БИОХИМИЯ, 2015, том 80, вып. 6, с. 931 - 936
УДК 576.311:591.484.3:598.617.1
ФОТОИНДУЦИРОВАННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СУБКЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР РЕТИНАЛЬНОГО ПИГМЕНТНОГО ЭПИТЕЛИЯ ПЕРЕПЕЛА СоШгтх ]ароп1са
© 2015 П.П. Зак1*, Н.Б. Сережникова12, Л.С. Погодина2, Н.Н. Трофимова1, Т.С. Гурьева3, О.А. Дадашева3
1 Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, 119934 Москва; электронная почта: pavelzak@mail.ru
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, 119991 Москва 3 Институт медико-биологических проблем РАН, 123007Москва, Хорошевское шоссе, 76А
Поступила в редакцию 12.01.15 После доработки 10.03.15
Работа выполнена на молодых 15-недельных половозрелых самках японского перепела Coturnix japonica, выращенных при разных спектральных видах освещения. Показано, что после 95-дневной ежедневной световой экспозиции в ретинальном пигментном эпителии птиц, содержавшихся при синем освещении (440—470 нм), по сравнению с птицами, выращенными при освещении со сниженной синей световой компонентой, наблюдалось повышение в полтора раза численности митохондрий и фагосом. Также найдено, что содержание птиц при синем освещении по сравнению с другими световыми режимами приводит к увеличению на 15% яйценоскости. Сделан вывод о том, что синее освещение повышает метаболическую активность и ускоряет темп жизни Сoturnix japonica. Предполагается, что вероятным механизмом действия синего света является торможение синтеза мелатонина.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ретинальный пигментный эпителий, синий свет, митохондрии, японский перепел, электронная микроскопия.
Синий свет видимого диапазона (А,макс 450 нм) известен как небезопасный «незрительный» фактор фотобиологического действия на сетчатку глаза человека и животных. Реальная опасность кратковременных мощных экспозиций синим светом оценена на различных животных моделях, включая приматов (макак-резус, Macaca mulatta) [1, 2]. Показано, что видимый свет синего диапазона с А.450 нм (Bx согласно светотехнической номенклатуре по зрительной безопасности) при однократных кратковременных экспозициях вызывает распознаваемые дегенерации сетчатки при дозах ~50 Дж/см2 на поверхности роговицы, в то время как для света длинноволнового видимого диапазона 500—650 нм пороговые дозы фотоповреждения находятся в пределах 500—1000 Дж/см2 [3]. Существует обширная литература о возможной роли синего света в провоцировании глазных заболеваний и развитии старения сетчатки [4]. Известными мишенями патогенного действия синего света
* Адресат для корреспонденции.
являются фототоксичные бис-ретиноиды липо-фусциновых гранул в клетках ретинального пигментного эпителия (РПЭ), генерирующие свободные радикалы [5, 6]. Существует ряд работ, в которых показано, что свет синего диапазона способен оказывать повреждающее действие на митохондрии РПЭ, приводя к выходу из них в цитоплазму цитохрома с и последующему запуску апоптотической гибели клеток [7, 8]. При этом ограничивающим фактором негативного действия синего света, вероятно, является мела-тонин, синтез которого регулируется синечув-ствительными меланопсиновыми клетками сетчатки [9]. Для исследования механизмов патогенного действия синего света на сетчатку используется целый ряд животных моделей. Одной из наиболее удачных моделей является мелкая домашняя птица — японский перепел Сoturnix japonica [10—12]. По сравнению с обычными лабораторными животными (грызуны, кошки, собаки и др.) эти птицы, наравне с человеком и приматами, имеют центральную область острого зрения, защищенную от синего
света оксикаротиноидами лютеин-зеаксантино-вого ряда. Биологический срок жизни Coturnix japónica, в среднем, составляет около полутора лет, за которые его сетчатка претерпевает те же старческие изменения, что и у человека к 70-80-летнему возрасту. Так, к 9-месячному возрасту в РПЭ японского перепела концентрация липо-фусциновых гранул достигает тех же величин, что и у 80-летних людей [13], а ретинальная острота зрения этих птиц с возрастом существенно падает [14]. Ранее, в статье Зака и соавт. [15] мы показали, что синий свет (440—470 нм, 4 Дж/см2 при 40-минутной экспозиции) вызывал выраженные нарушения гематоретинального барьера РПЭ Coturnix japónica, аналогичные возрастным изменениям. Показано также, что такой синий свет вызывал структурные изменения в ядрах некоторых клеток РПЭ, характерные для апоптоза. Кроме того, установлено [15, 16], что общим свойством старения и повреждающего действия синего света в клетках РПЭ Coturnix japonica является повышение численности видоизмененных (чашевидных) митохондрий, которые, согласно литературным данным [17—19], свидетельствуют о неблагополучии клеточной жизнедеятельности. Наряду с использованием Coturnix japónica как модели ускоренного старения, эти домашние птицы используются при изучении мелатонин-регулируемых циркадных ритмов. Для этих животных характерны резко выраженные суточные изменения мелатонина, причем 30% мелатонина крови Coturnix japonica синтезируется непосредственно в фоторецеп-торных клетках сетчатки, в то время как у человека ретинальный мелатонин составляет ~15% общего пула [20]. В настоящее время активно дискутируется тема возможных отдаленных последствий избыточного синего света в провоцировании возрастной слепоты [21], в частности, возрастной макулярной дегенерации [4]. Так, в заключении Европейской комиссии по глазным рискам от 2012 г. (http://ec.europa.eu/health/sci-entificcommittees/policy/index) считается приоритетным проведение исследований по оценке отдаленных негативных последствий повседневного освещения с избыточной синей компонентой, в частности, светодиодного освещения. Представленная нами работа направлена на оценку возможных рисков повседневного хронического освещения с избыточной синей компонентой.
достижении полуторамесячного возраста птицы были разделены на три группы с разными условиями освещения. Контрольную группу животных содержали при общепринятом стандартизированном освещении лампой накаливания, которая по светотехнической номенклатуре является одним из источников искусственного белого света. Одну из опытных групп содержали при синем светодиодном освещении в спектральной полосе 440—470 нм, а вторую освещали «желтым» светом (спектральная полоса 500—650 нм), сформированным «белым» светодиодным светильником в сочетании со светофильтром, отсекающим свет короче 500 нм. Согласно приведенным спектрам излучения (рис. 1), лампа накаливания и источник «желтого» освещения должны быть близки по фотобиологическому действию, поскольку оба световых источника имеют доминирующую световую полосу излучения в длинноволновой области спектра (от 500 нм и более) без заметного долевого участия в синей области спектра (от 500 нм и менее).
Был использован общепринятый цикл суточного освещения при содержании перепелов: 15 ч постоянного освещения и 9 ч темнового перерыва. Включение и выключение света производили автоматически таймером-контроллером. Все три вида освещения были выровнены по мощности: 0,002 Вт/см2 по центру птичьей клетки (40 см от источника освещения). В единицах освещенности использованный свет составлял около 200—25 Лк. Фото- и спектрометрические калибровки производили спектрометрами Ауа^е8-2048 («Ауа^е8», Голландия) и МК-350 («Uptech», Тайвань).
400 450 500 550 600 650 700 нм
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования были проведены на 15-не-дельных самках СоШгп1х]аротеа, содержавшихся изолированно без присутствия самцов. По
Рис. 1. Спектральное распределение энергии трех видов источников освещения. 1 — Синее освещение (доминирующая спектральная полоса 440—470 нм); 2 — желтое освещение (доминирующая спектральная полоса 530—650 нм и отсутствие излучения в синей области спектра); 3 — лампа накаливания (спектр излучения со сниженной синей компонентой и с преобладанием желтой области спектра)
Раздельное содержание птиц при разных условиях освещения было начато с их полуторамесячного возраста. Общая длительность раздельного содержания птиц при разном спектральном освещении составила 95 сут. Птиц декапи-тировали, и отпрепарированные глазные бокалы, включающие склеру, сосудистую оболочку, РПЭ и нейрональную сетчатку, помещали в фиксирующий раствор согласно методике, подробно описанной в нашей предыдущей работе [16]. Использовали трансмиссионную электронную микроскопию (микроскопы JEM-100B и JEM-1011 («JEOL», Япония, увеличение 8000х и 25 000х) поперечных срезов РПЭ центральной (макулярной) зоны сетчатки размером ~1 мм2. Для количественной оценки на электронно-микроскопических фотографиях в программе «Adobe Photoshop CS4» («Adobe Systems, Incorporated», США) и с помощью квадратной тестовой решетки 8 х 8 мкм стандартным мор-фометрическим методом [22] определяли численность (количество на 100 мкм2) функционально значимых субклеточных структур РПЭ (митохондрий, липофусциновых гранул, миело-идных телец, фагосом), которые, как показано нами ранее [16], сосредоточены преимущественно в слое базальной части цитоплазмы толщиной ~8 мкм. Для каждого животного было проанализировано около 50-ти клеток РПЭ разных участков макулярной зоны. В измерениях были использованы глаза пяти птиц из каждой группы.
Статистический анализ данных проводили в программе Statistica 5.5 с использованием непараметрического критерия Манна—Уитни, различия признавали достоверными приp < 0,05. Соответствие эмпирического распределения нормальному проверяли с помощью критерия Колмогорова—Смирнова (а = 0,05).
Светоиндуцированные изменения общего статуса организма разных групп самок С. japónica оценивали по среднесуточной яйценоскости.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При оценке среднесуточной яйценоскости было найдено, что птицы, содержавшиеся при синем освещении, обладали повышенной на 15% яйценоскостью по сравнению с птицами, выращенными при освещении со сниженной синей световой компонентой, т.е. при желтом освещении и освещении лампами накаливания.
На рис. 2 представлена обзорная электронно-микроскопическая фотография, демонстрирующая типичную картину распределения и состояния субклеточных частиц в области ба-зальной мембраны клеток РП
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.