«Молекулярно-генетический анализ ассоциаций аллельного состояния транскрипционного фактора NF-kBl у лиц с различным онкологическим анамнезом» - Дипломная работа

Содержание

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 4

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. РОЛЬ ИНГИБИТОРА NF-kB В РАЗВИТИИ ОНКОПАТОЛОГИИ (обзор литературы) 10

1.1. Семейство транскрипционного фактора NF -кВ 11

1.2. Характеристика гена NF-kB IA 14

1.2.1. Свойства и функции NF-kBIA 15

1.2.2. Локализация и строение гена NF-kBIA 16

1.3. Характеристика полиморфизмов гена NF-kBIA 17

1.3.1. Полиморфизм rs696 гена NF-kBIA (3' UTR A>G) 17

1.3.2. Полиморфизм rs2233408 гена NF-kBIA (519 C / T) 18

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 20

2.1. Материалы исследования 20

2.2. Генетические методы. Семейный анализ 20

2.3. Молекулярно-генетические методы 22

2.3.1. Выделение геномной ДНК методом фенольно-хлорофомной экстракции 22

2.3.2 Полимеразная цепная реакция синтеза ДНК 25

2.3.3. ПДРФ-анализ 27

2.3.4. Электрофорез в полиакриламидном геле 27

2.4. Методы статистической обработки данных 28

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 30

3.1. Сравнительный анализ генетической структуры исследуемых групп 30

3.1.1. Анализ распределения частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs696 гена NF-kBIA у здоровых индивидов и в группе с онкопатологией 32

3.1.2. Анализ распределения частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs2233408 гена NF-kBIA у здоровых индивидов и в группе с онкопатологией 34

3.1.3 Анализ распределения сочетаний генотипов полиморфных вариантов rs2233408 и rs696 гена NF-kBIA у здоровых индивидов и в группе с онкопатологией 36

3.2. Генеалогический анализ 37

ГЛАВА 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВНЕДРЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ БИОЛОГИИ 47

4.1. Место биологии в школьном образование 47

4.2. Применение материала выпускной квалификационной работы в школьном курсе «Биология» 48

4.3. Разработка урока по биологии на тему «Иммунитет. Механизм и виды иммунитета» для 8 класса 55

4.4. Применение логико-смысловой модели в образовательном процессе 61

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63

ВЫВОДЫ 65

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 66

ПРИЛОЖЕНИЕ 73

Введение

Актуальность исследования. Заболеваемость злокачественными новообразованиями в последние десятилетия в России непрерывно возрастает. Как показывают расчетные данные, прирост числа онкологических больных в XXI веке будет постоянно повышаться. По оценкам ВОЗ в РФ смертность от злокачественных новообразований находится на втором месте после смертности от сердечно-сосудистых заболеваний (Степанова,2010).

Злокачественные опухоли - одна из актуальных медицинских и общественных проблем, как в России, так и за рубежом. Онкологические заболевания в России ежегодно уносят почти 300 000 жизней, а число заболевших за год приближается к 600 000. На протяжении своей жизни каждый 4-й россиянин рискует заболеть раком, а каждый 9-й погибнет от него. На данный момент врачам-онкологам России удается спасти более половины заболевших, соотношение между заболевшими и умершими от онкологических заболеваний в нашей стране значимо хуже, чем в других странах (Тюляндин, 2018).

Наибольшее количество злокачественных новообразований образуются в результате мутации генов, которые регулируют рост клеток. Деление раковых клеток аналогично делению нормальных клеток, но в раковых клетках часто утрачены механизмы регуляции клеточного цикла.

Все злокачественные новообразования в своем развитии проходит ряд последовательных этапов. Каждый этап характеризуется определенными морфологическими особенностями, находящими отражение в клинической картине заболевания, проявляясь соответствующими симптомами.

Контроль клеточного цикла обычно обеспечивает точный надзор над дублированием ДНК и последующим делением клеток и предотвращает потерю генетической информации. Клеточный цикл состоит из группы контрольных точек, которые играют важную роль в защите генома от повреждений.

Механизмы регуляции клеточного цикла в норме осуществляют точный контроль за дупликацией ДНК и последующим делением клетки и предупреждают потерю генетической информации. Клеточный цикл состоит из группы контрольных точек, играющих важную роль в регуляции последовательного прохождения клеткой этапов клеточного цикла.

Важную роль в процессах иммунного ответа, клеточной

пролиферации, апоптоза и воспаления, играет транскрипционный фактор NF - kB. Который контролирует транскрипционную активность множества генов, ответственных за различные пути воспалительных и злокачественных процессов, а также вовлечен в патогенез широкого спектра заболеваний.

Большое внимание ученых сосредоточено на изучении участия сигнальных путей транскрипционного фактора NF-kB в канцерогенезе, в том числе и в устойчивости опухолей к химио- и радиотерапии. Сочетание пролиферативных и воспалительных процессов, сопровождающихся конститутивной активацией NF-kB, делает его одной из перспективных мишеней направленного фармакологического воздействия при терапии рака (Умезава, 2014).

Основная физиологическая функция NFkB- это перепрограммирование экспрессии большого спектра генов при инфекции, воспалении и некоторых стрессорных воздействиях. Наряду с генами, контролирующими иммунный ответ и деление клеток, NFkB активирует группу генов, продукты которых подавляют апоптоз (Копнин, 2004).

Злокачественная трансформация клеток и опухолевая прогрессия связаны с накоплением изменений в геноме, которые возникают в результате нарушения его нормального функционирования под действием наследуемых или приобретенных мутаций. При разных гистологических типах рака показан целый ряд нарушений генов, которые могут считаться потенциальными молекулярными маркерами, тем более, что некоторые нарушения этих генов могут выявляться уже на ранних стадиях онкогенеза (Д.И.Водолажский, 2009).

При стимуляции, NF-kB подвергается фосфорилированию и убиквитинизации. Это позволяет изменять конформационную структуру молекул, определяя их распознавание и разрушение внутри протеосом, что, в свою очередь, приводит к высвобождению NF-кВ. После дополнительного фосфорилирования NF-кВ получает возможность мигрировать в ядро

клетки, к месту своего действия (Маянский, 2007).

Механистически NF-KB способствует онкогенезу, вызывая экспрессию различных генов, ответственных за выживание клеток, пролиферацию, миграцию, инвазию. Но в ряде исследований было показано, что высокая экспрессия субъединицы NFkB1, наоборот, может быть связана с противоопухолевыми эффектами (Cartwright, 2016).

Экспрессия мРНК NFkB1 при многих гематологических заболеваниях примерно в 2 раза ниже по сравнению с образцами здоровых доноров. Клетки, в которых экспрессия NFkB1 низкая, накапливают больше мутаций, индуцированных алкилированием, а у мышей с мутацией гена NFkB1 лимфомы развиваются чаще, чем у животных с диким типом. Кроме того, у мышей с мутацией гена NFkB1 наблюдали склонность к хроническим воспалительным заболеваниям (Ishikawa, 1998).

Таким образом, белки семейства NF-kB могут рассматриваться в качестве мишени для разработки препаратов направленного действия. Так как данный транскрипционный фактор задействован в развитии и прогрессии опухолей (Степанова, 2010).

Усовершенствование ранней диагностики и методов терапии рака, в том числе создание и успешное применение специфических молекулярно-направленных препаратов, существенно повысили эффективность лечения этого тяжелого заболевания.

Современный уровень знаний о молекулярных механизмах возникновения и развития опухолей, их чувствительности или резистентности к различным препаратам уже позволяет осуществить переход от усредненных стандартных схем к так называемой - персонализированной медицине (E.S.Gershtein, 2013).

Цель: анализ распределения частот генотипов и аллелей по двум полиморфным локусам гена транскрипционного фактора NF-KbIA (rs696 и rs2233408) у лиц с различным онкологическим анамнезом, проживающих в Республике Башкортостан, для определения роли аллельного состояния гена NF-kB в формировании риска развития онкопатологии.

Задачи:

1. Провести генотипирование полиморфных локусов rs696 и rs2233408 гена NF-KbIA в группе онкологических больных и здоровых индивидов;

2. Провести сравнительный анализ распределения частот генотипов и аллелей, а также их сочетаний в изучаемых группах;

3. Провести генотипирование и анализ наследования аллелей гена NF-KbIA по полиморфным локусам rs696 и rs2233408 в семьях с различным онкологическим анамнезом;

4. Осуществить статистическую обработку результатов и моделирование межгенных взаимодействий биоинформативными методами;

5. Разработать методические рекомендации по уроку в школьном курсе «Биология».

Научная новизна: в работе выполнен анализ наследования аллелей гена NF-KbIA по полиморфным локусам rs696 и rs2233408 в группе онкологических больных и здоровых индивидов. Проведен сравнительный анализ распределения частот генотипов и аллелей, а также их сочетаний в изучаемых группах. Выявленные сочетания аллелей гена Ж’-1<В1А могут использоваться как маркеры повышенного риска развития онкопатологии.

Материалы работы могут быть использованы при изучении студентами

особенностей процесса канцерогенеза, апоптоза, работы клеточного цикла.

Теоретическая и практическая значимость исследования: полученные данные вносят вклад в понимание роли полиморфизмов rs696 и rs2233408 в процессе опухолеобразования.

Знания о функциональной роли мутаций в онкогенах важны в практической медицинской деятельности для использования при расчете индивидуального риска развития онкопатологии и разработки подходов персонифицированной медицины.

Данная работа имеет высокую теоретическую и практическую значимость, в связи с тем, что ген NF-kBIA играет важную роль в образовании опухоли. Полученные результаты могут быть включены международную базу данных по учету популяционного распределения частот генотипов и аллелей изученных полиморфных локусов гена NF-kBIA (rs696, rs2233408).

Апробация.

По результатам научного исследования опубликована научная статья: И.И.Бакун, Г.Ф.Галикеева. «Исследование роли ингибиторов NF-kB в развитии онкопатологии». // Сборник трудов научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых посвященной 131-летию со дня рождения академика Н.И. Вавилова «Вавиловские чтения-2018», 28 ноября 2018. - Уфа: Изд-во БГПУ, 2018. - 82 с.С 9-13.

Сборник трудов индексируется базой данных РИНЦ.

Выдержка из текста работы

ГЛАВА 1. РОЛЬ ИНГИБИТОРА NF-kB В РАЗВИТИИ ОНКОПАТОЛОГИИ

(Обзор научной литературы)

Опухоль - патологическое образование, самопроизвольно возникающее в различных органах, отличающееся полиморфизмом строения, обособленностью, прогрессирующим неограниченным ростом.

Медицина не стоит на месте, но несмотря на это, онкологические заболевания по-прежнему уносят жизни сотен тысяч людей. Каждый год в мире от рака умирает около 7,6 миллионов человек (Казарновский, 2018). Онкология - направление медицины, которая изучением новообразований злокачественного и доброкачественного характера, механизмом их возникновения, причинами и факторами их образования.

Опухоль, независимо от ее направленности, может сформироваться в любом органе или части организма. Опухоль также может развиться в любом возрасте и у лиц любого пола. Местонахождение той или иной опухоли обязательно должна отображаться в диагнозе пациента (Тюляндин, 2018).

В каждой клетке имеется механизм деления, подконтрольный и подавленный во взрослой жизни. В какой-то момент в клетке что-то сбивается, и этот механизм деления начинает снова работать.

Когда клетка начинает неконтролируемо делиться, она становится опухолевой. Клетки бесконечно и бесконтрольно делятся, и так появляются опухоли - доброкачественные или злокачественные.

В России непрерывно возрастают цифры заболеваемости злокачественными новообразованиями. По оценкам ВОЗ в РФ смертность от злокачественных новообразований находится на втором месте после смертности от сердечно-сосудистых заболеваний.

Одним из активно изучаемых белков является NF-KB, который принимает участие в процессах канцерогенеза, апоптоза, регулирует экспрессию различных генов (в том числе и некоторых протоонкогенов). Активация NFK ассоциируется с резистентностью опухолей к различным химиотерапевтическим агентам и лучевой терапии. (Степанова, 2010г.).

1.1. Семейство транскрипционного фактора NFKB

Белок NF-kB был открыт в 1986 г. группой исследователей под предводительством Д.Балтимора. Данный белок был выделен из зрелых В- лимфоцитов как ядерный белок, связанный с энхансерной областью легкой цепи иммуноглобулина каппа, что легло в основу его названия (Aggarwal, 2004г.).

NF-kB представляет собой гетеродимерный комплекс белков семейства Rel, которые в большинстве покоящихся клеток неактивны и находятся в цитоплазме в комплексе со специфическими ингибиторами — IkB. Выявлено 5 белков семейства NF-kB, содержащих общий ДНК-связывающий домен: NF-kB1 (p50/p105), NF-kB2 (p52/p100), RelA (p65), RelB и c-Rel. Основной формой существования этих белков в большинстве типов клеток является гетеродимер p50/RelA(p65). Известно также о существовании 7 ингибиторов NF-kB: IKB- a, IKB-0, IKB-Y, IKB-8, Bcl-3, p100 и p105 (Kim, 2006).

При поступлении в клетку регуляторного стимула сигнальный каскад NF-kB активируется (рис1), происходит фосфорилирование ингибиторного белка специфическими IkB-киназами, после чего его полная деградация, и свободный активный NF-kB поступает в ядро. В качестве активирующих агентов выступают, различные факторы роста, цитокины, бактериальные токсины и вирусные агенты, а также такие внешние пронекротические факторы, как у- и УФ облучение и т.п. (Bhat-Nakshatri, 2002).

Заключение

Развитие опухоли происходит как правильно при нарушении механизмов клеточного цикла.

Семейство белков NF-kB включает в себя гомологичные транскрипционные факторы, контролирующие клеточный ответ на различные экзо- и эндогенные сигналы, в том числе инфекции, воспаления, стресс или физические повреждения.

В норме NF-kB в клетке находиться в ингибированном состоянии и связан с IKB, который препятствуют перемещению NF-kB в ядро. Активация каскада NF-kB сигнального пути может протекать двумя путями в зависимости от поступившего стимула.

Высвобождение NF-kB из его ингибитора IkBa позволяет осуществлять его ядерную транслокацию и трансактивацию генов-мишеней NF- kB. Поскольку экспрессия генов многих провоспалительных и противовирусных цитокинов контролируется этим фактором, возникла концепция, что NF-kB и его предшествующий регулятор IKK являются важными компонентами врожденного противовирусного иммунного ответа на инфекционные патогенны.

NF-kB играет ключевую роль в регуляции иммунного ответа на инфекцию. Хроническая активация NF-kB связана с раком, воспалительными и аутоиммунными заболеваниями. Слишком слабая активация приводит к восприимчивости к вирусной инфекции и неправильному развитию иммунитета .

NF-kB является « быстродействующим » фактором транскрипции, что означает, что он присутствует в клетках в неактивном состоянии и не требует синтеза нового белка для активации. Это позволяет NF-KB быть первым ответчиком на вредные клеточные стимулы.

Многие бактериальные продукты и стимуляция широкого спектра рецепторов клеточной поверхности приводят к активации NF-kB и довольно быстрым изменениям в экспрессии генов. Патогены активируют NF-kB через Toll-подобные рецепторы (TLR), что является важным как врожденным, так и адаптивным иммунным ответом.

Понимание механизмов включения и регуляции NF-kB-пути воспаления создает базу для разработки специфической терапии воспалительных заболеваний.

Список литературы

1. Агафонова И. Б., Сивоглазов В. И. // Программа среднего (полного) общего образования //Биология.//Общая биология. 10—11 классы. Базовый уровень.2013. С.3 -214.

2. Валькова Г., Зайнуллина Ф., Штейнберг В. Логико-смысловые модели - дидактическая многомерная технология //Директор школы, № 1, 2009. - С.49-54.

3. Великов В.А. Молекулярная биология. Практическое руководство: Учеб. пособие для студ. биол. фак. и фак. нано- и биомед. технол., обуч-ся по напр. «Биология (020400)», «Биология-пед (050100)», «Биотехнические системы и технологии (200100)», «Медицинская физика (011200)» и по спец. «Биоинженерия и биоинформатика (020501)». - Саратов:

Издательство «Саратовский источник», 2013. - 84 с.: ил.

4. Водолажский Д.И., Тимошкина Н.Н. // Молекулярно -генетические маркеры рака предстательной железы // Вестник Южного НЦ РАН. - 2009.-Т.5, № 1. -С. 36-52.

5. Джеймс П. Эллисон и Тасуку Хончо/ О раке /[Электронный ресурс] https://pol**sil.ru/blog/ 2018г.

+ еще 50 источников

Примечания

Оригинал в pdf