БИОХИМИЯ

УДК 577.1527277:612.8.015

Академик А.А. Галоян, В.А. Шахламов, Л.И. Кондакова, В.И. Алтухова,
Г.П. Полякова

Анализ влияния нового нейросекреторного пролин-богатого
полипептида гипоталамуса на морфологию и митотическую
активность опухолевых клеток неврином Гассерова узла крысы
(электронно-микроскопические исследования)

(Представлено 15/V 2001)

   Накоплен большой экспериментальный материал, свидетельствующий о нейропротекторных и иммуномодуляторных свойствах вновь открытых и выделенных из нейросекреторных гранул гипоталамуса пролин-богатых полипептидов (ПБП), действующих на иммунокомпетентные клетки крови и нейроны спинного мозга [1-5]. Опыты, однако, свидетельствуют, что ПБП заметно, дозозависимо ингибирует пролиферативную активность опухолевых лимфоцитов человека (Jurkat cell) (in vitro) [6], а также оказывает разрушительное влияние на ультраструктуру опухолевых клеток фибробластов - L929 [7]. Недавно удалось показать, что ПБП обладает вирулицидной активностью в отношении вируса энцефаломиокардита [8].
   Данные анализа ультраструктуры в монослойной культуре L929 свидетельствуют, что ПБП в концентрации 10-5М подвергает разрушению опухолевые клетки, действуя на их ультраструктуру. Разрушению подвергаются как зрелые, так и незрелые опухолевые клетки. Прежде всего гибнет энергетическая система клеток (митохондрии). Одновременно страдает и плазмалемма (явление микроплазмaтоза). Усиливается синтез белков цитоплазмы (моно- и полисомы). Спустя 24 ч после вoздействия пептида in vitro происходит разрушение клетки, которое для зрелых опухолевых клеток происходит путем фрагментации ядра и цитоплазмы, а для незрелых - внезапного разрушения ядeр (кариопикноз, кариорексис и кариолизис). Всюду в препаратах при большой концентрации пептида (5×10-5М) встречаются разрушенные мембраны и фрагментированные цитоплазматические отростки.
   Представляло значительный интерес изучить влияние ПБП на нервные клетки в условиях in vitro. С этой целью мы исследовали влияние ПБП на морфологию, ультраструктуру и митотическую активность клеток невриномы Гассерового узла крыс.
   Моделью для исследования послужила уникальная клеточная линия невриномы Гассерова узла крысы (НГУК-1), полученная и поддерживаемая в Лаборатории экспериментальной нейроонкологии НИИ морфологии человека РАМН [9].
   Эта культура нашла широкое применение в биотехнологии, используется для диагностики бешенства, для определения глиотоксичности сыворотки крови неврологических больных и титрования интерферона, а в последнее время служит адекватной моделью для изучения и диагностики прионовых инфекционных болезней [10].
   Культуру клеток выращивали на среде RPMI фирмы "Flow" (85%) с добавлением эмбриональной сыворотки коров (15%) и гентамицина (100 ед./мл). Морфологию и митотический режим клеточной линии НГУК-1 изучали в контроле и в присутствии нового нейропептида ПБП в концентрации 5×10-3М через 24 ч. Стекла фиксировали в жидкости Карнуа, окрашивали гематоксилином Коуля - эозином. Учет показателей митотического режима проводили по методическим указаниям И.А. Алова с соавт. [11].
   Для электронно-микроскопического исследования использовали нейропептид в двух концентрациях - 5×10-3 и 5×10-5М. Клетки с флаконов смывали раствором Версена, суспендировали в ростовой среде, центрифугировали в течение 3 мин при 1500 об./мин. Осадок фиксировали 2.5%-ным глютаральдегидом на 0.1М какодилатном буфере при pH 7.4 в течение 30 мин, отмывали в 0.1М какодилатном буфере, дополнительно фиксировали 2%-ным раствором четырехокиси осмия на том же буфере в течение 1 ч, отмывали в буфере, обезвоживали в растворах ацетона восходящей концентрации, заливали в смесь ЭПОНа с аралдитом.
   Ультратонкие срезы получали на ультратоме LKB (Швеция), контрастировали препаратами свинца по Рейнольдсу и просматривали в электронном микроскопе JEM-100B.
   Полученные светооптические данные показали, что в присутствии нейропептида митотический режим клеточной линии НГУК-1, находящейся в логарифмической фазе роста, превышает контрольные значения в 1.6 раза. Гигантские клетки в эксперименте всречаются в 1.3 раза чаще, чем в интактных культурах. Однако индекс патологических митозов не увеличен, а, наоборот, понижен в 1.6 раза по сравнению с контролем. Преобладания какой-либо определенной формы патологии деления не наблюдается. Цитоморфологическая картина культуры в присутствии нейропептида не отличается от интактной (рис. 1, а).

а                                                                 б
Рис.1

   Анализ митотического режима клеточной линии НГУК-1 в присутствии нейропептида ПБП позволяет сделать вывод о некоторой стимуляции пролиферативной активности культуры данным препаратом на фоне снижения числа патологических митозов и незначительного увеличения количества гигантских клеток (рис. 1, б).

Рис.2

   При электронно-микроскопическом исследовании НГУК-1 в присутствии ПБП в концентрации 5×10-3М через 24 ч наблюдали клетки с ячеистой структурой цитоплазмы вследствие расширенных полостей гладкого эндоплазматического ретикулума (рис. 2). В контроле таких изменений не отмечается (рис. 3).

Рис.3

   При концентрации пептида ПБП 5×10-5М в культуре на ультратонких срезах выявлены фрагменты разрушенных электронноплотных ядер, окруженных мембранами, что указывает на наличие начальных стадий апоптоза опухолевых клеток (рис. 4).

Рис.4

   Таким образом, в условиях in vitro ПБП в концентрациях 5×10-3-10-7М оказывает подавляющее влияние на фибробласты L929 Jurkat клеток и на клетки невриномы Гассерова узла крысы.
   Электронно-микроскопические исследования выявляют признаки ячеистой структуры цитоплазмы вследствие расширения полостей гладкого эндоплазматического ретикулума. Фрагменты разрушенных электронноплотных ядер, окруженных мембранами, указывают на наличие начальных стадий апоптоза этих опухолевых нервных клеток (НГУК-1). В случае с опухолевыми клетками фибробластов (L929) ПБП в концентрации 5×10-5М изменяет ультраструктуру как зрелых, так и незрелых опухолевых клеток. Для зрелых клеток эти изменения заключаются в резком расширении агранулярной цитоплазматической сети, фрагментации ядра и цитоплазмы, разрушении внутренних мембран набухших митохондрий.
   Что же касается незрелых клеток, то они подвергаются другому виду изменений - в ультраструктуре появляются пикнотические ядра, ядра с кариорексисом и кариолизисом, резко выражен микроплазматоз. Ультрамикроскопические данные показывают разрушение типа апоптоза как в нервных опухолевых, так и опухолевых клетках фибробластов (L929). При этом наблюдается подавление митотической активности клеток L929. Хотя мы не проводили электронно-микроскопических исследований опухолевых клеток Т-лимфоцитов человека (Jurkat cells) при воздействии ПБП в культуре клеток, однако мы констатировали дозозависимое угнетающее влияние ПБП на пролиферацию этих клеток, что согласуется с данными по влиянию ПБП на культуру опухолевых клеток фибробластов (L929) in vitro. Вместе с тем ПБП потенцирует ИЛ-2 зависимые функции лимфоцитов человека в культуре.
   Ранее мы показали, что ПБП в концентрации 5×10-5М подавляет КонА стимулируемую реакцию бласт-трансформации тонзилярных лимфоцитов человека в культуре, хотя сам КонА стимулирует бласт-трансформацию. Интерлейкин-2 также стимулирует бласт-трансформацию лимфоцитов, но в отличие от КонА при сочетании ИЛ-2 с ПБП значительно увеличивает содержание бласт-трансформированных клеток. Такая же картина наблюдается при изучении влияния ПБП на активность лимфокин-активированных киллеров, а также на антигензависимую Т-клеточную цитотоксичность при наличии экзогенного интерлейкина-2. Таким образом, ПБП потенцирует ИЛ-2 зависимые функции лимфоцитов человека в культуре. Более того, ПБП стимулирует образование антител против ряда микроорганизмов в условиях как in vitro, так и in vivo [5].
   Наши опыты по изучению влияния ПБП на лимфоциты периферической крови человека различного возраста и пола, на ИЛ-2 индуцируемую клеточную пролиферацию мононуклеарных клеток показали, что Т-клеточные ответы на фитогемагглютинин при добавлении ПБП в культуру клеток происходит следующим образом: низкоотвечающие доноры реагируют усилением пролиферационного ответа, тогда как у лиц с высоким уровнем Т-клеточной пролиферации на ФГА тестируемый пептид в той или иной мере угнетает ответ на клеточный митоген. В нормальных лимфоцитах человека ПБП не вызывает патологических морфологических или функциональных сдвигов, а скорее оказывает модулирующее действие на лимфоциты цельной крови. Мы показали, что при перерезке спинного мозга и воздействии змеиного яда, когда происходят дегенеративно-некротические процессы нейронов, ПБП восстанавливает не только функцию нейронов (электрическая активность), но и всю морфологическую картину как интер-, так и мотонейронов [2,3].
   Хотя трудно делать определенные выводы о механизме влияния ПБП на ультраструктуру различных видов клеток, однако полученные данные свидетельствуют о наибольшем сходстве с действием ПБП на указанные виды опухолевых клеток. В настоящее время А.А. Галояном и сотр. проводятся широкие биохимические, нейроиммунохимические и генетические исследования для выяснения роли ligand-gated каскадной системы в опухолевых лимфоцитах и нейронах, приводящих к апатотическим сдвигам этих клеток. В этом отношении большой интерес вызывало влияние ПБП на активность каспаз. Объектом была культура нейробластомы N2A, обладающая нейроноподобными свойствами. Опыты показали, что ПБП в концентрации 10-9М оказывает разнонаправленное влияние на активность каспаз (2, 6, 3 и 9 нейробластомы N2A в культуре). ПБП подавляет эффекторные ферменты каспаз 3 и 9, значительно активируя каспазы 2 и 6, совершенно не действуя на активность каспаз 8. Причем ПБП не меняет активность влияния указанных каспаз на недифференцированные нейробластомы. После дифференцировки этих клеток бутиратом ПБП воздействует на их активность [12].
   Возникает два вопроса: 1) чем отличаются генетически и биохимически дифференцированная и недифференцированная нейробластомы, 2) почему ПБП оказывает нейропротекторное влияние на клетки спинного мозга, но разрушает опухолевые клетки (НГУК-1) и фибробласты L929?
   По-видимому, ПБП может оказывать влияние на жизнедеятельность различных лимфоцитов и других клеток на различных уровнях их дифференцировки и функционального состояния, о чем свидетельствуют данные о влиянии ПБП на активность лимфоцитов крови разных доноров [6]. ПБП обладает также свойствами NGF, оказывая влияние как на нейроны, так и на глиальные клетки и стимулируя образование GFAP в глиальных клетках и интерлейкинов в астроцитах. Зачастую трансформированные клеточные линии, так же как малиглинизирующие клетки, изолированные из опухолей, являются более чуствительными к проапоптотическим стимулам, чем нормальные клетки [13].
   Проведенные исследования позволили нам сделать следующие выводы:
   1. Нейропептид ПБП в концентрации 5-10-9М через 24 ч не вызывает изменений морфологии клеточной культуры НГУК-1 на светооптическом уровне.
   2. ПБП оказывает слабовыраженный митогенный эффект на НГУК-1, не провоцируя дополнительных форм патологических митозов, характерных для данной опухолевой линии.
   3. ПБП вызывает сравнительно небольшое увеличение числа гигантских клеток в культуре НГУК-1, что свидетельствует о нарушении цитотомии.
   4. Нейропептид в концентрации 5-10-3 и 5-10-5М оказывает цитотоксическое действие на отдельные опухолевые клетки, что проявляется в виде картин клеточной деструкции и апоптоза (электронно-микроскопическое исследование).

   Институт биохимии им. Г.Х. Бунятяна НАН РА
   Институт морфологии человека РАМН

Литература

     1. Galoyan A.A.  Biochemistry of Novel Cardioactive Hormones and Immunomodulators of the Functional System Neurosecretory Hypothalamus - Endocrine Heart. M. Nauka publishers. 1977. P. 240.
     2. Galoyan A.A., Kipriyan T.K., Sarkissian J.S., Sarkissian E.J., Grigorian Y.Kh., Andreasian A.S., Chavushyan E.A.  - Neurochemical Research. 2000. V. 25. N. 6. P. 791-800.
     3. Galoyan A.A., Sarkissian J.S., Kipriyan T.K., Sarkissian E.J., Grigorian Y.Kh., Sulkhanyan R.M., Khachatrian T.S.  - Neurochemical Research. 2000. V. 25. N. 12. P. 1567-1578.
     4. Galoyan A.A.  - Neurochemical Research. 2000. V. 25. N. 9/10. P. 1343-1355.
     5. Априкян В.С., Галоян А.А.  -Мед. наука Армении, 1999. Т. 39. N 2. С. 23-29.
     6. Галоян А.А., Шахламов В.А., Агаджанов М.И., Ваградян А.Г., Богданова В.В.  -Нейрохимия, 2001. т. 18. N 3.
     7. Галоян А.А., Шахламов В.А., Багданов В.В., Малайцев Т.С.  -Мед. наука Армении, 1/2001.
     8. Галоян А.А., Камалян Л.А., Гаспарян М.Г.  -ДНАН Армении, 2000. Т. 100. N 3. С. 276-282.
     9. Авцын А.П., Кондакова Л.И., Халанский А.С., Полякова Г.П., Чудиновская Н.В.  -Цитология, 1989. Т.31. N1. С. 97-101.
     10. Завалишин И.А., Ройхель В.М., Кондакова Л.И. и др.  -Ж. неврологии и психиатрии., 1998. Т.98. N5. С. 20-25.
     11. Алов И.А., Аспиз М.Е., Казанцева И.А.  -М. 1973. С. 14.
     12. Galoyan A.A., Tezio N., Berg M., Marks N.  - Нейрохимия 2000. Т. 17. N 3. С. 185-188.
     13. Fujimo Keiji, Iwasaki Chizn, Kawaguchi Haruma, Yasugi Etsuko, Oshima Mieko.  - FEBS Letters. 1999. V. 446. P. 113-116.