Протеомный профиль мочи здорового человека в норме и при действии факторов космического полета

Скачать 5.39 Mb.

Название	Протеомный профиль мочи здорового человека в норме и при действии факторов космического полета
страница	3/60
Тип	Автореферат

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Автореферат

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 60

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы
В настоящее время одним из интенсивно развивающихся направлений системной биологии является протеомика, изучающая белковый состав клеток, тканей, биологических жидкостей, организмов с использованием высокопроизводительных методов масс-спектрометрии [Ларина И.М., Иванисенко В.А., Николаев Е.Н., Григорьев А.И., 2014; Mischak H., Thongboonkerd V., Schanstra J.P., Vlahou A., 2011; Metzger J. et al., 2013]. Протеомика появилась в результате постепенного развития и усложнения классических методов исследования белков, начиная с гравиметрических и фотометрических до диск-электрофореза, градиентного и двумерного электрофореза. В настоящее время достаточно уверенно поддаются идентификации до 15,5 тысяч белков человека [Court M. et al., 2011; Marimuthu A. et al., 2011; Bensimon A., Heck A.J.R., Aebersold R., 2012]. Известно, что все функции в организме осуществляют белки, что справедливо и для адаптации, которая осуществляется путем изменения спектра и количества работающих белков, которые формируют мультибелковые комплексы, с одной стороны, и сложные функциональные и динамичные сети, с другой [Терентьев А.А., Молдогазиева Н.Т., Шайтан К.В., 2009; Naylor S., Chen J.Y., 2010; Bose B., 2013]. Организация в функциональные модули отражает сложность и разнообразие протеома на субклеточном, клеточном и органном уровне. Белки, синтезируемые в различных типах клеток, имеют значительное представительство в биологических жидкостях организма человека, таких как кровь, моча, слюна, конденсат выдыхаемого воздуха [Hiemstra T.F. et al., 2011; Metzger J. et al., 2013]. Состав этих сред может дать представление о механизмах адаптационных перестроек функций, что имеет громадное фундаментальное значение для физиологии, поскольку вскрывает пути приспособления сложной системы, которой является живой организм, поддерживающий постоянство состава внутренней среды, и осуществляющий активный поиск наиболее оптимального и устойчивого состояния, к необычному и никогда не встречавшемуся в эволюции биосферы Земли фактору - невесомости [Нефедов В.П., Ясайтис А.А., Новосельцев В.Н., 1991; Наточин Ю.В., 2008].

Экстремальные условия представляют собой один из немногих способов, позволяющих вызвать отклонение гомеостаза у здорового человека, для распознавания механизмов поддержания постоянства состава внутренней среды и сохранения резервов здоровья, адаптивного потенциала организма [Балаховский И.С., Наточин Ю.В., 1973; Григорьев А.И., Ларина И.М., Носков В.Б., 2006; Носков В.Б., 2013; Leach Huntoon C.S., Grigoriev A.I., Natochin Yu.V., 1998; Norsk P. et al., 2000; Drummer C. et al., 2000; Kotovskaya A.R., Fomina G.A., 2013]. Список методов (условий), этически дозволенных и доступных для воздействий на здорового человека, приводящих к отклонению его гомеостаза, относительно короткий и включает в себя физические нагрузки, использование фармпрепаратов, манипуляции с питанием [Ларина И.М., Иванисенко В.А., Николаев Е.Н., Григорьев А.И., 2014; Edwards L.M. et al., 2012; Titze J. et al., 2014] или директивные изменения в солепотреблении [Titze J. et al., 2002], функциональные нагрузочные пробы [Носков В.Б., 2013], экологические исследования, включая воздействие экстремальныx температур, гипербарии и гипоксии и, наконец, космический полет [Газенко О.Г., Григорьев А.И., Наточин Ю.В., 1980; Моруков Б.В., Ларина И.М., Григорьев А.И., 1998; Оганов В.Б., 2003; Корнилова Л.Н., Алехина М.И., Темникова В.В. с соавт., 2006; Фомина Г.А., Котовская А.Р., 2008; Kozlovskaya I.B. et al., 1988; Leach-Huntoon C.S., Grigoriev A.I., Natochin Y.V. 1998; Oganov V.S. et al., 2010].

В связи с современными аналитическими возможностями и фундаментальными научными запросами гравитационной физиологии возникает интерес к изучению белкового состава мочи, поскольку моча, как одна из биологических жидкостей организма человека, представляет собой привлекательный материал для использования в клинической диагностике и для теоретических исследований [Ларина И.М, с соавт. 2012; Mischak H., Thongboonkerd V., Schanstra J.P., Vlahou A., 2011; Metzger J. et al., 2012]. Возможность многократного, самостоятельного (без помощи медперсонала) и не обременительного, неинвазивного сбора представительного для протеомики биологического материала, каковым является моча, принципиально важно в космической физиологии. Недостатками мочи, как источника данных о белковом составе внеклеточной жидкости, является низкая концентрация в ней белков, что выдвигает дополнительные требования к чувствительности аналитических методов [Николаев Е.Н., 2007; Nagaraj N. et al., 2012], высокая вариабельность белкового состава [Образцова О.А., 2013], обусловленная функциями почки по поддержанию водно-электролитного гомеостаза, а также предполагаемая трудность интерпретации результатов, полученных при исследовании данного биоматериала от здорового человека.

Протеомика достигла наиболее впечатляющих успехов в плане практического применения ее достижений именно в области исследований протеома мочи [He J.C. et al., 2012]. Проект Human Kidney и Urine Proteome Project (HKUPP) (http://eurokup.org) был инициирован в 2005 году в рамках HUPO для содействия протеомным исследованиям в области нефрологии, понимания функции и патогенеза заболеваний почек, поиска биомаркеров и развития теоретических исследованиях в этой области [Vlahou A. et al., 2009; He J.C. et al. 2012; Zoidakis J. et al., 2012].

Факторы космического полета вызывают адаптивные изменения во всех физиологических системах организма человека [Газенко О.Г., Григорьев А.И., Егоров А.Д., 1990; Баевский Р.М. и др., 2000; Оганов В.Б., 2003; Григорьев А.И., Козловская И.Б., Шенкман Б.С., 2004; Котовская А.Р. 2008; Носков В.Б., 2013]. Это отражается на качественном и количественном составе белков, которые участвуют в адаптивных реакциях. Очевидно, что белки, изменение уровня которых наблюдается в экстремальных условиях, не могут рассматриваться как потенциальные биомаркеры развития заболеваний, поскольку они участвуют в естественном молекулярном ответе организма в процессе адаптации к изменению условий жизнедеятельности [Пахарукова Н.А., 2010; Трифонова О.П., 2011; Киреев К.С., 2013; Образцова О.А., 2013; Mischak H. et al., 2011; Metzger J. et al., 2012].

Анализ белков с использованием различных биохимических методов, выполнявшийся ранее в космической биологии и медицине не давал возможности прямого сравнения результатов в виду различной чувствительности и специфичности методов. Список из исследованных белков в крови конкретного космонавта редко достигал 50 параметров [Попова И.А. с соавт., 1988; Григорьев А.И., Ларина И.М., 1999; Ларина И.М., 2003; Millet C. et al., 2001]. Это является существенным ограничением при изучении механизмов изменения функций, поскольку большинство функций организма человека осуществляются значительно бòльшим числом белков. В свою очередь, это не позволяло получить и проанализировать целостную картину происходящих изменений. Современные протеомные методы дают возможность определять сотни белков за один хромато-масс-спектрометрический анализ с высокой точностью, специфичностью и чувствительностью [Nagaraj N. et al., 2012; Rodríguez-Suárez E. et al., 2014], что позволяет получить данные, пригодные для непосредственного сопоставления друг с другом и создать картину изменений композиции белков при воздействии факторов космического полета. Для понимания того, как формируются физиологические реакции на различные воздействия, необходимо перебросить концептуальные и функциональные мостики от генетики к белкам, от белков к клеткам, далее к органам, и системам в организме [Hester R.L., Iliescu R., Summers R., Coleman T.G., 2011].

Таким образом, значение новых методов современной системной биологии имеет теоретический и прикладной аспекты, так как, основываясь на понимании физиологической адаптации здорового человека в экстремальных условиях, дают возможность разработать эффективные меры профилактики и коррекции неблагоприятного воздействия условий космического полета на организм человека.
Цель и задачи исследования
Целью данной работы являлась характеристика протеома мочи здорового человека в норме и при действии реальных и моделируемых факторов космического полета для выявления и валидации биомаркеров адаптивных процессов.
В ходе работы решались следующие задачи:

- исследовать протеом мочи здорового человека (мужчин в возрасте от 19 до 54 лет);

- изучить возрастные особенности протеома мочи здоровых добровольцев;

- идентифицировать постоянную и вариабельную части протеома мочи здорового человека в нормальных условиях жизнедеятельности;

- изучить вариабельность белковой композиции мочи в зависимости от уровня солепотребления в диапазоне нормы потребления соли в РФ;

- изучить характер адаптивных перестроек протеома мочи при воздействии различных факторов космического полета;

- исследовать характер адаптивных перестроек протеома мочи в острый период реадаптации после длительных космических полетов;

- адаптировать современные биоинформационные технологии для построения сетей молекулярных взаимодействий, на основании данных по протеому мочи здорового человека.

Научная новизна
С помощью высокотехнологичных протеомных методов на основе хромато-масс-спектрометрии, впервые охарактеризован протеом мочи здоровых добровольцев в возрасте от 19 до 54 лет, отобранных специальной врачебно-экспертной комиссией. Анализ протеома мочи позволил изучить и выявить возрастные особенности здоровых добровольцев.

Впервые показано, что белки, которые являются постоянными в протеоме мочи здорового человека, при его исследовании в течение длительного промежутка времени (530 суток), по своим молекулярным функциям и биологическим процессам, в которых они участвуют, имеют низкую функциональную связанность между собой.

Впервые показано, что протеом мочи может служить индикатором различных физиологических состояний организма здорового человека. В проведенных исследованиях проанализирована индивидуальная и групповая вариабельность белкового состава мочи здорового человека.

Впервые установлено, что состояние многих физиологических систем здоровых молодых мужчин, изменяется в зависимости от уровня солепотребления в диапазоне нормального суточного потребления соли в РФ (4-12г/сут.).

Анализ белковой композиции мочи впервые позволил выявить белки, принимающие участие как в период острой адаптации к антиортостатической гипокинезии, а также в восстановительный период после завершения эксперимента.

Впервые идентифицированы белки, которые демонстрируют ассоциативную связь с функциями выделительной системы и чувствительностью к иммерсионному воздействию, что подтверждается корреляцией встречаемости этих белков в образцах, собранных в различные периоды эксперимента с изменяющимися параметрами водно-солевого обмена.

Биоинформационными методами анализа, а также методом ручной аннотации белков и биологических процессов, впервые удалось связать хорошо известные и документированные ранее факты и физиологические особенности состояния космонавтов на первые сутки после завершения полетов, с выявленными в моче белками, участниками различных процессов.
Теоретическая и практическая значимость работы
Практическая значимость работы заключается в идентификации белков, определении тканей, процессов, характеризующих протеом мочи здорового человека. Характерные изменения протеома мочи, обусловленные возрастными особенностями метаболизма и его регуляции, следует учитывать в клинически-ориентированных исследованиях протеома мочи, а также при поиске фармакологических мишеней для терапии.

Практическая значимость работы заключается в выявлении белков, которые могут представлять собой независимые маркеры различных состояний и процессов в организме здорового человека при действии факторов космического полета, а также использоваться как стандарты при определении концентрации других белков в моче.

Полученные данные об изменениях протеома мочи в контролируемых условиях существенно расширяют современные представления о возможных механизмах влияния различного уровня приема соли (6–12 г/сутки) на организм человека.

Результаты исследования показателей, характеризующих протеомную композицию мочи при действии факторов космического полета, дают более полное представление о механизмах адаптации физиологических систем организма человека в острый период адаптации к земной гравитации.

Положения диссертации, выносимые на защиту

Протеом мочи здорового человека, при изучении его высокотехнологическими методами на основе хромато-масс-спектрометрии, отличается вариабельностью, связанной как с возрастными особенностями метаболизма, так и с уровнем двигательной активности и характером рациона питания.
Анализ протеома мочи здорового человека в условиях действия на организм различных факторов выявляет сотни белков-участников адаптивных процессов, большинство из которых в этой связи ранее не изучалось.
Биоинформационные методы анализа позволяют верифицировать белковый состав образцов мочи через известные биохимические процессы и физиологические особенности состояния человека, как при наземном моделировании эффектов, так и при исследовании космонавтов после завершения полетов.
Данные протеома мочи, наряду с построением и анализом молекулярных сетей с участием выявляемых белков, предоставляют гипотезы о новых механизмах адаптации организма здорового человека.

Апробация работы
Основные положения работы были представлены и обсуждены на следующих конференциях: Итоговой конференции по результатам выполнения мероприятий за 2009 год в рамках приоритетного направления «Живые системы» ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы», 25-27 ноября 2009 г., Москва; French-Russian-Belorussian Conference: Neurovascular impairment induced byen vironmenta lconditions: molecular, cellular and functionalapproach. – French-Russianconference, AngersUniversity, France, 10 – 14 March 2010; 31^stAnnual International Gravitation PhysiologyMeeting: Trieste, Italy, 13 – 18 June, 2010; IV Всероссийской конференции-школе «Фундаментальные вопросы масс-спектрометрии и ее аналитические применения», Звенигород, 2010; V Российском симпозиуме «Белки и пептиды», 8 – 12 августа 2011, Петрозаводск; 2-ой Международной научно-практической конференции "Постгеномные методы анализа в биологии, лабораторной и клинической медицине: Геномика. Протеомика. Биоинформатика", Новосибирск, 2011; 10^th HUPO World congress, Geneva, Switzerland, September 4 – 7, 2011; Космическом форуме 2011, посвященном 50-летию полета в космос Ю.А. Гагарина, 18 – 19 октября в Звездном городке; Международном симпозиуме, посвященном итогам выполнения проекта «МАРС-500», Москва, 23-25 апреля 2012; 33^th Annual International Society for Gravitational Physiology Meeting, «Life in Space for Life on Earth», Aberdeen - United Kingdom, 18-22 June 2012; Proteomic Forum Berlin, Germany, 17 – 21 March, 201311^th Annual World Congress HUPO, Boston, Massachusetts, USA, September 9-13, 2012; в Докладах III международной научно-практической конференции «Постгеномные методы анализа в биологии, лабораторной и клинической медицине», в Казани, 22-24 ноября 2012; 8^th International Conference on «Bioinformatics of Genome Regulation and Structure/Systems Biology» BGRS/SB-2012, Novosibirsk, Russia June 25-29, 2012; 12^th Annual World Congress HUPO, Yokohama, Japan, September 14-19, 2013; «Human in space symposium» Cologne, Germany, July, 2013; French-Russian Conference «Head out water immersion symposium & Baroreflex and heart rate variability» Angers, France 28-30 April, 2014; The Ninth International Conference on Bioinformatics оf Genjme Regulation and Structure/Systems Biology, Novosibirsk, Russia, June 23-28, 2014; 13^th Human Proteome Organization World Congress, October 5-8, Madrid, 2014.

По теме диссертации опубликовано 34 печатных работ, в том числе, 22 статьи в журналах из перечня Высшей Аттестационной Комиссии при Министерстве образования и науки Российской Федерации.

Диссертация апробирована на заседании секции «Космическая физиология и биология» Ученого совета ГНЦ РФ – ИМБП РАН «Космическая физиология и биология» 23.12. 2014 г.
Связь работы с научными программами
Работа выполнена при поддержке программ ФФМ и Президиума РАН и Роскосмоса, а также грантов президента РФ «Поддержка ведущих научных школ» и РФФИ.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 303 страницах и состоит из списка сокращений, введения, обзора литературы, характеристики материалов и методов исследования, 6 глав результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы, включающего 325 отечественных и 686 иностранных источников. Диссертация иллюстрирована 43 таблицами и 20 рисунками, 3 графиками, 1 схемой.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 60

	И зучение мутационных сдвигов у терапевтических бактериофагов после... Изучение мутационных сдвигов у терапевтических бактериофагов после пребывания в условиях космического полета (фаген)		Исследование мочи имеет большое диагностическое значение не только... Стандартизованная технология клинического лабораторного анализа мочи. Анализ мочи общий
	Академик Виктор Иванович Кузнецов. К 100-летию со дня рождения Моделирование в трансзвуковой трубе низкой (переменной) плотности условий полёта космического аппарата при его посадке на поверхность...		Академик Виктор Иванович Кузнецов. К 100-летию со дня рождения Моделирование в трансзвуковой трубе низкой (переменной) плотности условий полёта космического аппарата при его посадке на поверхность...
	2010 содержание ...		Конспект для самоподготовки слушателей по курсу повышения квалификации «Охрана труда» Один из основных факторов, влияющих на работоспособноть и здоровье человека. Метеорологические факторы, сильно влияют на жизнедеятельность,...
	«Корпоративные практики по поддержке здорового образа жизни и устранению... России непоколебимо являются сохранение и укрепление здоровья населения на основе популяризации здорового образа жизни и обеспечения...		Исследование мочи 4 Процесс образования мочи 4 Физические свойства... России. За это время существенно расширена номенклатура диагностических тест-полосок, существенно расширена область использования...
	Сравнительная характеристика натуральных киллерных клеток человека в норме и при раке легкого Работа выполнена в Республиканском государственном предприятии «Институт молекулярной биологии и биохимии им. М. А. Айтхожина» Комитета...		При эксплуатации персональных компьютеров Инструкция предназначена для предотвращения неблагоприятного воздействия на человека вредных факторов, сопровождающих работы со средствами...
	В россии отмечают День космонавтики в ознаменование первого космического... Юрием Алексеевичем Гагариным. Праздник установлен указом Президиума Верховного Совета СССР от 9 апреля 1962 года. В этот день в 1961...		Задача экскурсовода рассказать о влиянии никотина на изображенные органы человека Цель: профилактика подросткового табакокурения, пропаганда здорового образа жизни
	Меморандум №2 Комиссия по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных... Ьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований при Президиуме ран (далее в тексте — Комиссия) посвящен гомеопатии. Гомеопатия...		Руководство образовательной организации Гаоу дпо "Институт развития образования", "Формирование здорового образа жизни, здорового питания" (24 часа), 24-26. 10. 2016 г
	Инструкция по поиску и спасанию в зоне авиационно-космического поиска... Организация поисково-спасательного обеспечения полетов в Южной зоне авиационно-космического поиска и спасания (акпс)		Методические рекомендации по общей гигиене для самостоятельной работы... Производственная среда как часть окружающей человека внешней среды складывается из природно-климатических факторов и факторов, связанных...

Протеомный профиль мочи здорового человека в норме и при действии факторов космического полета

ВВЕДЕНИЕ

Похожие: