Защита диссертации Айнагуловой Галии Сиюндуковны на соискание степени доктора философии (PhD) по специальности «8D05107 - Биология»
В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Айнагуловой Галии Сиюндуковны на тему «Изучение молекулярно-клеточного эффекта асбестовой пыли на организм млекопитающих» по образовательной программе «8D05107 – Биология».
Диссертация выполнена на кафедре «Общей биологии и геномики» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - казахский
Официальные рецензенты:
Ережепов Даурен Адилович
Шалахметова Тамара Минажевна - доктор наук, профессор, Научно-технический парк КазНУ им. Аль-Фараби, профессор
Временные члены Диссертационного совета:
Тулеуханов Султан Тулеуханұлы
Акильжанова Айнур Рахметуловна - доктор наук, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева, Практик-профессор
Мукантаев Канатбек Найзабекович - Практик-профессор
Научные консультанты:
Берсимбай Рахметкажи Искендирович
Гасымов Эльдар Кочариоглы
Защита состоится: 24 декабря 2024 года 12:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D051 – Биологические и смежные науки» по специальности «8D05107 – Биология» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в онлайн формате.
Ссылка: https://us06web.zoom.us/j/85675283893?pwd=7wpEA3bnCdbkaLKSWO6Zaxa24MN2Dr.1, идентификатор конференции 856 7528 3893, код доступа 234542.
Адрес: г. Астана, ул. Кажымукана, 13, корпус №3, ауд. №333
Аннотация (рус.): Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена изучению молекулярно-клеточного воздействия хризотил асбестовой пыли на легкие крыс. Актуальность темы исследования. Загрязнение окружающей среды является глобальной проблемой во всем мире. Одним из важных канцерогенов окружающей среды, является асбест. Асбест это встречающиеся в природе силикатные минеральные волокна, которые благодаря своей структуре обладают высокой огнестойкостью, электро- и теплоизоляцией, этот материал нашел широкое применение в различных промышленных сферах. Асбест широко использовался во многих отраслях промышленности в ХІХ и ХХ столетиях. В конце ХІХ века асбест использовался в качестве основного компонента в строительстве и судостроении для противопожарной защиты и изоляции, а также в качестве антифрикционного материала для колодок сцепления и тормозов, уплотлительных колец и опор транспортных средств, а также в изготовлении фильтров. Кроме того, асбест использовался в качестве добавки к асфальтобетону для улучшения устойчивости дорожного покрытия. В результате большое количество промышленных рабочих и значительная часть городского населения подверглись воздействию асбестовой пыли в ходе процессов добычи и переработки асбеста, асбестоцементного производства и использовании асбеста в хозяйственных целях. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), около 125 миллионов людей во всем мире подвергаются воздействию асбеста на рабочих местах, которое является причиной примерно 230 000 смертей ежегодно. В период с 1970 по 2005 г.г. большинство западных стран запретили использование асбеста и к 2019 году асбест был запрещен в 66 странах мира. Запреты на использование хризотилового асбеста принимались Европейским сообществом на основании результатов анализа, последствий неконтролируемого использования амфиболовых асбестов. Данные исследования свидетельствовали о высоком риске развития асбестоза, рака легких и мезотелиомы плевры среди промышленных работников и населения. Мировое производство асбеста в 2020 году составило более 1,2 млн. тонн. Основными странами-производителями являются Россия, Китай и Бразилия. Казахстан в настоящее время производит около 250 тыс. тонн хризотил-асбеста в год, из которых 95% поставляется на экспорт. Житикаринское предприятие, которое находится в Костанайской области, по добыче и переработке руд хризотил-асбеста, производит около 10% мирового объема хризотилового волокна. Заболевание легких, связанное с асбестом, является серьезной проблемой здравоохранения во всем мире. Все идентифицированные формы асбеста были классифицированы Международным агентством по исследованию рака (МАИР) как канцерогены для человека. Рак легких обычно связан с курением и воздействием канцерогенных компонентов табачного дыма. Около 90% случаев рака легких у мужчин и 80% у женщин вызваны курением табака. Курение является причиной около 25% смертей среди женщин и мужчин. Однако рак легких у никогда не куривших людей составляет от 10 до 25% всех случаев. Также по оценкам специалистов, около 110 000 человек ежегодно умирают от рака легких, мезотелиомы и асбестоза в результате воздействия асбеста. От 5% до 7% всех случаев рака легких в мире вызваны высоким содержанием асбеста в качестве причины заболевания, главным образом из-за профессионального воздействия. Кроме того, несколько тысяч смертей ежегодно могут быть вызваны использованием асбеста и асбестосодержащих материалов в быту. Также было показано, что одновременное воздействие табачного дыма и асбестовых волокон значительно увеличивает риск развития рака легких. Асбест может оказывать влияние на различные иммунные клетки, цитокины, белки связывающие цитокины, факторы роста в регуляции проявления болезни при фиброзных заболеваниях легких, включая асбестоз. Некоторые из важных цитокинов и факторов роста, вовлеченных в патогенез легочного фиброза, усиливают повреждение клеток и активируют пролиферацию фибробластов и отложение коллагена. Цитокин TNF-α является ключевым цитокином, участвующим в индуцированной асбестом легочной токсичности. Альвеолярные макрофаги при асбестозе и идиопатическом легочном фиброзе высвобождают повышенные уровни TNF-α. TNF-α может способствовать воспалению легких за счет своего воздействия на эпителиальные клетки. Необходимы дополнительные исследования, чтобы определить их механизм действия в клетках легких при воздействии хризотил асбеста. Асбест вызывает асбестоз и злокачественные новообразования посредством молекулярных механизмов, которые до конца не изучены. Патологические процессы на клеточном и молекулярном уровнях могут быть детерминированы нарушением функционального состояния митохондрий. Митохондриальная дисфункция играет решающую роль в патогенезе многих заболеваний легких. Митохондрии являются основным источником активной формы кислорода (АФК), генерируемого во время потока электронной транспортной цепи. АФК митохондриального происхождения участвуют в опосредовании индуцированного асбестом апоптоза альвеолярных эпителиальных клеток. Было показано, что хризотиловый и крокидолитовый типы асбеста вызывают окислительный стресс и индуцируют местные медиаторы воспаления, что приводит к возникновению реактивной микросреды воспаления и пролиферации клеток. Все эти процессы, происходящие в клетках, осуществляются с участием АФК. Асбест индуцирует выработку АФК с помощью множества механизмов, которые частично включают активацию воспалительных клеток, ионное состояние железа в асбестовых волокнах, митохондриях и других внутриклеточных источниках. Асбестовые волокна влияют на митохондриальную ДНК и функциональный перенос электронов, что приводит в выработке АФК митохондриального происхождения. Хорошо известна связь функционального состояния митохондрий с изменениями их ультраструктуры. Поэтому исследования морфологических изменений митохондрий, обусловленных асбестом, актуальны и перспективны, поскольку нарушения ультраструктуры митохондрий возникают значительно раньше, нежели появление выявляемых клинических симптомов заболеваний. В то же время характерная ультраструктура митохондрий указывает на изменения функционального состояния ткани и, как следствие, на начало развития патологических процессов. В последние годы разработаны достаточно эффективные методы морфометрического анализа ультраструктуры митохондрий, которые позволяют оценить степень ультраструктурных нарушений митохондрий, свидетельствующих о функциональном состоянии этих клеточных органелл и ткани в целом. Типичная ультраструктура митохондрий является предпосылкой для функции митохондрий, которая, имеет решающее значение для приспособленности клеток, тканей и организмов. Обнаруженный относительно недавно места контакта митохондрий и система организации крист комплекс MIСOS (mitochondrial contact site and cristae organizing system) представляет собой важный белковый комплекс, который способствует образованию, поддержанию и стабильности митохондриальных крист и его белки, включая митофилин играют ключевую роль в организации архитектуры митохондриальных мембран у различных организмов, от дрожжей до человека. Так как митохондриальная дисфункция может, приводить к выбросу токсичных уровней АФК, вызывающих гибель клеток, для их борьбы с этим существует ряд систем контроля качества для восстановления поврежденных митохондрий и защиты общей целостности митохондриальной сети. Однако, когда повреждение митохондрий слишком серьезное, чтобы его можно было восстановить, митохондрии могут избирательно разрушаться по пути митофагии, внутриклеточного процесса, который удаляет поврежденные митохондрии, и могут вызвать дегенерацию клеток. Во время митофагии паркин (PRKN), направляет поврежденные митохондрии в лизосому для деградации. При митохондриальной дисфункции митохондрий происходят нарушение деления и слияния, изменение транспорта и морфологии, а также аномальные уровни PRKN и активность митохондриальных белков. Митохондрии обеспечивают важнейшие функции клетки как энергообеспечение, апоптоз и играют ключевую роль в других важнейших регуляторных физиологических процессах, в том числе, в формировании приспособительных реакций организма. Высокий уровень апоптоза, может спровоцировать развитие воспалительных процессов в легочной ткани за счет свободно циркулирующих нуклеиновых кислот - свободно циркулирующей митохондриальной ДНК (сц-мтДНК). Число копий сц-мтДНК изменяется при различных типах злокачественных неоплазий, включая рак легких. Для изучения злокачественных неоплазии сц-мтДНК приобретает огромное значение как биомаркер целого ряда заболеваний, что служит своеобразным пусковым механизмом трансдукции провосполительных сигналов в животных клетках. Однако роль сц-мтДНК в патогенезе рака легких, индуцированного воздействием хризотил асбеста, остается неизученной. Учитывая изложенное выше, изучение молекулярно-клеточного эффекта асбестовой пыли в тканях легких, которое позволяет выявить внутриклеточные и молекулярные механизмы, приводящие к патологии в клетках и пониманию происходящих изменений при воздействии хризотилового асбеста на организм млекопитающих, является актуальной темой исследования. Целью исследования является изучить молекулярно-клеточные эффекты действия хризотил асбеста на ткани легких крыс. Для достижения цели поставлены следующие задачи: 1. Изучить морфологическую структуру ткани легких крыс при воздействии хризотил асбеста. 2. Определить уровни цитокинов (IL-6, IL-4 и TNF-α) и показателей иммунной системы В- и Т- лимфоцитов в сыворотке крови крыс под действием хризотил асбеста. 3. Провести электронно-микроскопические исследования и изучить морфометрические показатели ультраструктуры митохондрий легочной ткани крыс при действии хризотил асбеста. 4. Изучить содержание белков паркина (PRKN) и митофилина (IMMT - Inner mitochondrial membrane transmembrane) в ткани легких крыс под действием хризотил асбеста. 5. Определить действие хризотил асбеста на содержание свободно-циркулирующих митохондриальных ДНК (сц-мтДНК) в плазме крови крыс. Объектом исследования явились половозрелые самцы белых крыс линии Вистар. Для воспроизведения экспериментального асбестоза подопытным животным в легкие интратрахеально вводилась хризотил-асбестная пыль, контрольным животным вводили физраствор. Животных разделили на три группы: 1) контрольная; 2) затравленная асбестом в дозе 25 мг; 3) затравленная асбестом в дозе 50 мг. Через два месяца после затравки асбестом извлекали легкие крыс и изучали необходимые параметры. Диссертационная работа была выполнена на кафедре общей биологии и геномики, Институте клеточной биологии и биотехнологии Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева (г. Астана, Казахстан) и на кафедре цитологии, эмбриологии и гистологии Азербайджанского медицинского университета (г. Баку, Азербайджан). Методы исследования. В диссертационной работе применялись методы световой и электронной микроскопии; гистологические, молекулярно-иммунологические методы исследования; ПЦР в режиме реального времени; иммунофлуоресцентный анализ с использованием FITC-конъюгированных моноклональных антител; морфометрический анализ ультраструктуры митохондрий; ИФА на белки паркин (PRKN) и митофилин (IMMT); статистическая обработка данных. Научная новизна исследования: - изучены методом световой микроскопии морфологическая структура ткани легких крыс после интратрахеального введения животным хризотил асбеста; - определены уровни про- и противовоспалительных цитокинов IL-6, IL-4 и TNF-α в сыворотке крови крыс под действием хризотил асбеста; - определены показатели иммунной системы Т- и В- лимфоцитов легких крыс затравленных асбестной пылью при воздействии разных доз хризотил асбеста; - проведены морфометрические исследования ультраструктуры митохондрий легких крыс после интратрахеального введения животным хризотил асбеста и показаны изменения, происходящие в морфометрической характеристике ультраструктуры митохондрий в зависимости от дозы воздействия асбеста; - определены содержание белков митофилина, поддерживающих структуру крист митохондрий и паркина осуществляющих восстановление поврежденных митохондрий и защищающие целостность митохондриальной сети путем митофагии, при действии хризотил асбеста; - определены уровни свободно-циркулирующих митохондриальных ДНК легких крыс при воздействии хризотил асбеста. Теоретическая и практическая значимость работы. Проведенные исследования позволяют углубить знания о молекулярно-клеточных механизмах развития воспалительных процессов в тканях легких крыс, вызванных хризотил асбестом. Полученные результаты позволяют выявить ранние симптомы структурных и молекулярно-клеточных нарушений организма. Выявление механизмов молекулярно-клеточного ответа на действие асбеста дают возможность предотвратить и уменьшить риски развития осложнений, снизить количество случаев заболеваний, оптимизировать методы персонализированного лечения, улучшить самочувствие и качество жизни пациентов при заболеваниях связанных с асбестом в Казахстане. Результаты диссертационной работы апробированы и внедрены в учебный процесс кафедры общей биологии и геномики ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Акт внедрения в дисциплины «Основы молекулярно-генетических процессов» образовательной программы 7М05107-Биология и «Молекулярная и клеточная биология» образовательной программы 7М01513-Биология магистрантов первого курса кафедры общей биологии и геномики ЕНУ им. Л.Н. Гумилева). Основные положения диссертации, выносимые на защиту: 1. В морфологической структуре ткани легких крыс при воздействии хризотил асбеста развивается хронический бронхит, мелкочаговая бронхопневмония и мелкоочаговый периваскулярный склероз, а также при более высокой дозе развивается обструктивная эмфизема, дыхательная недостаточность и легочная гипертензия. 2. Повышение уровеней про- и противовоспалительных цитокинов IL-6, TNF-α, IL-4 и показателей иммунной системы указывают на острую фазу воспалительного процесса в легочной ткани крыс, подвергшихся воздействию хризотил асбеста. 3. Увеличение в митохондриях площади, периметра, среднего диаметра внешних и внутренних мембран, диаметра крист и межмембранного пространства, а также уменьшение длины крист в ультраструктуре митохондрий легочной ткани крыс являются митохондриальной дисфункцией при воздействии хризотил асбеста. 4. Снижение уровней митохондриальных белков митофилина и паркина при воздействии хризотил асбеста являются показателями разрушения крист, накопления повреждении и дисфункции митохондрии в тканях легких крыс. 5. Повышение уровня сц-мтДНК в плазме крови крыс обусловленно развитием воспалительных процессов в организме при воздействии хризотил асбеста. Связь работы с научно-исследовательскими программами. Диссертационная работа выполнена в рамках научного проекта АР09259700 «Изучение молекулярных изменений индуцированных асбестом в патогенезе рака легкого», номер государственной регистрации №171/36-21-23 в 2020-2023 годы. Основные результаты исследования доложены на международных и республиканских конференциях: 1. Международная научно-практическая конференция «Медицина труда XXI века: вопросы охраны здоровья работающего населения» (Караганда, 2022). 2. Международный научный форум «Омаровские чтения: биология и биотехнология XXI века» (Астана, 2023). 3. Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития медицины труда и медицинской экологии» (Караганда, 2023). 4. Международная научная конференция «Приоритетные направления развития науки и образования» (Астана, 2023). 5. Материалы международной научной конференции студентов и молодых учёных «Наука и образование - 2024» (Астана, 2024). Публикации. По материалам исследования диссертационной работы опубликовано 10 работ, из них: 1 статья в изданиях, входящих в базу данных Scopus (Cytokine, IF 3,8, процентиль 78); 4 статьи в журнале Республики Казахстан, входящих в список рекомендованных КОКСОН Министерства науки и высшего образования РК; 5 работ в сборниках статей Международных научно-практических конференций. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 104 страницах. Работа состоит из обозначений и сокращений, введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов и обсуждения, заключения, списка использованных источников, включающих 239 источника. Диссертационная работа иллюстрирована 4 таблицами, 32 рисунками и 1 приложением.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://youtu.be/PI3AfLlUddA?si=Aox4D_REHybmuVpr
