Комбинированное действие солей тория, свинца и гамма-излучения на мужские половые клетки лабораторных мышей

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Сыктывкарский государственный университет

Химико-биологический факультет

Кафедра физиологии человека и животных

Допустить к защите:

зав. кафедрой

д.б.н., проф.

_____________В.Г. Зайнулин

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Комбинированное действие солей тория,

свинца и гамма-излучения на

мужские половые клетки

лабораторных мышей

Научный руководитель:

с.н.с., к.б.н. _____________ А.О. Ракин

Исполнитель:

студентка 153 группы ______________ М.С. Фисуп

Сыктывкар 2000

Содержание

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Действие ионизирующего излучения на наследственные структуры

1.1.1. Действие малых доз ионизирующего излучения на биологические объекты

1.1.2. Биологическое действие гамма-излучения

1.2. Влияние тяжелых металлов на генетические структуры

1.3. Особенности биологического действия инкорпорированных радионуклидов

1.4. Комбинированное действие факторов различной природы на клеточные структуры

1.5. Заключение

Глава 2. Материалы и методы

Глава 3. Результаты и обсуждение

Глава 4. Выводы

Литература

Краткие обозначения:

ИИ – ионизирующее излучение

ДЛМ – доминантные летальные мутации

ПЛМ – поздние летальные мутации

РЛМ – ранние летальные мутации

АГС – аномалии головок спермиев

ТМ – тяжелые металлы

Введение

В последнее время остро стоит проблема биологической опасности и, в частности, генетической эффективности малых доз мутагенов. До сих пор не существует единого мнения о наличии или отсутствии «пороговой дозы», хотя факт «пороговой чувстви-тельности клетки» не оспаривается практически никем. При этом наибольшую проблему в разрешении данной задачи представляет взаимная «интерференция» трех отправных точек при формировании генетического эффекта: мощности дозы, времени воздействия мутагена и состояния генотипа. Т.о. зависимость «доза-время-эффект» (Бурлакова, 1994) усложняется даже на предварительном этапе оценки влияния малых доз на биологиче-ские объекты, особенно если речь идет о природных популяциях. Не для кого не секрет, что именно малые дозы, в особенности ионизирующие излучения (ИИ), являются источ-ником накопления генетического груза, ведущего к качественным изменениям в генети-ческой структуре популяции и, в итоге, к осуществлению микроэволюционных событий.

Нельзя не обратить внимание и на характер биологического действия мутагена, т.е. на критерий оценки его влияния на организм - физический или химический. Если ИИ, в частности γ-излучение - чисто физический фактор, а тяжелые металлы (ТМ) - химиче-ский, то безусловно смешанным действием обладают тяжелые естественные радионук-лиды (ТЕРН). Причем генетичес- кий эффект внутреннего облучения, который демонст-рируют ТЕРН значительно превышает таковой от внешних источников ИИ при равных поглощенных дозах (Дубинин, 1978; Кузин, 1991 и др.).

Наконец, поскольку эти факторы в природе практически не встречаются и не взаи-модействуют в «чистом» виде, то необходимо дать оценку их влияния на живые объекты в сочетаниях друг с другом. К тому же сведения о комплексном действии ТМ, ТЕРН и ИИ в малых дозах крайне скудны.

Генетическая опасность ТМ и ТЕРН, в отличие от токсической, изучена на сего-дняшний день недостаточно, и результаты такого рода исследований довольно противо-речивы. Особенно мало данных по влиянию этих веществ на генеративные клетки и тка-ни, отвечающие за возрастание эмбриональной смертности и, особенно, за накопление генетического груза в популяциях. Поэтому несомненную важность приобретают иссле-дования генотоксического действия ТМ, ТЕРН и ИИ на гаметогенез, в особенности на процесс формирования мужских половых клеток как значительно более уязвимых для мутагенных воздействий.

Поскольку в природе в основном приходится сталкиваться с низким и умеренным содержанием ТМ, ТЕРН и ИИ, то при проведении модельных экспериментов по иссле-дованию их генотоксического гонадотропного действия особый интерес вызывает влия-ние концентраций этих веществ на 1-2 порядка ниже полулетальной дозы для млекопи-тающих (Левина, 1972), а пролонгированного γ -излучения - на 2-3 порядка (Кузин, 1991). Наиболее популярным объектом в такого рода исследованиях являются лабора-торные млекопитающие чистых линий, генетический полиморфизм в лабораторных по-пуляциях сведен к минимуму.

В настоящей работе предпринята попытка исследовать генотоксическое действие свинца и тория (в виде водных растворов нитрата) и пролонгированного γ-облучения ма-лой мощности при формировании сперматогоний и ранних сперматоцитов у самцов мы-шей линии СВА генетическим и цитогенетическим методами. Таким образом нами изу-чалась чувствительность половых клеток, находящихся на ранних стадиях сперматогене-за к перечисленным мутагенам в «субвитальных» дозах и концентрациях.

1. Обзор литературы

1.1 Действие ионизирующего излучения на наследственные структуры

ИИ обладает сильным мутагенным эффектом. Для мутагенного действия наследст-венный материал является главной мишенью. Нарушение структурной организации при-водит к изменениям в потомстве данного организм, либо к его гибели. Существуют ги-потезы о возникновении генетических перестроек. К примеру, физиологическая гипотеза предполагает возникновение мутаций не в фазе непосредственного повреждения генети-ческого аппарата, но при нетождественной репарации. (Лобашов, 1947). Предложенная В.И. Корогодиным (1966) гипотеза основывается на предложении, что результат внеш-него воздействия - потенциальные повреждения наследственных структур, переходящие в истинные.

Первичные повреждения наследственного материала, вызванные ИИ, заключаются в одно- и двунитевых разрывах глюкозидной связи с последующим удалением оснований из полимерной ДНК; образующиеся деструктивные основания, «апуриновые, амидопи-риповые участки могут служить субстратом для специфических эндонуклиаз. Азотные основания повреждаются в два - три чаще, чем однонитеевые разрывы фосфодиэфирных связей. В свою очередь однотиевые разрывы формируются на 1-1,5 порядка чаще, чем двунитевые (Жестяников, 1979). Наиболее радиоустойчивы - нуклиазидные связи в нук-леиновых кислотах, они в 7-9 раз стабильнее, чем фосфодиэфирные (Кузин, 1973).

Согласно теории Д. Кроузера (Ли, 1963) первичным актом является попадание кван-та энергии в определенную структуру, и ионизация, вызывающая повреждение, возника-ет именно в ней. Однако после открытия репарационных ферментных систем стали оче-видны возможности возникновения скрытых повреждений. которые не всегда заверша-ются проявлением адекватного радиогенетического эффекта (Корогодин. 1966).

Структурно-метаболическая теория предвидит возможность, когда в следствие ра-диохимических процессов в ядре клетки формируются вещества, вызывающие повреж-дение структур ДНК и ДНП (Кузин, 1973).

В конечном итоге, повреждения формируются в несгабильной структуре, исход ко-торых может быть либо возникновением точковых мутаций и формирование хромосом-ных аберраций, либо первичные изменения могут быть репарированы. При чем зависи-мость выхода точковых и хромосомных мутаций обусловлена различными механизмами возникновения этих двух типов мутаций. Например, различная мощность дозы не влияет на выход точковых мутаций у дрозофилы, в то время, как уровень аберрантных пере-строек увеличивался пропорционально увеличению мощности дозы гамма-облучения. Сходные результаты при обработке линейных мышей рентгеновскими лучами получили П. Буул и Дж. Гудзварт (Buul, Goudzwart 1986, цирк. по Ракину).

В частности, наличие гена, нарушающего рекомбинацию, под влиянием гамма лучей не вызывала увеличения частоты РЛМ у дрозофилы, хотя выход гиперплоидных самцов при этом был различен (Miyamoto, 1983, цит, по Ракину).

На выраженность радиогенетического эффекта может влиять митотическая актив-ность клетки. Чем больше времени проходит между делениями клетки, тем больше со-бытий аберрантной природы (Gaulden, Weber, 1984, цирк. по Ракину).

Безусловно и то, что индукция хромосомных аберраций зависит от дифференциров-ки клеток. Большая резистентность больших лимфоцитов по сравнению с малыми объ-ясняется тем, что у последних в процессе дифференциации сильно возрастает плотность спирализации ДНК, что ведет к утрате способности к эксцизионной репарации (George e.a.; 1987, цит. по Ракину).

Неодинакова радиочувствительность клеток различных тканей одного и того же ор-ганизма. Это четко показал И. Буул при сравнении реакции на облучение сперматоцитов и клеток костного мозга мышей, в последних образуется в 4,5 раза больше аберраций, чем в половых клетках. Аналогична картина и при сравнении сперматоцитов и клеток роговицы глаза мыши. Такое несоответствие можно объяснить различной активностью репаративных энзимов в тканях выполняющих различные функции. Частота возникно-вения аберрантных перестроек в одной о той же хромосоме и негомологичных парах хромосом одного генома то же различна.

Выход хромосомных аберраций может зависеть от параметров, таких, как пол особи (Ватти, 1987), возраст, физиологическим