын электрондар оттегіге жасуша, клетка, митохондрия, хлоропласт т.б органоидтардың мембранасында орналасқан тасығыш- белоктардың бойымен тасымлданады (15).
473 Стрестердің ішінен абиотикалық стрестердің әсері ӛсімдіктердің ӛнімін 50 пайыздан аса тӛмендетіп, әлемдік деңгейде жыл сайын жҥздеген миллион доллар шығындар әкелуде. Ӛсімдіктердегі абиотиклық стрестерге тӛзімділік кӛптеген гендердің және олардың біршама сигналдық трансдукциялық жолдардың бірлескен әрекетін тҥсіне отырып, бҧл зерттеулердің маңызы айтарлықтай ерекше. Бҧл әдеби шолуымызда біз тҧздану мәселесі, және ӛсімдіктердің тӛзімділік механизмі және экологиялық маңызын атап кӛрсеттік. Қорыта келетін болсақ, тҧздану мәселесі тек қана ауыл шаруашылығына ғана емес, әлемге тӛніп тҧрған қауіптердің бірі. Осы мәселелердің алдын-алу барысында ӛсімдіктердің бейімделу механизмдерін молекулалық, жасуша деңгейінде тҥсіну осы стрессті алдын-алудың маңызды шешімі болып табылады.
1.
J.P. Grime, Plant Strategies and Vegetation Process, Wiley, New York, 1979. 2.
M.C. Shannon, Adaptation of plants to salinity, Adv. Agron. 60 (1998) 75–119. 3.
Ponnamperuma, F.N.: Role of cultivar tolerance in increasing rice productionin saline lands. In: Salinity tolerance in plants: Strategies for cropimprovement (Eds.: R.C. Staples and G.H. Toenniessen). JohnWiley and Sons, New York. pp. 255-271 (1984). 4.
Hasegawa, P.M., Bressan, R.A. and Pardo, J.M. (2000a) The dawn of plant salt to tolerance genetics. Trends in Plant Sci.5, 317-319. 5.
intensive production practices. Nature,418, 671-677 (2002). 6.
Carvajal M., Martínez V. and Alcaraz C.F. 1999. Physiological function of water-channels, as affected by salinity in roots of paprika pepper. Physiol. Plant. 105: 95–101. 7.
physiology. J. Exp. Bot. 49, 915–929 8.
Grattan SR, Grieve CM (1999) Salinity-mineral nutrient relations in horticultural crops. Sci Hortic 78:127–157 9.
Handbook of Photosynthesis. Pp. 859–875. Marcel Dekker, New York 1997. 10.
H. Marschner, Mineral Nutrition of Higher Plants, Academic Press, London, 1995. 11.
Stresses, second ed., vol. II, Academic Press, 12.
J. Gorham, E. McDonnel, E. Budrewicz, R.G. Wyn Jones, Salt tolerance in the Triticeae: growth and solute accumulation in leaves of Thinopyrum bessarabicum, J. Exp. Bot. 36 (1985) 1021– 1031.
13.
R. Munns, Comparative physiology of salt and water stress, Plant Cell Environ. 25 (2002) 239– 250. 14.
M. Ashraf, Breeding for salinity tolerance in plants, Crit. Rev. Plant Sci. 13 (1994) 17–42.New York, 1980. 15.
I. Winicov, New molecular approaches to improving salt tolerance in crop plants, Ann. Bot. 82 (1998) 703–710.
УДК 575.113.2
ННЛБКПРГП «Национальный центр биотехнологии» КН МОН РК, Астана Научный руководитель – Е.В. Жолдыбаева
Одним из самых ранних механизмов адаптации является реакция ацетилирования, необходимая для функционирования цикла Кребса, синтеза стероидов и жирных кислот, в 474 процессах метаболизма или биотрансформации ксенобиотиков, включающих лекарственные препараты, бытовые и промышленные яды. Реакция ацетилирования осуществляется ферментов N-ацетилтрансферазой и коферментом А. В организме человека интенсивность ацетилирования находиться под контролем β-адренорецепторов, пантогеновой кислоты, пиридоксина, тиамина и липоевой кислоты и зависит от функционального состояния внутренних органов и печени, в которых содержится N-ацетилтрансфераза. Всего выделено 2 изофермента: N-ацетилтрансфераза 1 (NAT1) и N-ацетилтрансфераза 2 (NAT2)[1]. Ариламин- N-ацетилтрансфераза типа 2 (NAT2), катализирует N-ацетилирование ксенобиотиков с первичной ароматической или гидразиновой структурой, например токсичные нитрозамины табачного дыма, антиоксиданты и пестициды. ГенNAT-2 кодирует аминокислотную последовательность цитозольного фермента N-ацетил-трансферазы 2 типа, участвующего во второй фазе метаболизма ксенобиотиков, приводящей к их детоксикации. Cartwright в 1954 г. показал, что статус N-ацетилятора является детерминантой рака мочевого пузыря, вызываемого азокрасителем. Имеется чрезвычайно высокая корреляция между фенотипом с медленной ацетиляцией и частотой рака мочевого пузыря, а такжестепенью инвазивности этого вида рака в стенку мочевого пузыря. И наоборот, имеется значительная ассоциация между фенотипом с быстрой ацетиляцией и частотой колоректальной карциномы. Было произведено клонирование и секвенирование генов N-ацетилтрансферазы (NAT1, NAT2), и сегодня с помощью теста, основанного на ДНК, можно определить более десятка вариантов аллелей, связанных с фенотипом с медленной ацетиляцией [2]. Полиморфизм гена включает в себя более 20 аллелей, характеризующихся различной активностью фермента, однако для популяций обычно характерны 5-6 вариантов, при этом от активности фермента зависит эффективность очистки организма от многих канцерогенов, онкогенов и некоторых лекарственных средств. Аллельные варианты гена связаны с большим или меньшим риском ряда онкозаболеваний, бронхиальной астмы, сахарного диабета, аллергического контактного дерматита [1]. В зависимости от вариантов активности фермента всех людей можно разделить на две группы — медленных (МА) и быстрых (БА) ацетиляторов. МА гомозиготны по рецессивным формам гена NAT2, имеют два «медленных» аллеля, и уровень экспрессии белка NAT2 у них снижен на 20%. БА имеют по крайней мере один из «быстрых» аллелей NAT2 дикого типа. К быстрым ацетиляторам относятся в частности аллели *4, *12, к медленным – *5a, *5b, *5c, *6, *7[3]. Ген NAT-2, ответственный за синтез фермента N-ацетилтрансферазы-2, может способствовать возникновению рака молочной железы. Причем этот эффект находится в прямой зависимости от курения женщин в постменопаузальном периоде. У женщин, гомозиготных по медленному аллелю этого гена (медленные "ацетиляторы"), курение в молодые годы, и особенно в постменопаузальном периоде, почти в 20 раз увеличивает риск рака молочной железы. В то же время у курящих женщин из группы быстрых "ацетиляторов" такой закономерности не отмечается.У гомозиготных носителей аллеля *5 повышен риск бронхиальной астмы, особенно ее атопического компонента (увеличенный уровень общего IgE, гранулоцитоз) [4]. Обнаружена предрасположенность носителей генотипов *5/*5 и *6/*6 сахарному диабету. Аллельные варианты, относящиеся к быстрым ацетиляторам (аллели *4, *12 в гомозиготной или в гетерозиготной форме), связаны с повышенным риском колоректального рака. Причем риск повышен у людей, употребляющих большое количество мясной пищи, прошедшей интенсивную тепловую обработку. Повышение риска связано с образованием в мясных продуктах гетероциклических аминов, обладающих канцерогенным действием. Многие исследователи изучали частоту встречаемости тех или иных аллелей NAT-2 в различных популяциях. Эти работы важны, как в плане изучения расовых и национальных характеристик, так и в смысле перспективности поиска ассоциаций тех или иных аллелей с заболеваниями. Все изученные популяции показывают бимодальное распределение ацетилирующей способности и индивиды могут быть классифицированы или как медленные, или как быстрые ацетиляторы [5]. Соотношение быстрых и медленных ацетиляторов разное среди
475 расовых популяций, напримерв США среди афроамериканцев быстрое ацетилирование отмечено в 52% случаев, среди представителей европеоидной расы — в 48%, но особенно часто у эскимосов — в 95% случаев. Среди японцев эта величина составляет 88%, у таитян — 72%, тогда как среди британцев — 38%,шведов — 32%, египтян — 18%. Большинство европейцев — медленные ацетиляторы [6]. Целью исследования: определить частоту встречаемости полиморфизмов генов NAT2 в казахской популяции. Материалы и методы. Сбор образцов клинического материала (венозная кровь) производился от условно здоровых людей, от которых было получено информированное согласие. Всего было собрано 270 образцов на базе медицинского учреждения г. Астаны. ДНК экстрагировали с помощью набора DNAPurificationKit (фирма Promega) согласно протоколу и методом высаливания. Количество ДНК определяли с помощью спектрофотометра NanoDropND 1000. Фрагменты генов, содержащих области анализируемых полиморфизмов, получили при амплификации со специфическими праймерами (Таблица1). Таблица 1
Аллел
и Полиморфиз м единичного нуклеотида последовательность праймеров последовательность зондов
481 C>T
CACTGGCATTGTTCACCTTC 5‘-FAM- CTGATTTGGTCCAAGTACCAGAT TC-BHQ-3‘ TTGGCAGGAGATGAGAATTA AG 5‘-R6G – CTGATTTGGTCCAGGTACCAGAT TC-BHQ-3‘
Амплификацию проводили методом RT-PCRiCycleriQ 4 и iQ 5 (Bio-Rad, USA).REAL-TIME- ПЦР проводили начальная денатурация в течение 2 мин при 96 0 С, затем 45 циклов 30с при 96 0 С, 40с при 58-60 0 С, 10с при 25 0 С. Частота встречаемости аллелей была определена прямым подсчетом. С помощью критерия χ 2 было определено соответствие частот встречаемости аллелей закону Харди-Вайнберга. Результаты и обсуждение В настоящее время известны 36 аллелей гена NAT2, которые различаются сочетанием 12 миссенс-мутаций, 4 молчащих мутаций и делеции одного нуклеотида, приводящей к сдвигу рамки считывания. Частоты встречаемости аллелей NAT2 значительно варьируют в разных популяциях. К наиболее распространенным среди европеоидов медленным аллелям относятся кластеры NAT2*5 (Т341С) и NAT2*6 (G590A). Кластер NAT2*7 (G857A) представлен, в основном, у монголоидов, а NAT2*14 (G191A) — только у афро-американцев. Увеличение скорости ацетилирования связано с токсическими эффектами некоторых препаратов. Полиморфизм ацетилирования определяет скорость метаболизма препаратов, относящихся к ариламином, гетероциклическим аминам, гидразинам [1]. В данной работе проведено генотипирование 270 образцов по NAT2*5. Установлено, что 31% представителей контрольной группыотносится к носителям аллели дикого типа СС, 29% - к носителям аллели промежуточного генотипа СТ и 40% - носители рискового генотипа ТТ (Таблица 2).
Таблица 2 476 Полиморфиз м Количеств о образцов Соответств ие
равновеси ю Харди-
Вайнберга Аллель na
частота Геноти
п nb
Частота NAT2*5
(Т341С)
270 p=0,00
C 247 0,46 CC
84 0,31
T 293
0,54 TC
79 0,29
TT 107
0,40 а Число хромосом; b Число аллелей
Аллельный вариант NAT2*5 практически не встречается в азиатских популяциях, во всех остальных анализируемых популяциях частота встречаемости варьирует от 30 до 50%. Частота встречаемости аллельного варианта NAT2*5 в казахской популяции составила 0,54, что статистически достоверно отличается от всех частот встречаемости анализируемых популяций (р<0,05). Согласно исследованиям Helene Magalon et al. (2008) [7] частота встречаемости аллеля С по NAT2*5 в казахской популяции составляет 0,25. Такое расхождение возможно в связи с разным объемом выборки. В русской популяции частота встречаемости составила 0,62 и совпадает с литературными данными частот встречаемости для русской популяции (p=0,53), а так же близка с частотой встречаемости для испанцев (р=0,06). Увеличение скорости ацетилирования связано с токсическими эффектами некоторых препаратов. Полиморфизм ацетилирования определяет скорость метаболизма препаратов, относящихся к ариламином, гетероциклическим аминам, гидразинам [8]. Для популяций обычно характерны 5-6 вариантов, при этом от активности фермента зависит эффективность очистки организма от многих канцерогенов, онкогенов и некоторых лекарственных средств. Аллельные варианты гена связаны с большим или меньшим риском ряда онкозаболеваний, бронхиальной астмы, сахарного диабета, аллергического контактного дерматита [9]. Таким образом, по результатам нашей проведенной работы было выявлено, что частота встречаемости NAT2*5 достоверно отличаются от азиатских популяций.
1. Кукес В.Г. Метаболизм лекарственных средств клинико-фармакологические аспекты. - М.,2004. 2. Hein D.W. 2002. Molecular genetics and function of NAT1 and NAT2: role in aromatic amine metabolism and carcinogenesis. Mutat. Res. 506–507, 65–77. 3. Spurr N.K., Gough A.C.. Chinegwundoh F.I., Smith C.A. Polymorphisms in drug-metabolizing enzymes as modifiers of cancer risk. Clin Chem 1995; 41: 1864—1869. 4. Board, P. G.; Coggan, M.; Woodcock, D. M. The human Pi class glutathione transferase sequence at 12q13-q14 is a reverse-transcribed pseudogene. //Genomics. – 1992. – 14. – P.470-473. 5. Vatsis, K.P., Weber, W.W., Bell, D.A. Nomenclature for N-acetyltransferases // Pharmacogenetics. – 1995. – V.5. – P. 1-17. 6. Вавилин В.А., Макарова С.И., Сафронова О.Г., Ляпунова А.А, Ляхович В.В, Батычко О.А., Казначеева Л.Ф., Гавалов С.М. Полиморфизм ферментов биотрансформации ксенобиотиков и предрасположенность к атопическим заболеваниям у детей.// Молекулярно-биологические технологии в медицинской практике/ Под ред.А.Б.Масленникова.- Вып.4.- Новосибирск: АльфаВиста, 2003. –С.98-106. 7. Helene Magalon, Etienne Patin, Frederic Austerlitz, Tatyana Hegay, Almaz Aldashev, Lluıs
acetylation in human adaptation to farming in Central Asia. European Journal of Human Genetics (2008) 16, 243–251.
477 8. Deitz, A.C., Rothman, N., Rebbeck, T.R. Impact of Misclassification in Genotype-Exposure Intarection Studies: Example of N-Acetyltransferase 2 (NAT 2), Smoking, and Bladder Cancer // Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. – 2004. – V.13. - P. 1543-1546. 9. Макарова, С.И. Полиморфизм ариламин N-ацетилтрансферазы и его связь с некоторыми распространенными заболеваниями: Дисс. канд. биол. наук: 03.00.04 / С.И. Макарова. Институт молекулярной биологии и биофизики СО РАМН.- Н-ск., 2000.- 130 с.
ӘОЖ 581(075.8) жүктеу/скачать 15,22 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|