50Hz工频磁场暴露引起FL细胞线粒体膜通透性转换的生物学机制及效应

发布时间：2017-08-07 10:40

  本文关键词：50Hz工频磁场暴露引起FL细胞线粒体膜通透性转换的生物学机制及效应

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【摘要】：极低频电磁场(extremely low frequency electromagnetic fields,ELF-EMF)般指频率为0-300 Hz的交变电磁场,其中频率为50/60 Hz的磁场又称为工频磁场一(magnetic fields, MF),可由各种家用电器以及高压输变电线路产生,广泛存在于职业环境及日常生活环境中。自1979年,Leeper和Wertheimer首先报道MF暴露与儿童白血病发病率存在正相关,ELF-EMF对人体的潜在危害日益受到人们的关注。此后,又有诸多研究报道ELF-EMF暴露与肿瘤,神经系统疾病,不孕症等疾病具有相关性。然而,到目前为止,ELF-EMF产生这些生物学效应的机制尚不明确。线粒体作为细胞的“能量工厂”,不仅能够通过呼吸作用产生ROS,还能在维持离子浓度平衡中起着重要的作用。因此,线粒体极易成为外界刺激因素的一个作用位点。本课题组在前期的研究中发现,工频磁场暴露可以引1起线粒体膜通透性转换(mitochondrial permeability transition, MPT)并伴随细胞色素c (Cyt-c)的释放,但并不引起细胞发生凋亡。线粒体具有双层膜结构,正常生理情况下,线粒体内膜对离子高度不通透。然而在某些因素的作用下,可致线粒体膜通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore, mPTP)开启,从而允许分子量小于1500 Da的分子自由出入线粒体内外膜,引起线粒体基质肿胀及其结构改变,并最终产生一系列生物学效应。有研究表明,细胞内有多种信号分子可介导mPTP的开启,从而诱导发生MPT,如Bcl-2蛋白家族,GSK-3β蛋白,ROS等,而诱导产生ROS是工频磁场比较确定的效应。因此,本学位论文首先探索了ROS等信号分子在工频磁场暴露诱导细胞发生MPT过程中的可能作用,以期揭示工频磁场诱导细胞MPT的分子机制。研究发现,工频磁场暴露并不改变线粒体中Bcl-2,Bax蛋白的含量,但可以显著增高细胞内ROS水平并改变GSK-3β磷酸化水平程度；用ROS清除剂NAC及GSK-3β抑制剂分别预处理细胞均可以抑制工频磁场诱导产生的MPT；并且NAC预处理细胞能够显著抑制工频磁场暴露后GSK-3β磷酸化的改变。以上结果提示,工频磁场暴露引起细胞发生MPT由ROS/GSK-3p信号通路介导。另外,前期研究发现工频磁场暴露虽然诱导细胞发生了MPT及Cyt-c的释放,但并没有引起细胞凋亡的发生,因此,推测工频磁场暴露可能会改变细胞的状态,从而影响细胞对外界刺激因素的响应。为此,本学位论文随后探索了工频磁场暴露与凋亡诱导剂staurosporine(STS)可能的联合作用。结果发现,将细胞预暴露于工频磁场可以显著抑制低剂量STS诱导的细胞早期凋亡,并呈现出暴露时间窗效应和功率窗效应。MPT抑制剂Cyclosporine A(CsA)预处理细胞可以抑制工频磁场的抗凋亡作用,提示MPT在这一过程中起着重要的作用。同时,工频磁场暴露可促进线粒体ROS通过mPTP释放到胞浆中并激活Akt信号通路。而且,PI3K/Akt抑制剂能有效抑制MF的抗凋亡作用,提示Akt也参与了工频磁场的抗凋亡过程。以上结果表明,工频磁场暴露可诱导细胞线粒体内ROS经mPTP释放到胞浆并激活Akt信号通路,从而影响细胞对外界的刺激因素的响应。综上所述,本学位论文分别探讨了工频磁场暴露引起MPT的分子机制及其生物学效应。结果显示,细胞内ROS/GSK-3p信号通路介导工频磁场诱导的MPT发生过程；线粒体内ROS可通过mPTP释放到胞浆中并激活Akt信号通路,从而拮抗STS诱导的细胞早期凋亡。
【关键词】：电磁场 线粒体膜通透性 凋亡 ROS GSK-3β Akt
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R594.8
【目录】：

• 致谢3-5
• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 缩略词10-14
• 1 引言14-17
• 2 实验材料17-24
• 2.1 细胞培养17
• 2.2 主要试剂17-19
• 2.3 主要仪器设备19-20
• 2.4 主要耗材20
• 2.5 缓冲液与常用试剂配置20-23
• 2.6 工频磁场暴露系统23
• 2.7 分析软件23-24
• 3 实验方法24-39
• 3.1 第一部分 工频磁场诱导FL细胞线粒体膜通透性转换的分子机制24-31
• 3.2 第二部分 工频磁场诱导FL细胞线粒体膜通透性转换的生物学效应31-39
• 4 实验结果39-51
• 4.1 第一部分 工频磁场诱导FL细胞线粒体膜通透性转换的分子机制39-44
• 4.1.1 工频磁场暴露对FL细胞内Bcl-2,Bax含量的影响39-40
• 4.1.2 ROS介导工频磁场诱导的MPT40-41
• 4.1.3 GSK-3β介导工频磁场诱导的MPT41-42
• 4.1.4 ROS介导工频磁场诱导的GSK-3β磷酸化水平(Ser~9)改变42-44
• 4.2 第二部分 工频磁场诱导FL细胞线粒体膜通透性转换的生物学效应44-51
• 4.2.1 工频磁场暴露对细胞早期凋亡及活力的影响44-45
• 4.2.2 工频磁场暴露拮抗STS诱导的细胞早期凋亡45-46
• 4.2.3 线粒体ROS的释放介导工频磁场诱导的抗凋亡作用46-49
• 4.2.4 Akt介导工频磁场诱导的抗凋亡作用49-51
• 5 讨论51-56
• 6 结论56-57
• 参考文献57-63
• 综述63-73
• 参考文献68-73
• 作者简介及科研成果73-74

【参考文献】

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1 Thekkuttuparambil Ananthanarayanan Ajith;Thankamani Gopinathan Jayakumar;;Mitochondria-targeted agents: Future perspectives of mitochondrial pharmaceutics in cardiovascular diseases[J];World Journal of Cardiology;2014年10期

2 马宇洁;杨兴易;林兆奋;缪明永;张雷;宁波;;心肺复苏后大鼠脑线粒体通透性转换孔开放对线粒体呼吸功能的影响[J];中国危重病急救医学;2008年11期

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本文编号：634248