WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На  правах  рукописи

Королева  Светлана  Вячеславовна

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ КОНТИНУУМА РЕГУЛЯТОРНЫХ ПЕПТИДОВ И МЕДИАТОРОВ 

Специальность 03.03.01 - физиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

МОСКВА – 2010

Работа выполнена на кафедре физиологии человека и животных Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (заведующий кафедрой – профессор А.А. Каменский).

Научные консультанты:

академик РАН, доктор химических наук Н.Ф. Мясоедов,

профессор, доктор биологических наук А.А. Каменский.

Официальные оппоненты:

       доктор биологических наук  С.А. Титов

доктор биологических наук  Т.А. Гудашева

       доктор биологических наук  И.А. Гривенников

Ведущая организация – Российский Государственный Медицинский Университет

Защита диссертации состоится 31 мая 2010 г. в 1530 часов на заседании диссертационного ученого совета Д501.001.93 Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (119991, Москва, Ленинские горы, МГУ, Биологический факультет).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан 2010 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета,

доктор биологических наук                                         Б.А. Умарова

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

       

Актуальность проблемы. Проблема взаимодействия различных регуляторных систем, обеспечивающих гомеостаз при изменяющихся внешних условиях существования организма, до настоящего времени далеко не исчерпана. Бурный прогресс молекулярной биологии, физиологии и медицины позволил за короткий период накопить огромный объем информации, которая определила качественные изменения в оценке деятельности всего организма: на молекулярном, клеточном и органно-системном уровне. Так, было выявлено, что в системе контроля многих жизненно важных процессов организма важную роль играют регуляторные пептиды (РП). Они могут сосуществовать с классическими медиаторами, модулируя и усиливая их активность. С одной стороны, каждый из пептидов обладает уникальным сочетанием эффектов, а, с другой стороны, имеет перекрывающийся с остальными РП спектр биоактивностей. В совокупности все множество РП образует эффективный функциональный континуум, решающий множество задач управления. Способность подавляющего большинства из них индуцировать и ингибировать выход других РП формирует разветвленную, взаимосопряженную систему регуляции биологических функций. Некоторые РП, изученные как факторы внутреннего подкрепления (ФВП) и эмоционально-положительных состояний, являются стимуляторами дофамина и снижают уровень депрессии.

Наряду с РП существует не менее важная группа других биологически активных эндогенных соединений (ЭнС), – непептидных медиаторов, участвующих в управлении и контроле многих жизненно важных процессов организма. Одна из первостепенных ролей в медиаторных процессах принадлежит системе биогенных аминов – дофамину (DA), норадреналину (NE) и серотонину (5-HT), а также ацетилхолину (ACh). Эти эндогенные регуляторы являются хорошо изученными и наиболее характерными представителями основных медиаторных систем ЦНС. Выявлено, что между различными РП и медиаторными системами организма существуют сложные индукционные связи.

К настоящему времени накопился очень большой объем исследовательских работ по анализу воздействия РП и медиаторов на различные параметры организма, а также по их индукционным взаимодействиям. Трудность систематизации и анализа таких экспериментальных данных обусловлена тем, что число известных РП животных и человека превышает уже 9000. Кроме того, большой спектр биоактивностей и индукционных эффектов РП приводит к тому, что каждая функция контролируется, как правило, множеством РП. Вычленение таких пептидных констелляций позволяет, с одной стороны, провести анализ структурно-функциональных закономерностей континуума, а с другой стороны, дает теоретические обоснования для применения комплексов РП и их аналогов в качестве терапевтических агентов. Наряду с желательными физиологическими функциями у каждой комбинации РП обязательно присутствуют побочные эффекты. Необходимость коррекции этих воздействий усложняет задачу поиска оптимальных сочетаний РП. Учитывая все это, необходимо разработать теоретические подходы, позволяющие разумно ограничить выбор комплексов, рассчитанных на достижение того или иного эффекта. Такой анализ комбинаций из множества регуляторных пептидов не представляется возможным без применения компьютерных технологий.

Актуальность работ по фундаментальному исследованию особенностей сети перекрестных взаимодействий между пулом РП, ФВП и медиаторами диктуется их большой практической важностью при решении задач, связанных с поиском новых эффективных терапевтических подходов, открывает возможности для прикладных фармакологических исследований в области биотехнологии и медицины. Мишенями таких исследований являются регуляция эмоционального статуса организма, уровня тревожности и депрессии, процессов памяти, давления крови и др. Таким образом, задача контроля и коррекции функционального состояния организма представляется одним из важнейших направлений медико-биологических исследований.

Разработка автоматизированных систем обработки баз данных (экспертных систем, ЭС) необходима для принятия решений в различных сферах молекулярной физиологии, фармакологии и медицины, так как позволяет получать практически полезные, прогностические знания. Подобные задачи всегда актуальны в областях, где присутствуют большие информационные массивы неоднородных и взаимосвязанных данных.

       Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования стали разработка методологии  анализа сложной сети эндогенных регуляторов с использованием компьютерных технологий, систематизация экспериментальных данных и выявление основных структурно-функциональных особенностей системы РП, ФВП и медиаторов.

       Конкретными задачами диссертационного исследования являлись:

  1. Создание методологии обработки большого массива физиологических данных и учет разных уровней анализа регуляторов, разработка системы оценки и сравнения воздействий одиночных РП, биологически активных веществ (БАВ) и их констелляций на физиологические функции организма с учетом возможных индукционных процессов.
  2. Создание необходимого программного обеспечения базы данных (БД) и модулей анализа.
  3. Создание информационной БД на основании литературных данных по физиологическим и индукционным эффектам РП, ФВП и медиаторов.
  4. Выявление регуляторных закономерностей на основе БД: (а) анализ сети перекрестных влияний РП с выявлением эволюционно отобранных закономерностей регуляторных контуров;  (б) определение функциональной роли медиаторных систем и выявление закономерностей сопряженного регулирования медиаторами пула РП; (в) оценка потенциальных каскадных процессов РП и медиаторов, принимающих участие в управлении ряда физиологических параметров; (г) исследование структурно-функциональных особенностей действия констелляций РП и прогнозирование оптимальных сочетаний РП и медиаторов определенного функционального профиля.
  5. Создание методологии адаптационной коррекции функционального состояния организма.

       Научная новизна работы. На основании многочисленных литературных данных систематически и комплексно исследованы биологические активности основных представителей ряда семейств РП и определены их интегративные физиологические роли. Впервые разработана система векторного отображения эффектов РП в n-мерном пространстве физиологических функций, позволяющая выявлять особенности организации функционального континуума РП. Разработанное программное обеспечение БД и сопровождающих расчетных модулей позволило изучить структурно-функциональные особенности организации континуума РП и медиаторов как системы контроля физиологических функций организма. Проанализированы возможные каскадные процессы эндогенных регуляторов, позволяющие реализовывать долговременные эффекты. Выявлены группы РП со схожими функциональными свойствами. Построена информационная сеть перекрестных индукционных связей РП и медиаторов, обеспечивающая регуляторную и гомеостатическую функции организма. Впервые проанализирован сопряженный контроль 4 медиаторов и пула РП и выявлены особенности взаимодействия с различными группами РП. Впервые проведен системный анализ физиологических эффектов ФВП и тканеспецифических пептидов и предложены биомодели, лежащие в основе развития физиологических эффектов. Впервые создана теоретическая модель отбора оптимальных сочетаний РП, контролирующих параметры организма требуемым образом с минимальными побочными воздействиями и отобраны наиболее перспективные сочетания регуляторов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Создана методология системного анализа множества эндогенных регуляторов, позволяющая оценить статические особенности системы РП и медиаторов, а также динамические и индукционные каскадные процессы, формирующиеся при управлении физиологическими функциями.

2. Выявлены эволюционные особенности развития континуума РП. Построена сеть индукционных взаимодействий пула РП и медиаторов, обеспечивающая оптимальное управление физиологическими процессами. 

3. Проведен сравнительный анализ отличительных свойств и наличия единой стратегии  в развитии физиологических эффектов одиночных РП и целостных комплексов эндогенных регуляторов.

       Теоретическая и практическая значимость работы. Данная работа вносит вклад в исследование  структурно-функциональных особенностей регуляторного континуума. Разработанная аналитическая система, сочетающая биологические, математические и компьютерные аспекты, помогает выявлять закономерности эволюционного развития системы РП, оценивать физиологическую роль как одиночных ее представителей, так и целых констелляций РП. Кроме того, появляется возможность на основе запускаемых индукционных процессов прогнозировать динамику развития ответных реакций организма под воздействием различных РП. Выявленные оптимальные комбинации РП, регулирующие определенным образом физиологические функции организма, являются наиболее перспективными сочетаниями пептидов для последующих экспериментальных исследований при разработке эффективных терапевтических агентов.

Особая значимость придается вопросам объективного контроля функциональных состояний человека, разработки “природных” фармакологических и нефармакологических способов предотвращения и коррекции патологических состояний. Выявление “сценариев” развития каскадных реакций и типов регуляторных программ позволило построить модели и оценить фундаментальные закономерности изменения функционального статуса организма при различных патологических состояниях. Такой анализ направлен на обоснование последующих экспериментальных работ по исследованию физиологической активности РП и медиаторов, а также необходим для прикладных фармакологических исследований по поиску эффективных лекарственных препаратов. Появляется возможность уже на доэкспериментальном этапе ограничить круг рассматриваемых объектов и частично апробировать эффективность отдельных регуляторов в виде анализа возможных каскадных процессов и выявления эволюционных закономерностей развития РП-систем. Такой теоретический анализ позволит избежать  хаотичности в планировании экспериментов, снизить затратность научных исследований.

Созданный программный комплекс может также служить аппаратом оценки эффектов любых других, кроме РП, биологически активных соединений, оказывающих определенное воздействие на организм.

       Апробация работы. Основные положения работы были представлены на Российских и международных научных конференциях и симпозиумах, в том числе: 5th, 7th, 8th ECNP Regional Meetings of European Neuropsychopharmacology (Санкт-Петербург, 2000; Bucharest, Romania, 2002; Москва, 2005), 17th ECNP Congress (Stockholm, Sweden, 2004), заседания Московского Пептидного Клуба, First SIAM Conference on Computational Science and Engineering (Washington, USA, 2000), 13th International Symposium on Regulatory Peptides (Cairns, Australia, 2000), XVIII и ХХ Съезды физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 2001; Москва, 2007), I и II Российские симпозиумы по химии и биологии пептидов (Москва, 2003; Санкт-Петербург, 2005), конференция “Математика. Компьютер. Образование” (Пущино, 2005), конференция “Нейрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты” (Москва, 2005), Forum of European Neuroscience (FENS), (Vienna, Austria, 2006), 8 Международный Конгресс по адаптационной медицине (ISAM), (Москва, 2006), 7th Australian Peptide Conference (Australia, 2007), 25th European Society Comparative Physiology Biochemistry (ESCPB) Congress (Ravenna, Italy, 2008), конференция с международным участием: “Нейрохимические механизмы формирования адаптивных и патологических состояний мозга” (Санкт-Петербург, 2008).

Диссертация была апробирована на заседании кафедры физиологии человека и животных Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

По теме диссертации опубликовано 39 печатных работ, в том числе 21 статья в рецензируемых журналах.

Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых ученых, Российского фонда фундаментальных исследований.

       Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, списка сокращений, обзора литературы, описания материалов и методов, изложения результатов работы и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 355 страницах, содержит 58 рисунков и 18 таблиц. Список литературы включает 956 источников.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

При разработке программного обеспечения использовался язык программирования баз данных Visual FoxPro 7.0.

В работе для создания базы данных эффектов РП и медиаторов использовались литературные данные, опубликованные преимущественно за период 1970-2009 годов. Занесение экспериментальных данных любых перекрестных взаимодействий РП проводилось в соответствии со схемой, учитывающей следующие параметры: дозы и способ введения вещества,  вид организма, органно-тканевые системы, направленность эффекта, рецепторные механизмы. При занесении данных о влиянии РП в основном использовались те дозы РП, которые изменяли концентрации эндогенных РП в пределах физиологического диапазона. Для оценки эффектов РП и медиаторов использовался полуколичественный подход: усиливающий эффект оценивался как (+1), ингибирующее воздействие как (-1) и отсутствие эффекта (или отсутствие литературных данных на настоящий момент) как 0.

Для расчета регрессионных моделей зависимости развития эффектов РП от времени и доз вещества мы использовали метод наименьших квадратов  и метод ортогонализации Грама-Шмидта [Калиткин, 1978; Корн, 1978].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

  1. Разработка экспертной системы анализа физиологических

эффектов РП. Создание программного комплекса

Для оценки спектров биохимических и физиологических активностей РП и медиаторов был проведен анализ большого объема литературных данных – преимущественно 1970-2009 годов, в процессе которого был установлен ряд требований, которые должны быть предъявлены к созданию информационного обеспечения базы РП и их функций. Были развиты семантико-логические схемы и установлены стратегии молекулярного управления физиологическими функциями. С учетом объектов и аксиоматики предметной области была создана методология обработки большого массива физиологических данных с учетом разных уровней анализа регуляторов. Для этого была разработана система оценки и сравнения воздействий одиночных РП, БАВ и их констелляций на физиологические функции организма с учетом возможных индукционных процессов.

Был разработан метод векторного представления эффектов РП, состоящий из трех основных частей: 1) анализ функций РП на первом шаге индукции – статическое распределение множества РП; 2) оценка каскадных процессов пептидов – динамическое распределение множества РП; 3) отбор комплексов РП определенного функционального профиля.

1.1. Статическое распределение множества РП

Если ввести n-мерное пространство, где n – число, определяющее количество физиологических функций, а каждый базисный вектор отражает одну из биологических активностей, то получим отображение физиологического состояния организма, изменяющегося под действием того или иного фактора. Так как для измерения функций используются различные эталоны, то необходимо нормировать каждое направление координатной оси (положительное и отрицательное) следующим образом:

                       xi’ = (xi/Δmax xi)100%,                                (1)

где xi – абсолютная величина изменения i-ой функции,

Δmax xi – максимально возможный диапазон изменения i-ой функции.

       Эффект РП, как и любого другого БАВ, осуществляющего контроль физиологических процессов, можно представить как радиус-вектор. Координаты конца вектора описывают спектр эффектов данного вещества в принятом метрическом пространстве (рис.1а).

  Рисунок 1. а) векторная модель эффектов РП; б) распределение пула РП.

При оперировании не самим вектором, а положением точки, имеющей координаты конца этого вектора, получаем, что любой пептид представляет собой точку с координатами (x1; x2; x3; …; xn). Таким образом, существующее большое количество регуляторных пептидов в данном метрическом пространстве образует множество точек. Это множество не является равномерно распределенным. Образуются уплотнения и разряжения всей “массы” РП (рис.1б).

Вышеописанное представление множества пептидов в метрическом пространстве физиологических эффектов дает наглядную геометрическую интерпретацию, позволяющую анализировать распределение групп РП по их функциям. Важное  биологическое значение  имеют  следующие  образования:  1) области уменьшения плотности пептидов и, особенно, одиночно представленные точки (выделены квадратом на рис. 1б), выявляющие специфические ситуации, в которых нет плавного перехода от одних групп регулирующих соединений к другим; 2) области с повышенной плотностью точек или “пептидные скопления”– RPC (от англ. regulatory peptides constellation). Данные RPC-области являются множествами пептидов со сходными спектрами эффектов.

Различия воздействия РП по силе эффекта определяют степень размытости этих областей. Деление на RPC-области позволяет классифицировать множество пептидов на родственные группы по сходному спектру сопутствующих эффектов. Биологическая задача оценки близости эффектов различных пептидов сводится в свете представленного метода анализа к математической операции определения расстояния в n-мерном пространстве между точками. Такое представление значительно упрощает систематическое исследование множества регуляторов и их воздействий на организм, и, что особенно важно, дает возможность применения компьютерных приложений при анализе информации о большом числе пептидов при поиске разнообразных закономерностей.

1.2. Динамическое распределение множества РП

Следует отметить дополнительные теоретические разработки представленного метода, которые в перспективе могли бы позволить на большой БД выявить ряд скрытых закономерностей в существующей системе регуляции РП функций организма. Выше была представлена статическая модель пептидного множества без учета динамики спектра вызываемых функций. Координаты точек характеризовали условно принятые первичные физиологические эффекты, наблюдаемые при введении определенного пептида в организм. Но, как было уже многократно показано, подавляющая часть пептидов регулируют выходы других РП и БАВ. Они оказывают дополнительное влияние и, более того, могут приводить к дальнейшим индукционным воздействиям на выход других пептидов. При рассмотрении биоактивностей РП в сочетании с вызванными физиологическими эффектами на втором, третьем, …, n-ом шагах индукции происходит изменение координат в выбранном метрическом пространстве. Таким образом, с течением времени каждая точка (РП) будет двигаться по траектории, определяемой спектром физиологических функций на каждом шаге индукции. Возможностями, появляющимися при данном анализе, являются изучения общей направленности каскадных реакций конкретных РП. Динамические распределения отдельно взятых пептидов, суммируясь, дают траекторию движения RPC-областей, векторы которой отражают эволюционно-закрепленные механизмы ответных реакций организма с течением времени.

1.3.Статическое распределение множества РП в пространстве пептидов

Одной из модификаций нашего векторного анализа является оценка распределения множества РП в осях количественного изменения уровня самих пептидов. Так, появляется наглядная возможность оценить особенности межпептидных связей. Для этого, как и в случае с осями физиологических функций, нормируем каждое направление координатных осей аналогичным образом - отношение абсолютной величины изменения уровня РП к максимально возможному диапазону изменения. В этом случае значение xi’ соответствует относительному изменению концентрации РП, взятому в качестве базисного вектора. Представив множество РП в описанном n-мерном пространстве мы получаем отображение пептидного статуса организма, изменяющегося под действием того или иного фактора.

1.4.Разработка теоретической модели комплексного действия РП

и отбора требуемого сочетания пептидов

Следующим этапом работы была разработка в рамках представленного метода теоретической модели комплексного действия групп РП, позволяющей разумно ограничить “доэкспериментальный” выбор комбинаций, рассчитанных на достижение того или иного эффекта. Анализ всего спектра пептидов, необходимость функциональной классификации его, оценка роли каждого РП в формирующихся регуляторных континуумах  – это рутинный и требующий большого количества ресурсов процесс. Кроме того, значительно осложняют анализ механизмов действия сложной системы регуляторов перекрестные индукционные воздействия пептидов. В таких условиях очевидно, что обработка существующей массы информации требует привлечения дополнительных математических методов с возможностью применения компьютерного анализа.

Отображение воздействия пептида на организм в виде вектора позволило провести соответствие между геометрической суммой векторов Bсум и комплексным влиянием группы РП (с учетом аддитивности базисных позиций физиологических функций на первом этапе обобщения). Оценкой близости вектора Bсум каждой комбинации РП и необходимого изменения функций организма, представляемого в виде вектора  Bстанд, может служить  скалярное произведение (R)  данных нормированных  векторов  (рис.2).  Чем больше R, тем эффективнее рассматриваемый комплекс пептидов. Таким образом, получен строгий математический критерий для автоматического отбора требуемых комплексов РП с минимизированными побочными эффектами.

Рисунок 2. Векторы воздействия Bсум и Bстанд

1.5.Разработка программного обеспечения ЭС.

Описание программного комплекса RegPep/BAC

С учетом данных требований было разработано программное обеспечение экспертной системы  на языке программирования Visual FoxPro 7.0. Программный комплекс состоит из БД и программных модулей анализа: 1) модуль функциональной классификации РП, 2) модули оценки каскадных реакций, 3) модуль отбора оптимальных сочетаний РП.

БД состоит из четырех основных справочников, содержащих следующие формализованные объекты: РП и медиаторы, БАВ, физиологические эффекты, а также другие факторы влияния (возможные внешние воздействия на организм). Каждый справочник разделен на соответствующие группы, включающие схожие по свойствам элементы. При создании файлов-справочников по РП были введены дополнительные реквизиты: аминокислотные структуры РП, организмы-источники РП и литературные ссылки.

Таким образом, БД содержит четыре вида объектов, между которыми учитываются перекрестные взаимодействия. На рисунке 3 представлены возможные информационные связи базы влияний. Для хранения экспериментальных данных  о взаимодействиях и литературных ссылок созданы массивы влияний, в которых учитываются вид организма, а также способы введения РП и БАВ. Дополнительно в программном обеспечении БД был создан модуль, позволяющий на основе экспериментальных данных о динамике эффектов РП и БАВ рассчитывать регрессионные коэффициенты  зависимости  эффекта от времени и величины влияющего объекта.

  Рисунок 3. Информационные связи

  базы влияний.

Был разработан программный модуль функциональной классификации РП. Для исследования индуцирующих и ингибирующих воздействий РП на другие пептиды, медиаторы и БАВ, а также для анализа сложных нейроэндокринных сетей регуляции функций организма были разработаны программные модули оценки каскадных процессов на качественном и количественном уровне.

Разработанный математический аппарат оценки перспективности комплексов РП был положен в основу создания программного модуля отбора эффективных комбинаций РП. Этот модуль позволяет на БД большого объема осуществлять поиск оптимальных пептидных констелляций с точки зрения возможного клинического применения и отбрасывать те, которые не заслуживают первоочередного последующего экспериментального изучения.

2. Систематизация и анализ литературных данных

2.1.Создание БД по физиологическим эффектам РП, ФВП и медиаторов

В базу данных из различных литературных источников 1970-2009 гг. была занесена информация по эффектам  26 РП, относящихся к основным семействам РП и связанных с проблематикой диссертационной работы: нейропептид Y (NPY), дельта-сон индуцирующий пептид (DSIP), кортиколиберин (CRF), вазоинтестинальный пептид (VIP), адренокортикотропный гормон (ACTH), вазопрессин (VP),  окситоцин (OT), бета-эндорфин (beta-End), лей-энкефалин  (leu-Enk), натрийуретический пептид предсердия (ANP), вещество P (SP), галанин (Gal), альфа-меланоцит стимулирующий гормон (alpha-MSH), пептид-ингибитор связывания диазепама (DBI), динорфин (Dyn), холецистокинин-8 (CCK-8), холецистокинин-4 (CCK-4), пролактин (PL), соматостатин (SS), тиролиберин (TRH), гонадолиберин (GnRH), меланостатин (MIF-1), нейропептид K (NPK), ангиотензин-II (ATII), кальцитонин-ген-родственный пептид (CGRP), нейротензин (NT). Каждый из перечисленных РП является наиболее известным и изученным представителем того или иного класса, отражающим основной спектр биологических активностей семейств. Кроме того, в БД была сведена информация по физиологическим эффектам и индукционным воздействиям 4 непептидных медиаторов – дофамина, серотонина, норадреналина, ацетилхолина.

2.2.Определение интегративной роли различных РП, ФВП

Исследование функционального континуума РП с помощью ЭС включило несколько уровней анализа: 1) расширение области исследования, охват множества семейств РП с  ограничением  зоны оценки  рецепторных, тканевых и других основ;  2) усиление детализации процессов с одновременным уменьшением области исследования. Особенности  как системных параметров, так и детальных фактов важны, т.к. позволяют всесторонне охватывать всю совокупность регуляторных процессов.

2.2.1.Системный уровень анализа роли РП

Методом функциональной классификации на основе информации БД была проведена оценка роли каждого из 26 РП в регуляции состояния тревожности, депрессии, памяти, пищевого поведения, уровня сна/бодрствования, судорожной активности, давления крови и др. В качестве демонстрации статического распределения РП на рисунке 4 представлено множество точек, отображающих реальное распределение 26 представителей избранных семейств РП в пространстве функций тревожности, памяти и депрессии. В работе был проведен анализ формирующихся RPC-областей, а также исследованы особенности объемного распределения точек в выбранных трехмерных  пространствах.  Необходимо  отметить,  что  в  нашем  случае  RPC-области ограничены из-за относительно небольшого количества отобранных пептидов, однако они дают представление об устойчивых сочетаниях физиологических функций (координаты RPC-области) и о спектре семейств участвующих в формировании обозначенных скоплений точек.

Рисунок 4. РП в метрическом пространстве тревожности, памяти и депрессии.
1-NPY, 2-DSIP, 3-CRF, 4-VIP, 5-ACTH, 6-VP, 7-OT, 8-beta-End, 9-leu-Enk,
10-ANP, 11-SP, 12-Gal, 13-alpha-MSH, 14-DBI, 15-Dyn, 16-CCK-8, 17-CCK-4,
18-PL, 19-SS, 20-TRH, 21-GnRH, 22-MIF-1, 23-NPK, 24-AT II, 25-CGRP, 26-NT.

2.2.2.Ограниченный системный анализ.

Функциональный континуум РП, усиливающих тревожность

Методология системного анализа континуума РП может включать более прицельное исследование ограниченного комплекса РП, объединенных некоторой общей физиологической функцией. Нами был исследован функциональный континуум РП, усиливающих тревожность (анксиогенные РП). Эмоции тревожности и страха выполняют, как известно, ряд позитивных функций, вызывая настороженность и подготавливая реакции человека и животных на ожидаемые воздействия разнообразных факторов. Вместе с тем, превышение оптимального уровня этих эмоций может быть источником патологических процессов. РП являются важными участниками развития тревожности и страха, и воздействие на РП может быть полезным как для усиления, так и для снижения этих эмоций в различных ситуациях и состояниях организма. Необходимо исследование комплекса основных РП-анксиогенов и дополнительных физиологических эффектов, которые могут сопровождать действие каждого из них и их сочетаний на тревожность и страх. Такой анализ облегчает создание лекарственных аналогов РП, антагонистов и агонистов, непептидных имитаторов РП (пептоидов) и, наконец, развитие метода инверсной иммунорегуляции, направленного на прицельное длительное ингибирование определенных эндогенных РП.

На основании БД были выделены ключевые звенья функционального континуума пептидов, участвующих в формировании тревожно-фобических состояний. Так, основными анксиогенными пептидами являются: CRF, DBI, CCK-4, CCK-8, alpha-MSH и VP. В отношении VP и CCK-8 существуют данные и о некоторой анксиолитической (снижание тревожности) активности. Для оценки особенностей организации функционального континуума РП, усиливающих тревожность, были сопоставлены спектры их биоактивностей и выявлены преимущественные комплексы сопутствующих физиологических эффектов. Кроме того, были обозначены такие сочетания эффектов, которые не затрагиваются выбранной системой регуляторов-анксиогенов.

2.2.3.Детальный уровень анализа роли РП. Прямые эффекты NPY

Для более четкого обозначения функциональной роли выраженного анксиолитика NPY в контроле процессов организма был проведен детальный анализ спектра биологической активности данного РП в свете рецепторных механизмов воздействия. Спектр свойств NPY является весьма обширным и затрагивает регуляцию целого ряда важных процессов организма. Это породило немало идей о применимости NPY, его фрагментов, аналогов, агонистов и антагонистов в качестве терапевтических средств. Исследования влияния NPY на  функции  нервной  системы  показали  его выраженный анксиолитический и противосудорожный эффекты, а также, но в значительно меньшей степени, антидепрессантное воздействие. При состояниях, сопровождающихся увеличением тревожности, перспективны достаточно стабильные аналоги с высоким сродством к Y-1 рецепторам, при повышенной судорожной готовности – с воздействием на рецепторы Y2. Заслуживает внимания также использование NPY и его аналогов в числе препаратов, усиливающих процессы формирования памяти. В последнем случае важна именно цельная структура NPY, так как происходит подключение каскада индуцированных РП, способных обеспечить долговременный эффект. Ограничением для применения NPY и его аналогов в качестве анксиолитического средства является наличие гипертонии, что часто сопутствует стрессорным состояниям. Это важно учитывать, так как именно Y-1 тип рецепторов опосредует значительную вазоконстрикцию. Естественно, к противопоказаниям могут быть отнесены и нарушения мозгового кровообращения, а также ишемическая болезнь сердца, нарушения сердечного ритма, миокардиты и дистрофии миокарда. Вероятным противопоказанием является также булимия и ожирение.

       Помимо приведенных выше биологических активностей NPY обладает еще целым рядом воздействий на другие системы организма. Он является неотъемлемым элементом баланса эндогенных регуляторов, обеспечивающего необходимые уровни липогенных факторов и метаболической активности. Модулирующее влияние NPY проявляется в воспалительных процессах и в формировании болевой чувствительности, а также в регуляции полового поведения и в функционировании репродуктивной системы. Важно отметить значимость NPY для циркадианных процессов в организме, когда осуществляется непрямой контроль активности целого ряда биологических систем.

Проведенный обзор эффектов NPY дал сложную картину многообразия воздействий NPY на организм. Обобщая представленные данные о воздействии NPY на организм можно сделать вывод о том, что NPY и его аналоги могут быть в принципе применены в качестве анксиолитических препаратов с большим “набором” дополнительных позитивных функций. Однако такое “моноприменение” может сопровождаться негативными побочными эффектами. Избежать подобных ситуаций можно посредством совместного введения NPY с другими РП, которые корректировали бы действие NPY необходимым образом.

2.3.Информационная база по взаимодействиям медиаторов и РП

Для оценки взаимодействий “классических” медиаторов  с пулом РП и определения их роли в сопряженном контроле физиологических функций организма был проведен анализ их индуцирующих и ингибирующих воздействий на континуум пептидов. DA, NE, 5-HT и ACh охватывают различные грани организации медиаторной системы – структурную, функциональную и пространственно-временную. Такое эквивалентное отображение позволяет оценить основные закономерности регулирования индукционных процессов медиаторами.

Здесь стоит отметить, что существующие функционально-топологическое и структурное разграничения между медиаторами и нейропептидами порой бывают “размыты”.  Так, для нервной системы беспозвоночных весьма характерно численное преобладание нейронов, содержащих нейропептиды над нейронами, содержащими какой-либо классический медиатор [Иерусалимский, 2009]. Для большинства данных нейропептидов не доказано, что они являются медиаторами, т.е. непосредственно выделяются в синапсе. Однако внесинаптическое выделение нейроактивных веществ типично для беспозвоночных. Более того, внесинаптическое выделение вещества из конкретного нейрона может сочетаться с его синаптическим выделением.

При подробном анализе структурных аспектов медиаторов и РП также выявляются общие черты [Замятнин, Воронина, 1998]. DA, NE, 5-HT, а также адреналин и гистамин  из-за отсутствия в них пептидных связей не являются веществами пептидной природы. Однако они представляют собой химические аналоги аминокислотных остатков  Tyr, Trp и His и могут эффективно связываться с определенными рецепторными структурами. Молекулы всех этих веществ обладают положительно заряженным радикалом. Более того, существует много примеров тому, что эти молекулы, известные больше как нейромедиаторы, в эндокринной системе осуществляют функции рилизинг-факторов тропных гормонов. Медиатор ACh также  содержит положительно заряженную группу. Таким образом, функциональные свойства низкомолекулярных нейромедиаторов реализуются в первую очередь за счет участия положительно заряженных радикалов в механизмах  связывания с соответствующими рецепторными структурами на основании тех же физико-химических закономерностей, что и у олигопептидных структур. Таким образом, DA, NE, 5-HT могут быть рассмотрены как “монопептиды”, для которых число аминокислотных остатков равно 1. Рассматривая их в ряду континуума РП можно проследить всю сеть сложных индукционных взаимодействий от “монопептидных вершин” до достаточно протяженных аминокислотных структур. Таким образом, представляется наглядная возможность отследить, как по мере удлинения пептидной цепи меняется регуляторная роль соединений, как смещается спектр их индукционных связей.

2.3.1.Дофамин, ФВП и эмоциональный статус организма

На основании многочисленных литературных данных об эффектах плацебо и о связи положительных эмоций (ПЭ) с уровнем таких нейромедиаторов, как DA и ряда эндогенных РП-ФВП были проанализированы нейрохимические механизмы, связывающие положительные эмоции  и патологию. Недостаточность центральных DA-систем играет важную роль в патогенезе депрессивного синдрома. С другой стороны, активность тех же систем обуславливает формирование гедонических реакций. Было убедительно показано, что значимая часть большинства точек мозга, через которые реализуется самораздражение, состоит из DA-ергических нейронов [Шабанов, 2002]. Таким образом, DA-система играет ключевую роль в формировании эмоционального статуса организма, определяя уровень ПЭ. Многие пептидные регуляторы, основательно изученные как индукторы подкрепления и вознаграждения - опиоиды, NT, SP, NPY, alpha-MSH, анандамид и другие эндогенные лиганды каннабиноидных рецепторов, являются стимуляторами выхода DA и повышения его уровня. Вместе с тем нельзя пока исключить и какие-либо независимые от DA связи с ПЭ нейротензина, NPY, опиоидов и эндогенных лигандов каннабиноидных рецепторов.

2.3.2.Сеть индукционных взаимодействий между медиаторами и пулом РП

На основании информационной базы были построены схемы перекрестных влияний DA, NE, 5-HT, ACh и пула РП. Данные схемы позволили визуализировать возможные информационные потоки между эндогенными регуляторами и обозначили структурно-функциональные характеристики медиаторно-пептидного континуума. Пример информационных сетей индукционных связей  DA, 5-HT и 26 РП представлен на рисунках 5, 6 (сплошными стрелками обозначен индуцирующий эффект, пунктирными – ингибирующий эффект).

Были введены характеристики медиаторов как системоорганизующих факторов. Исследования перекрестных индукционных эффектов 4 медиаторов с различными представителями семейств РП выявили, что между DA, NE, ACh и отдельными РП преимущественно наблюдаются взаимодействия одной направленности (позитивной или негативной). Так, DA влияет однонаправлено на 60% от пула пептидов, на который он воздействует, NE - на 81% , а ACh - на 71%. Кроме того, ACh оказывает преимущественно однонаправленные стимулирующие эффекты на РП: стимулирует 67% пептидов из тех, на которые оказывает воздействия. Вместе 3 медиатора DA, NE, ACh образуют остов директивных управляющих программ на разных уровнях систем организма.

В противовес им 5-HT образует единый, множественно-распределенный (ЦНС, периферия, ЖКТ, тромбоциты и др.) остов модулирующей активности на пул РП. Анализ литературных данных дает представление о сложной связи 5-HT с РП. Между 5-HT и каждым РП отмечаются взаимодействия различной направлен-ности. Так, 5-HT оказывает двунаправлен-ные эффекты на 75% РП от пула пептидов, на который он воздействует. “Насыщенная” связь 5-HT с РП отражает тонкую регуляцию серотонином  множества РП. 5-HT завязан на мелатонин, который является базисом циркадных ритмов и выступает генератором частоты и синхронизации различных процессов в организме. Кроме того, мелатонин известен своими многочисленными индукционными взаимодействиями с нейромедиаторами, РП, гормонами и т.д.

Были проанализированы системы обратных положительных и отрицательных связей между медиаторами, ФВП и РП. Образование обратных связей между регуляторами позволяет усилить или уменьшить их эффекты, а также изменить их временной характер – пролонгировать или ограничить во времени эффекты.

2.4.Сопряженное взаимодействие DA, NE, 5-HT, ACh и системы РП

На следующем этапе работы был проведен анализ особенностей сопряжен-ного  функционирования  DA-, 5-HT-, NE- и ACh-систем с пулом РП. Была предпринята попытка сопоставить все данные по индуцирующим и ингибирую-щим перекрестным влияниям обозначен-ных четырех медиаторных систем и РП, а также  показать принципиально возмож-ные схемы каскадных путей регулирова-ния уровня DA, NE, 5-HT, ACh и РП. Такой анализ, несмотря на несколько условный характер (необходима дальнейшая детальная оценка особенностей тканевого расположения, концентрации веществ и т.д.), позволил наглядно представить схему взаимоотношений 4 медиаторов и групп РП и визуализировать особенности организации информационных потоков в системе контроля обозначенных эндоген-ных регуляторов.

2.4.1.Особенности взаимодействия DA- и 5-HT-систем

Были определены особенности системы сопряженного функционирования двух медиаторов DA и 5-HT на нескольких различных уровнях: 1) формирование систем обратных положительных и отрицательных связей между DA и 5-HT через ФВП и РП; 2) сопряжение разнонаправленных воздействий со стороны функционального континуума РП на DA и 5-HT; 3) основное направление эффектов обозначенных систем на физиологические параметры организма; 4) онтогенез медиатор-специфических систем нейронов; 5) оппонентные взаимодействия между 5-HT и DA как функциональных систем; 6) определение природы результирующих векторов взаимодействия DA и 5-HT с пулом РП, формирующей общую направленность каскадных процессов и, в конечном счете, управление физиологическими параметрами организма.

1. Анализ индукционных схем обозначил существование в организме  сложных систем обратных положительных и отрицательных связей между DA, 5-HT, ФВП и РП. Были выделены обратные положительные связи между DA и 5-HT через такие ФВП, как NT и SP. Отрицательная обратная связь может осуществляться через Gal, выраженный индуктор депрессионных состояний, и CRF – пептид гормональной оси стресса.

2. С помощью векторного метода отображения эффектов РП было проанализировано распределение 26 РП в пространстве функций контроля уровня 5-HT и DA.  Был выявлен ряд фокусов усиленного дублирования (ФД) определенных сочетаний индукционных эффектов РП. Наиболее выраженным ФД сходящихся влияний является одновременное подавление 5-HT-системы и усиление DA-системы. Существует не менее 13 разных путей реализации данного сочетания эффектов: SP, NT, Gal, NPY, CCK-4, CCK-8, alpha-MSH, CRF, beta-End, leu-Enk, OT, SS, TRH. Было выдвинуто предположение, что такое эволюционно-отобранное сочетание индукционных эффектов имеет важное значение для определения эмоционального статуса организма.

3. 5-HT-, DA- (а также NE-) системы являются ключевыми для поощрения и подкрепления, вследствие чего они приобретают оценочную функцию и принимают участие практически во всех видах поведения. Показано, что эмоционально-положительные состояния формируются усилением  активности DA (NE, опиоидной)-систем и уменьшением активности 5-HT-системы мозга [Базян, 2000]. И наоборот, эмоционально-отрицательные состояния формируются усилением активности 5-HT-системы и уменьшением активности DA (NE, опиоидной)-систем мозга. Таким образом, баланс DA- и 5-HT-систем обеспечивает оптимальный эмоциональный/физиологический статус организма.

Был проведен анализ сопряженного воздействия 5-HT и DA на гипоталамо-гипофизарно-адреналовую (ГГА) и иммунную системы, имеющие прямые или косвенные связи с ПЭ. Были выявлены оппонентные взаимоотношения двух систем: 5-HT способен запускать ГГА-ось, которая опосредует стрессорные реакции, и вызывать иммуносупрессию,  в то время как DA ограничивает ГГА-ось и оказывает иммуностимулирующее воздействие.

4. Модулирующая роль 5-HT по сравнению с профилем DA хорошо прослеживается в экспериментах по исследованию онтогенеза медиатор-специфических систем нейронов беспозвоночных. Дофаминовая система как у ювенильных, так и у взрослых особей улитки не меняется по количеству нейронов, обеспечивая одинаковое для разного возраста развертывание определенных форм поведения животного [Иерусалимский, 2009]. В то же время ювенильные животные (для них характерен пониженный уровень 5-HT) в меньшей степени проявляют реакции на потенциально опасный стимул и отличаются большей директивностью поведения. С увеличением числа 5-HT-нейронов (с возрастом) организм получает новые возможности модификации оборонительного поведения, более тонкой настройки ответной реакции на внешние воздействия (усиливается модулирующий характер).

5. Было показано, что эти две медиаторные системы кодируют информацию об отрицательном и положительном подкреплении, формируя фазические и тонические компоненты сигнала, и обеспечивают формирование позитивных и негативных эмоций [Daw, 2002].

6. На последнем уровне анализа были введены интегральные характеристики сопряженности функционирования DA- и 5-HT-систем. Высказано предположение о DA как о директивном (направляющем) агенте, а о 5-HT-системе как о модулирующей системе. Было предположено, что между 5-HT- и DA-системами существуют оппонентно-реципрокные взаимоотношения, обеспечивающие оптимальный эмоциональный/физиологический статус организма. При этом под оппонентной компонентой  мы  понимаем  противоположные  по сути  явления: а) фазические и тонические компоненты сигнала, б) директивное и модулирующее индукционные воздействия. А под реципрокной компонентой – взаимозависимые динамические процессы: а) двухкомпонентный вклад систем в каждый сигнал, б) двустороннее воздействие на пул ФВП и РП.

2.4.2. Сочетанное функционирование четырех медиаторов.

Типы регуляторных программ между медиаторами и континуумом РП

При анализе сложной многоуровневой сети РП-медиаторных индукционных связей были определены модели регуляторных программ, которые, с одной стороны, позволили понять основные принципы функционирования множества эндогенных регуляторов, а с другой стороны, обозначили каналы прицельного терапевтического управления биопроцессами.

Все модели регуляторных программ были рассмотрены на системном (организм), на информационном и на профильном (конкретная форма регулирующих воздействий) уровнях.

В первом случае анализ проводился на системном уровне, когда группа ЭнС определялась шириной охвата спектра основных поведенческих реакций и физиологических процессов. Под “кругом-ОР” было представлено образное отображение перебора всех комбинаций ответных реакций на внешние и внутренние сигналы и комбинаций индукционных связей. Медиаторы имеют выходы практически на все РП, образуя “монопептидную” управленческую верхушку круга-ОР. Также в этот круг входит ACh, не являющийся “монопептидом”, но содержащий подобно им положительно заряженные боковые радикальные группы.  Регуляторные программы РП скорее стоит отнести к секторальному  принципу контроля биопроцессов со значительным сужением глобальных (общесистемных) реакций и увеличением специализированных программ. Однако некоторые РП, такие как опиоиды, а также ряд гормонов тоже образуют управленческие структуры круга-ОР, только более внутренней (метаболические процессы) направленности. Таким образом, можно выделить два типа системных программ – круговое  управление (КУ)  и секторальное  управление (СУ) биопроцессами организма.

Во втором случае, при анализе моделей регуляторных программ на информационном уровне определяющее значение приобретает смена типа управления, “кадровое движение”. В этом случае каждая позиция ЭнС в континууме всех регуляторов определяется определенным набором “прав” и “обязанностей”. Был выделен ряд моделей, которые позволили визуализировать основные тенденции формирования каскадных процессов.

В третьем случае, при анализе моделей регуляторных программ на профильном уровне определяющее значение приобретает сама форма управления физиологическими параметрами и РП как передаточной функции на разных шагах индукции. Однако в рамках этого исследования были разобраны в основном одношаговые программы между медиаторами и РП. Были выделены следующие модели:

  1. “Узел проскальзывания (сужение зоны влияния)”. Регуляторная программа переключения множественных индукционных входов на одиночные индукционные выходы. Пример – NE и 5-HT. Первый является “узлом проскальзывания (сужение зоны влияния)” у опиоидов, а второй – у остальных ФВП.
  2. “Узел проскальзывания (расширение зоны влияния)”. Регуляторная программа переключения одиночных индукционных входов на множественные индукционные выходы. Пример - leu-Enk, который является “узлом проскальзывания (расширение зоны влияния)” для реализации любой конфигурации эффектов на медиаторы при определенных внешних условиях.
  3. “Первично инициирующий источник”. Реализация “фонтанирующей” регуляторной программы нарастания от нулевых индукционных входов до максимально возможного спектра выходных модулирующих воздействий. Пример - CCK-8, пептид “паники, фобических состояний”. Данный РП, при отсутствии медиаторного контроля “фобических” РП, со своей стороны модулирует уровни всех 4 медиаторов. Можно предположить, что необходим резервный “пустой” (и в тоже время потенциально “полный”) канал для ситуаций абсолютной новизны-паники, когда должен отсутствовать (или задерживаться) отработанный механизм поведенческой целостной реакции данных медиаторов.
  4. “Равномерная передача”. Регуляторная программа, которая осуществляет равноценный переход от одного веера индукционных связей к другому. Большинство представленных в базе данных РП относятся к этому типу.
  5. “Зона молчания”. Регуляторная программа РП, который сам не оказывает воздействия ни на один из  обозначенных медиаторов, и они, в свою очередь, “игнорируют” его. Пример -  NPK.
  6. “Предпочтение (игнорирование) определенных РП и медиаторов”. Регуляторная программа реализации выборочной фокусировки индукционных связей на и от конкретных ЭнС. Пример - значительные модулирующие активности 5-HT и ACh при воздействии на группу вазоактивных РП и практически минимальное участие в этом процессе DA и NE.
  7. “Предпочтение (игнорирование) определенного типа воздействия”. Регуляторная программа предпочтения стимулирующего или ингибирующего индукционного входа (выхода). Пример – PL, который собирает на себе больше ингибирующих воздействий медиаторов. Или TRH, формирующий, в основном, стимулирующие влияния на медиаторы.

Таким образом, анализ всех регуляторных программ медиаторов и РП позволил нам сформировать представление об информационной сети индукционных связей  ЭнС с  круговым  и  секторальным  движением информации.  Визуализация 3-мерной схемы данной сети напоминает телевизионную Шуховскую башню Шаболовки (рис.7). Круговые ребра жесткости подобной биоконструкции формируют медиаторы, являющие собой “монопептидные” управленческие элементы, опиоиды, гормоны. Их задача, в первую очередь, состоит в инициации интеграционных для всего организма процессов, но на разных физиологических уровнях. Кроме того, за ними сохраняются и специализированные наборы программ. Секторальные ребра жесткости формируются представителями различных семейств РП. Они создают реальную опору организма, его “трудовые резервы”. Такое ажурное устройство молекулярной башни сочетает: 1) прочность (минимальная нагрузка под потоком внешних и внутренних сигналов), 2) легкость (минимальные материало- и энергозатраты организма), 3) определенную долю подвижности и самокомпенсации (частичная взаимозаменяемость РП).

Опиоиды занимают промежуточное положение между медиаторами, с которыми их объединяет формирование систем КУ (базисная основа внутренних биопроцессов), а также множество РП-индукционных связей, и  РП, с которыми они связаны олигопептидной моделью структуры. Опиоиды  формируют  блок ФВП, 

Рисунок 7. Информационная сеть эндогенных соединений

определяя эмоциональный статус и целостное состояние организма. Они же участвуют в построении динамического (химической асимметрии) профиля мозга. Кроме того, изучение функций ряда фрагментов пищевых белков, полученных в результате естественного или искусственного протеолиза, показало, что данные фрагменты могут выступать в роли “опиоидных” олигопептидных регуляторов [Замятнин, 2009]. Т.е. существует и экзогенный пул опиоидных структур с их характерной биологической активностью. Таким образом, исследования системы опиоидов и их индукционных связей позволяют визуализировать сочетанность у одного ЭнС регуляторных контуров КУ и СУ и оценить эволюционные механизмы формирования систем управления.

Известно, что эволюционные преобразования любой системы могут идти или по пути к определенным и относительно постоянным условиям их функционирования, или по пути приспособления к более изменчивым условиям. Основные принципы общей конструкции системы РП, медиаторов и БАВ с возможностью КУ и СУ предоставляют возможность для любых эволюционно-адаптационных преобразований.

3.Каскадные процессы, запускаемые РП и медиаторами.

Долговременные эффекты

3.1.Статическое распределение множества РП в пространстве пептидов

Одной из модификаций нашего векторного анализа является оценка распределения множества РП в осях количественного изменения уровня самих пептидов. Так мы получаем отображение пептидного статуса организма, изменяющегося под действием того или иного фактора. Был проведен анализ индукционных эффектов 26 РП на ACTH, VP и OT.

Анализ векторного отображение континуума РП в пространстве пептидов позволил разделить множество регуляторов на группы со сходными профилями индукционных воздействий на РП. Выделение участков координатной сетки с незначительной плотностью пептидов выявило ситуации со слабо- или нереализованной в процессе эволюции формами межпептидного контроля. Данный метод позволил визуализировать  преимущественные направления каскадных процессов.

3.2.Исследование каскадных процессов

При исследовании индукционных эффектов ЭнС на конкретные системы организма были проанализированы принципиальные схемы возможных каскадных процессов анксиолитика-ФВП NPY, отличающегося обильными индукционными связями с другими РП, и трех медиаторов DA, NE, ACh. Для 5-HT не удалось выявить логических однонаправленных каскадных схем в силу множественности модулирующих воздействий данного молекулярного агента.

3.2.1.Формирование каскадных путей регуляции NPY различных

физиологических параметров организма

Для более четкого обозначения функциональной роли NPY в контроле процессов организма был проведен детальный анализ спектра биологической активности данного пептида в свете индукционных влияний на другие РП. Способность NPY индуцировать и подавлять синтез и выделение большого ряда пептидов была рассмотрена в плане многоуровневой регуляции основных систем организма: нервной, сердечно-сосудистой и других. Запускаемые NPY каскадные процессы оценивались на качественном уровне с помощью соответствующего программного модуля. Пример таких индукционных воздействий, оказывающих влияние на функционирование нервной системы и поведенческие реакции организма, представлен на рисунке 8.

Рисунок 8. Возможное влияние каскадных механизмов NPY

Проведенный обзор эффектов NPY дал сложную картину многообразия воздействий NPY на организм. Суперпозиция векторов индукции NPY позволила наметить причины необычных межфункциональных отношений, когда значительную роль играют каскадные механизмы модуляции NPY выходов других РП, имеющих отличающиеся спектры биологической активности.

3.2.2.Формирование каскадных путей регуляции медиаторами

различных физиологических параметров организма

Был проведен анализ данных о влиянии DA, NE, ACh, ФВП и других РП на ряд физиологических параметров и патологических состояний: давление крови, уровень тревожности, уровень депрессии,  память и обучение, пищевое поведение, паркинсонизм, некоторые элементы канцерогенеза и др. Сопоставление индукционных воздействий медиаторов и эффектов РП позволило проследить возможные РП-каскадные механизмы физиологических эффектов медиаторов. На рисунках 9, 10 приведены примеры возможных индукционных эффектов влияния DA

Рисунок 9. Влияние DA, ФВП и ряда РП на уровень тревожности

на уровень тревожности, стресса и депрессии. Представленные на схемах  векторы активностей РП позволяют оценить элементы нейрохимического механизма противострессового и антидепрессантного действия ПЭ. Сам по себе феномен облегчения стресса положительными эмоциями вполне очевиден. При анализе возможных индукционных схем отмечается выраженная однонаправленность противострессорных и антидепрессантных эффектов РП, регулируемых DA.

Рисунок 10. Влияние DA, ФВП и ряда РП на уровень депрессии

3.2.3.Каскады второго порядка

Особый интерес представляет анализ динамики индукционных схем взаимодействий между медиаторами и пептидами во времени при различных физиологических состояниях организма. Нами были систематизированы и проанализированы системы перекрестных связей между 5-HT, DA и OT-VP-PL при различных физиологических состояниях: не беременность, ранняя и поздняя стадии беременности, лактация, материнское поведение. Проведенный анализ убедительно показал, что DA- и 5-HT-системы играют важную роль в контроле уровня гормонов, в формировании репродуктивного и материнского поведения. Являясь молекулярной основой регуляции эмоционального статуса организма, они приобретают роль “мостика” между эмоциональным фоном и гормональным спектром организма. Таким образом, становится более очевидным регулирующий эффект различных внешних воздействий на психику, который можно и нужно использовать для профилактики и терапии при патологии беременности.

4. Проблема корректирующего адаптивного воздействия на организм.

Внутренние резервные молекулярные программы

4.1.Сочетание парадигм мышления. Системоорганизующие факторы организма

Адекватность парадигмы мышления в изучении проблем, связанных со здоровьем человека, понимание и учет в лечебных практиках ряда причинно-следственных взаимоотношений в континууме человек-среда требуют разработку и конструктивное комплексное использование нескольких парадигматических подходов в диагностическом исследовании, построении теории и лечения заболеваний, новых принципов разработки фармакологических препаратов.

Была проведена разработка концепции интегративной медицины, которая объединила объекты физиологии и элементы синергетики, гомеостазиса, системного анализа. Было показано, что регуляция всех физиологических процессов осуществляется системоорганизующими агентами двух уровней: 1) системные параметры, динамическое объединение которых приобретает черты отдельных надмолекулярных “сущностей” или целостных реакций организма (например, ПЭ); 2) непосредственно сами ЭнС. Целесообразно в условиях неравновесности системы организма использовать управляемую самоорганизацию биопроцессов с предсказуемым движением вдоль нативных (природных) многообразий с минимальными вмешательствами. А в равновесных состояниях биосистемы, которая может перейти в другое состояние, управлять жизненно важными параметрами в допустимых пределах. Исследование двух уровней системоорганизующих факторов позволило обозначить уже готовые (нативные) “лекала” терапевтических процедур и препаратов.

Проведенное нами исследование длительных каскадных процессов, индуцированных ФВП, РП и медиаторами, помогло выявить скрытые закономерности регулирования ПЭ и ряда физиологических функций. Раскрытие физиологических и биохимических механизмов ПЭ чрезвычайно затрудняется частым смешением причины и следствия: то ли подавление данного патологического процесса есть (хотя бы отчасти) следствие ПЭ, то ли наоборот. Большие трудности связаны и с экспериментальной оценкой уровня и качественных особенностей ПЭ у человека и животных. Тем не менее, нам удалось проследить некоторые механизмы, связывающие ПЭ и патологию. На основании проведенной аналитической работы было выявлено, что система ФВП-РП обладает следующими особенностями. Во-первых, это поликомпонентная система, – в ней задействовано не менее 20 регуляторов. Во-вторых, каждый регулятор обеспечивает преимущественно свой блок молекулярных программ. В-третьих, внутрисистемные связи между ФВП и РП отличаются определенной сонаправленностью, которая позволяет: а) сформировать длительные (устойчивые) индукционные каскады, б) создать целый ряд потенциальных путей регуляции многих патофизиологических процессов. Таким образом, систему ФВП-РП, определяющую ПЭ, можно охарактеризовать как поликомпонентную систему со сложной сетью векторов каскадных воздействий, позволяющих формировать логические схемы подавления патофизиологических процессов с дублирующими путями.

Нами была разработана биоматематическая интерпретация роли DA и других ФВП в регуляции физиологических параметров организма: 1) система ФВП-РП как модульная система (использовано обозначение системы массивов электропитания, предназначенных для защиты сетевого или иного критичного оборудования); 2) ФВП-РП обеспечивают поликомпонентное “выведение” системы физиологических параметров из границ патологических состояний (предболезненное состояние, болезнь).

       ФВП и находящиеся под их контролем РП образуют гибкую модульную систему, где можно реализовать необходимую избыточность и, соответственно, надежность. Избыточность означает использование дополнительных модулей по сравнению с тем количеством, которое необходимо для работы системы при полной нагрузке в условиях нормы. Так, из представленных в предыдущем разделе данных, очевидно, что ряд патофизиологических состояний может корректироваться сонаправленными эффектами целого ряда ФВП и РП. Их отдельные воздействия могут быть незначительны (в отличие от ряда лекарственных препаратов), но в целом они могут образовывать “мощный и растянутый фронт” определенного терапевтического эффекта. Таким образом, появляется возможность дублирования большинства регуляторных программ. Это и усиление определенного информационного воздействия, и формирование резервных путей реализации его. С другой стороны, широкий спектр РП, охваченных индукционными эффектами ФВП, позволяет тонко модифицировать профиль управляющих программ в зависимости от начальных условий (состояния организма). Таким образом, в зависимости от поставленных функциональных задач структура пакетов молекулярных программ может легко наращиваться от минимальной конфигурации до любого сочетания их и их мощности.

       Поведение различных физиологических систем имеет не хаотичный характер, а подчиняется определенным закономерностям. В соответствии с этим динамические законы позволяют, в большинстве случаев, однозначно предсказать вероятное поведение системы в будущем при условии задания ее состояния в некоторый начальный момент времени (ее начального состояния). В свете представленных рассуждений нами были проанализированы  терапевтические эффекты лекарственных препаратов и воздействие эндогенных агентов ПЭ. Было предположено, что: а) профилактическое воздействие ПЭ заключается в “недопущении” системы организма в критическую (пограничную) зону; б) лечебное воздействие ПЭ заключается в поликомпонентном (дублирующем) “уведении” системы организма от пограничной ситуации. Важно подчеркнуть, что при влиянии ФВП-РП, помимо самого факта устранения опасности, нет грубого резкого изменения биопараметров, характерного для эффектов многих обычных лекарств. ФВП-РП, индуцированные ПЭ, лишь “подталкивают” систему на такие ближайшие  уровни физиологических параметров, откуда она уже сама по эволюционно-отобранным механизмам выходит из критической зоны (т.е. с минимумом побочных эффектов).

4.2.Исследования комплексов эндогенных соединений

Регуляция всех физиологических процессов осуществляется сложными комплексами ЭнС, действующими в определенной последовательности и в определенных сочетаниях. Моделирование регуляции введением отдельных ЭнС приносит лишь частичную информацию. Этим же ограничена эффективность отдельных ЭнС и их стабилизированных дериватов, изучаемых и используемых с лечебными целями. Очевидна необходимость расширения и углубления исследований активности разнообразных комплексов ЭнС. В качестве условного названия таких комплексов ЭнС, действующих в организме в определенной последовательности и взаимодействии, был предложен термин синактоны. Целесообразно относить к синактонам лишь сочетания ЭнС (и их стабилизированных дериватов), но не разнообразных фармакологически активных веществ, далеких по составу и структуре от эндогенных регуляторов животного организма. Были рассмотрены примеры наиболее перспективных в медицинских аспектах синактонов, представляющих собой либо смеси ЭнС, либо ковалентно связанные ЭнС. Кроме того, были обозначены методические трудности таких исследований, особенно с учетом различных путей введения синактонов, проблем преодоления ГЭБ и т.д.

Были систематизированы данные и обозначены закономерности, позволяющие решить задачу всесторонне обоснованного выбора состава изучаемых синактонов: 1) выявлены группы ЭнС, стимулирующих или подавляющих определенный физиологический процесс; 2) накоплены данные о преимущественных надмолекулярных, клеточных и тканевых зонах действия ЭнС, а также их миграции в организме и оптимальных путях введения извне; 3) обозначены созданные природой ковалентно связанные ЭнС - препротопептиды, способные либо генерировать образование оптимальных сочетаний РП, либо непосредственно воздействовать на ряд функций; накоплен также начальный опыт создания, изучения и даже медицинского применения “гибридных”, “химерных” ЭнС, связанных ковалентно (синактоны–СК); 4) в ряде случаев была выявлена последовательность воздействия ЭнС на выход других ЭнС; 5) обозначены основные характеристики сроков полураспада различных групп ЭнС, позволяющие оценить последовательность их эффектов во времени; 6) проведена разработка математического подхода для выявления преимущественных корреляций между сочетаниями физиологических эффектов, с одной стороны, и комбинациями ЭнС, индуцирующих эти эффекты, с другой стороны.

4.3.Методология разработки корректирующего адаптивного воздействия

В рамках аксиоматики интеграционной медицины были выявлены следующие особенности системы “организм-терапия”: 1) множественные индукционные взаимосвязи между РП, ФВП, медиаторами, БАВ; 2) наличие длительных каскадных эффектов (отставленные эффекты); 3) выраженная полифункциональность большинства ЭнС; 4) эффективность доз широкого диапазона; 5) изменение эффективности доз РП и БАВ у различных организмов, индивидуальная чувствительность; 6) вариабельность биодоступности и метаболических параметров ЭнС и фармакологических препаратов; 7) сочетанность лечебных (позитивных) и побочных (негативных) эффектов у классических фармакологических препаратов; 8) фон химических модификаций (накопительный характер некоторых опасных химических групп в продуктах питания и др.), приводящий к изменению параметров чувствительности и устойчивости организмов. С учетом особенностей системы “организм-терапия” и проведенного обширного анализа континуума ЭнС нами была сформулирована методология индивидуальной коррекционной терапии. Были обозначены принципы желательного развития подходов терапевтических исследований с учетом биоритмологических компонент как в динамическом профиле самой болезни, так и в затрагиваемом при терапии самом молекулярном процессе (циркадианные процессы и др.). В методологии акцентировано внимание к внутренним резервным молекулярным программам, как наиболее физиологичным, обозначена важность сочетания прицельного анализа реакций с системным уровнем оценки формирующихся функциональных систем. Продемонстрирована эффективность комбинаций различных лечебных методов молекулярного и надмолекулярного уровней. В рамках исследования были систематизированы данные по методам коррекции функциональных состояний. Они включают большой спектр процедур от банальной активации ПЭ и повышения качества жизни до разработанных системных процедур: ритмические сенсорные воздействия, вспомогательные средства регуляции, методы произвольной саморегуляции физиологических функций. Для компенсации процессов дисрегуляции организма может быть дополнительно введена внешняя обратная связь. Функционируя параллельно с естественной цепью отрицательной обратной связи, она детектирует активность периферических органов и осуществляет ее взаимосвязь с сенсорными сигналами из внешней среды, которые могут использоваться мозгом для усиления процессов саморегуляции.

Таким образом, важно не углубленное рвение в поиске фармакологических групп, а именно сочетанный подход, оптимизирующий все пути природной и синтетической коррекции патологических процессов с учетом индивидуальной реактивности организма. Необходима круговая смена парадигм анализа (которые, в свою очередь, также состоят из комплексных теорий): от системных знаний к детальному исследованию молекулярных процессов, и обратный ход, – от простых экспериментальных оценок к базисным фундаментальным построениям. Только в сочетании нескольких подобных циклов лежит реальная возможность преодолеть барьер недопонимания причинно-следственных взаимоотношений в континууме человек-среда и разработать эффективную методологию интегративной медицины.

4.4.Отбор перспективных комбинаций ЭнС различного

физиологического  профиля

Отбор перспективных комбинаций ЭнС различного физиологического профиля предполагает два пути исследования:1) первичное экспериментальное тестирование нативных тканеспецифических комплексов ЭнС с уже последующим фундаментальным анализом механизмов; 2) доэкспериментальный поиск перспективных сочетаний РП и медиаторов.

Нами были разработаны оба направления, которые эффективно дополнили друг друга. В первом случае был проведен фундаментальный анализ индукционных схем регуляторов уже после наработанной базы экспериментов, а во втором – были проведены доэкспериментальный отбор и теоретическое обоснование комплексов. Использованием этих двух противоположных, но взаимозависимых исследовательских направлений была достигнута визуализация целостной картины функционирования континуума РП, БАВ, медиаторов.

4.4.1.Фундаментальный анализ механизмов регуляции по данным экспериментального тестирования природных комплексов ЭнС

Проанализированная нами ранее “геометрия” индукционных схем обозначила характерные регуляционные каналы, через которые могут проходить управляющие сигналы. Такая визуализация информационной сети организма позволила провести фундаментальный анализ механизмов регуляции по результатам экспериментального тестирования и клинического применения тканеспецифических природных пептидных комплексов (цитомединов: кортексин и др.). Были рассмотрены системоорганизующие факторы и индукционные схемы препаратов, а также предложено теоретическое обоснование их биоактивности.

Характер накопленных данных по кортексину и другим цитомединам обозначил огромный спектр всевозможных приложений воздействий и универсальность механизмов действия цитомединов, хотя и со специфической компонентой, обусловленной органом (системой), из которого получены цитомедины. Именно поэтому попытка выявить для одного кортексина ключевой механизм воздействия на физиологические процессы посредством РП- и БАВ-регуляции побудила сравнить данные по всем цитомединам. Сопоставление их эффектов позволило выявить, что в основе всех цитомединов лежит общий принцип воздействия, и только ряд специфических эффектов можно объяснить отдельно. Таким образом, обобщая все результаты 25-летней практики экспериментального и клинического применения кортексина и других цитомединов, был сделан трехуровневый подход к представлению общей концепции воздействия. На первом этапе мы обобщили особенности действия всех цитомединов. На втором этапе мы обозначили основные концептуальные позиции, которые бы уже характеризовали все цитомедины как систему регуляторов. И на третьем этапе мы предприняли попытку уложить все в единую схему реализации эффектов цитомединов. Была разработана модель “оптимистического зеркального резонанса (ОЗР)”, которая обозначила основные принципы запуска репаративных программ при применении цитомединов.

Было выявлено, что всегда при применении цитомединов происходит не инерционное каскадное воздействие, а запускаются те молекулярные программы, которые: а) должны привести к выполнению целевой функции; б) занимают позиции центральных узлов КУ в нейронной сети каскадных процессов. Терапевтический эффект заключен не в конкретном РП или медиаторе, инициируемом цитомедином, а в самом принципе резонанса (ОЗР) и в возникающем градиенте определенных параметров организма на введение кортексина (цитомедина) как аналога живой и функционирующей природы. Таким образом, оценка взаимодействий цитомединов и РП-системы организма должна рассматриваться исключительно в свете анализа пусковых, триггерных узлов в нейронной сети РП-каскадных процессов. Доступность этих программ и принципиальная возможность достижения целевой функции,  – все это уже зависит от параметрических особенностей конкретных патологических состояний, индивидуума и адекватной, оптимальной для запуска структуры пептида (отсюда большое разнообразие наблюдаемых репаративных процессов).

4.4.2.Доэкспериментальный поиск перспективных

комплексов РП (ФВП) и медиаторов

Как было уже выяснено ранее, моноприменение РП может сопровождаться рядом побочных эффектов. Таким образом, наиболее перспективным с точки зрения клинического применения представляется использование не одиночного пептида, а целых комбинаций РП определенного физиологического профиля. Кроме того, такое комплексное применение пептидов больше соответствует ситуации in vivo, когда каждая функция организма находится под контролем нескольких РП, формирующих функциональный континуум.

С использованием программного модуля из имеющей БД были выявлены наиболее оптимальные парные и тройные сочетания пептидов анксиолитического профиля с ключевым элементом в каждой группе – NPY. Был проведен отбор РП, способных, в принципе, усилить главную позитивную функцию NPY (анксиолитическую активность), не повлиять негативно на высшие функции ЦНС (по критерию воздействия на память) и скорректировать главный отрицательный побочный эффект NPY – гипертензивное действие. Анализ побочных негативных и позитивных функций включил в себя дополнительную задачу коррекции таких сопутствующих эффектов NPY, которые лишь в определенных условиях можно рассматривать как негативные: 1) усиление пищевого поведения; 2) снижение сексуальной активности. В процессе анализа было выявлено 6 РП,  образующих  вместе  с  NPY  наиболее  оптимальные парные сочетания анксиолитического профиля для последующих экспериментальных исследований: ANP, SP, CGRP, NT, MIF-1, DSIP. Также были отобраны наиболее перспективные тройные сочетания РП: (NPY–SP–MIF-1), (NPY–ANP–DSIP), (NPY–CGRP–DSIP). В работе был проведен обзор спектров биологических активностей каждого из них и проанализированы ситуации, когда совместное введение РП имеет многоуровневое воздействие на один и тот же параметр организма. Это открывает возможности для получения более мощных эффектов, представляющих особый интерес в медицинском плане.

Анализ парного воздействия NPY с каждым из отобранных других РП позволил оценить возможные показания и противопоказания к их совместному применению в качестве терапевтических агентов. Психотические состояния, связанные с увеличением тревожности, нарушение процессов обучения и запоминания, а также гипосомния и другие заболевания, сопровождающиеся нарушением сна, являются главными “мишенями” воздействия каждой из пар РП с NPY. Наиболее оптимальным комплексом представляется сочетание NPY с SP, в котором усиливаются позитивные функции и эффективно корректируются негативные. Кроме того важно отметить, что сочетанное анксиолитическое воздействие ряда пептидов охватывает различные механизмы стресс-защитного действия, как на примере NPY (акцент на снижение тревожности) и DSIP (усиление адаптивных возможностей).

Необходимо подчеркнуть, что отобранные в нашей работе оптимальные комбинации РП и медиаторов являются лишь теоретическими заключениями предэкспериментального этапа поиска эффективных ЭнС, регулирующих физиологические процессы. Часть алгоритма отбора групп РП основывается на аддитивности базисных позиций функций РП. Такую принципиальную возможность параллельного управления физиологическими функциями предоставляет наличие специфических рецепторов почти для каждого РП. Далее необходимы детальный анализ рецепторных механизмов воздействия и ряда других факторов, определяющих комплексное влияние констелляций РП на организм, и экспериментальные исследования. В группе В.М.Ковальзона были проведено экспериментальное тестирование некоторых из отобранных нами комплексов РП. В хронических опытах на кроликах с предварительно вживленными электродами и канюлями изучали действие на цикл сон-бодрствование дипептидной и трипептидной комбинаций (NPY–DSIP), (NPY–DSIP–ANP). Полученные результаты подтвердили предположение о принципиальной возможности получать выраженные физиологические эффекты направленного действия путем сочетания РП.

Один из традиционных путей разработки новых фармакологических средств состоит в поиске ингибиторов нейромедиаторов и нейромодуляторов. Значительный интерес в этом плане представляет метод активной иммунизации к собственным ЭнС. Инверсная иммунорегуляция позволяет на длительное время изменять баланс эндогенных регуляторов посредством образования к ним антител. Такой метод полезен для решения задачи длительного снижения уровней стрессогенных факторов. Нами была проведена теоретическая оценка возможности ингибирования эффектов комплексов анксиогенных РП. Для этого необходимо было отобрать из множества возможных комбинаций РП-анксиогенов те “ключевые” комплексы, иммунизация к которым давала бы наиболее полезные сочетания биоактивностей, и в то же время, обладала бы минимальными побочными эффектами. Учитывая, что разработка фармакологических средств для ингибиторных воздействий предполагает обращение эффектов, то необходимым для поиска спектром функций, подлежащих напротив подавлению, являлись: усиление тревожности, давления крови и депрессии, снижение памяти при отсутствии воздействия на остальные функции. Из возможных парных комбинаций пептидов было выделено два сочетания РП-анксиогенов: (CCK-4–DBI), (DBI–CRF), которые представляются наиболее перспективными мишенями как для применения короткодействующих фармакологических ингибиторов, так и для метода инверсной иммунизации.

В работе был проведен анализ “терапевтической” эффективности сочетаний медиаторов с различными РП. Возможность формирования в организме обратной положительной связи между DА- и SS-системами подчеркивает эффективность и нативность совместного применения комбинации обозначенных ЭнС. SS ингибирует ряд РП, – мотилин, грелин, галанин, – обладающих орексигенным действием, что приводит к подавлению пищевого поведения. Таким образом, SS, индуцируемый DA, может являться посредником в многократно описанном негативном действии DA на пищевое поведение. Кроме того, DA и SS совместно влияют на уровень депрессии и стресса. DA стимулирует ФВП, а SS, в свою очередь, снижает уровень Gal и CRF, что может усиливать антидепрессантное и противострессорное действие DA. Сопоставление индукционных воздействий DA и эффектов SS позволило нам наметить вероятный нейрохимический механизм действия ПЭ на некоторые опухолевые процессы. SS снижает продукцию и секрецию гормонов нейроэндокринными опухолями. Данный ингибиторный контроль стал основанием для создания лекарственных средств на основе пептида. Одним из наиболее апробированных препаратов–аналогов SS является октреотид. Аналоги SS обладают антипролиферативной активностью и эффективны в отношении опухолей, экспрессирующих соматостатиновые рецепторы. Октреотид высокоэффективен при ряде гастроэнтеропанкреатических эндокринных опухолей – инсулиноме, гастриноме, глюкагономе. Таким образом, проведенный анализ физиологических эффектов эндогенных регуляторов позволил предложить в качестве основы для дальнейших прикладных исследований совместное применение различных аналогов DА и SS. В природе выявлена способность к гетероолигомеризации одного из типов рецепторов SS – SS5, и D2-рецептора дофамина. Причем такой олигомер оказывается функционально более активным, чем его составляющие [Jaquet, 2005; Rocheville, 2000]. Таким образом, сочетание  (DA–SS) – это эволюционно отобранная физиологическая комбинация веществ, весьма перспективная как “мишень” для прикладных фармакологических разработок.

Отмечая наиболее перспективные сочетания регуляторов, мы учитываем, что медицинское применение, судя по накопленному опыту, будут иметь не только РП как таковые, а их стабилизированные аналоги.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, нами была разработана методология оценки интегративных физиологических функций РП и медиаторов и было создано программное обеспечение ЭС, которая является структурированным инструментом обработки информационного множества эндогенных регуляторов. Выделение объектов учитывает природу влияющих факторов. Введенная формализация позволяет сопоставлять и сравнивать между собой различные объекты, а также вводить количественные характеристики элементов базы.

Используя представленное программное обеспечение для создания БД был собран большой объем несистематизированной литературы об эффектах 26 основных представителей большинства семейств РП и медиаторов DA, NE, 5-HT, ACh. Такое репрезентативное отображение известного на настоящий момент спектра ЭнС в базе данных позволило провести оценку роли как отдельных РП и медиаторов, так и целых семейств ЭнС в сложной системе регуляции функций организма.

Разработанные алгоритмы векторного представления эффектов, оценки индукционных связей и комплексных воздействий групп регуляторов были положены в основу соответствующих программных модулей. С помощью разработанного аналитического аппарата был исследован континуум РП и непептидных медиаторов DA, NE, 5-HT, ACh, осуществляющих контроль практически всех функций организма. Был проведен анализ структурно-функциональных особенностей системы регуляторов на примере обобщения данных о действии РП и медиаторов на тревожность, реакции внутреннего подкрепления, состояние депрессии, процессы обучения и памяти, давление крови, пищевое поведение и др. При этом были выявлены пептидные констелляции более или менее близкие по комплексу различных форм биоактивностей. Наряду со многими общеизвестными признаками дивергентной эволюции РП, полученные данные позволили наметить и процессы конвергентной эволюции, когда сближаются функции РП, принадлежащих к разным семействам.

Создание в программном комплексе возможности отображения сложных иерархических взаимодействий РП и медиаторов между собой позволило помимо “визуализации” индукционной сети поставить задачи по вычленению отдельных представителей каскадных цепей и анализа ограниченных участков функционального континуума. Такой подход особенно необходим при интерпретации экспериментальных данных о первичных и опосредованных эффектах РП. Были исследованы индукционные связи между РП и медиаторами с оценкой возможных каскадных процессов на разных уровнях детализации. При обобщенном анализе схем всех возможных информационных каналов между РП и медиаторами были выделены различные типы регуляторных программ, которые, с одной стороны, позволили понять основные принципы функционирования множества эндогенных регуляторов, а с другой стороны, обозначили каналы прицельного терапевтического управления биопроцессами. Нами была предпринята попытка визуализировать целостность всей системы регуляторов. Было выдвинуто предположение об особом типе иерархически-динамической структуры системы регуляторных программ РП, медиаторов, БАВ в виде информационной сети с круговым и секторальным движением информации.

Были рассмотрены примеры наиболее перспективных в медицинских аспектах синактонов, представляющих собой либо смеси ЭнС, либо ковалентно связанные ЭнС. Для целостного охвата и анализа управляющих факторов функционального состояния организма был проведен обзор нефармакологических надмолекулярных регуляторов, которые имеют непосредственных выход на управляющие молекулярные программы РП и медиаторов. Была предложена схема адаптационной коррекции функционального статуса организма молекулярными и надмолекулярными объектами, целенаправляющая и сберегающая внутренние резервы организма, а также минимизирующая нежелательные воздействия.

Проведенный системный анализ множества РП и медиаторов, а также ряда БАВ позволил выявить и обозначить помимо регуляторной роли вторую, но не менее важную функцию континуума РП, – гомеостатическую. Связующая роль комплексов, перекрестное наложение физиологических активностей разных РП и компенсаторная коррекция эффектов позволяют континууму РП-БАВ эффективно “исполнять” гомеостатическую роль прицельного и корректного приближения к требуемому функциональному состоянию организма.

Оценка комплексного воздействия РП и БАВ на организм велась с двух противоположных направлений: 1) исследование фундаментальных законов на основе данных экспериментального тестирования нативных тканеспецифических пептидных комплексов (цитомединов) и 2) доэкспериментальный отбор наиболее перспективных комбинаций РП в сочетании с экспериментальной апробацией в некоторых случаях. Были отобраны наиболее оптимальные комбинации РП и медиаторов, которые являются наиболее перспективными для последующих экспериментальных исследований сочетаниями ЭнС определенного функционального профиля с минимизированными побочными эффектами. Были рассмотрены ситуации, когда совместное введение РП имеет многоуровневое воздействие на один и тот же параметр организма, что открывает возможности для получения более мощных эффектов, представляющих особый интерес в медицинском плане. Такой анализ направлен на обоснование последующих экспериментальных работ по исследованию физиологической активности медиаторов и РП, а также необходим для прикладных фармакологических исследований по поиску эффективных лекарственных препаратов. Без такого первичного анализа неизбежна хаотичность в планировании экспериментов.

ВЫВОДЫ

  1. Создана методология анализа континуума регуляторных пептидов (РП), медиаторов и биологически активных веществ (БАВ) как системы многопараметрических объектов со сложным иерархическим устройством,  множеством информационных связей и каскадными реакциями. На ее основе разработана экспертная система анализа регуляторов,  включающая базу данных и программные модули анализа.
  2. Разработано программное обеспечение для набора базы данных, содержащее формализованные справочники по РП, медиаторам, биологическим функциям и типам организмов, которое является аппаратом  хранения и обработки большого объема информации об эффектах регуляторов. Предоставлена возможность расчета регрессионных коэффициентов зависимости динамики эффектов РП от времени и дозы вещества.
  3. На основании литературных данных за период 1970-2009 годов создана информационная база по физиологическим эффектам и индукционным взаимодействиям представителей основных семейств РП, а также DA, NE, 5-HT, ACh. Она включает направленность воздействия, вид организма, органно-тканевые системы, дозы и виды введения, рецепторные механизмы.
  4. Разработан метод векторного представления эффектов РП и БАВ, позволяющий классифицировать множество регуляторов по группам со сходным спектром биологических активностей. Создан программный модуль функциональной классификации РП на основании векторного представления, который реализует возможность оценки роли каждого РП в регуляторной системе организма. Установлено положение 26 РП, а также DA, NE, 5-HT, ACh в пространстве ряда физиологических функций.
  5. Разработаны алгоритм и программные модули анализа индукционных процессов, запускаемых РП, позволяющие оценивать вероятную динамику каскадных реакций на нескольких шагах индукции. Модули анализа ЭС включают качественный и количественный уровни оценки.
  6. При теоретическом анализе эффектов РП и медиаторов определена их роль в системе регуляции ряда функций организма (с учетом рецепторных механизмов воздействия). При оценке индукционных влияний выявлен ряд возможных однонаправленных каскадных воздействий РП, факторов внутреннего подкрепления (ФВП) и медиаторов на эмоциональное состояние, уровни тревожности и депрессии, память, пищевое поведение, давление крови и др. Предложена биоматематическая интерпретация системоорганизующего фактора положительных эмоций. Проведен анализ динамики схемы индукционных влияний между 5-HT, DA и VP, OT, PL на разных стадиях беременности.
  7. Построены обобщенные схемы взаимодействия между DA, NE, 5-HT, ACh, ФВП и РП. Выявлены системы обратных положительных и отрицательных связей между непептидными медиаторами и РП. Определена функциональная роль каждой из медиаторных систем по отношению к пулу РП: 5-HT – как модулирующей; DA, NE, ACh – как направляющих (директивных). Выявлены оппонентно-реципрокные взаимоотношения между 5-HT- и DA-системами.
  8. Разработана теоретическая модель оценки комплексного действия групп РП. Предложен критерий отбора оптимальных сочетаний РП для дальнейших экспериментальных исследований. Создан программный модуль, позволяющий на основании предложенной теоретической модели выбрать наиболее эффективные сочетания РП с требуемым набором биологических активностей при минимальных побочных эффектах.
  9. Отобраны комбинации РП - (NPY–DSIP), (NPY–ANP–DSIP), (NPY–CGRP–DSIP), (DA–SS), (CCK-4–DBI), (CRF–DBI) и др., которые являются наиболее перспективными для последующих экспериментальных исследований сочетаниями регуляторов определенного функционального профиля с минимизированными побочными эффектами.
  10. Предложена модель “оптимистического зеркального резонанса (ОЗР) ” действия тканеспецифических пептидных экстрактов при коррекции различных патологических состояний организма.
  11. Выявлены закономерности сопряженного функционирования четырех непептидных медиаторов и пула РП с обозначением различных типов регуляторных программ. Установлены режимы смены профиля директивных и модулирующих программ регуляторов. Предложена модель функционирования системы РП и медиаторов в виде информационной сети с круговым и секторальным движением информации.
  12. Предложена методология адаптационной коррекции функционального состояния организма с использованием регуляторов молекулярного и надмолекулярного уровней.

СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

  1. Королева С.В., Ашмарин И.П. Нейропептид Y: многообразие и кажущаяся противоречивость функций. Анализ возможных опосредованных эффектов // Успехи Физиологических Наук. – 2000. - Т. 31. - № 1. - С. 31-46.
  2. Koroleva S.V., Ashmarin I.P. On the way of functional>
  3. Королева С.В., Ашмарин И.П. Путь функциональной классификации регуляторных пептидов. Признаки дивергентной и конвергентной эволюции регуляторных пептидов // Журнал Эволюционной Биохимии и Физиологии. – 2000. - Т. 36. - № 2. - С. 154-159.
  4. Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Software for Evaluation and Prediction of Regulatory Peptides Effects in Organisms // First SIAM Conference on Computational Science and Engineering, Washington, USA, 21-24 September 2000. Abstracts Book. - P.113.
  5. Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Development of mathematical model and software for estimation of regulatory peptide complexes influence on organism // 13th International Symposium on Regulatory Peptides, Cairns, Queensland, Australia, 22-26 October 2000. Regulatory Peptides. – V. 94. - № 1-3. - P.14.
  6. Королева С.В., Ашмарин И.П. Поиск оптимальных комбинаций регуляторных пептидов, снижающих тревожность. Теоретическое обоснование // Известия Академии Наук, Серия Биологическая. – 2001. - №1. - С. 63-73.
  7. Королева С.В., Ашмарин И.П. Развитие метода векторного представления эффектов регуляторных пептидов (РП).  Анализ особенностей индукционных воздействий РП // Тезисы докладов XVIII Съезда физиологического общества им. И.П. Павлова, Казань, Россия, 25-28 сентября 2001. – С. 125-126.
  8. Ашмарин И.П., Королева С.В. Закономерности взаимодействия и функциональный континуум нейропептидов (на пути к единой концепции) // Вестник Российской АМН. – 2002. - №6. - С. 40-48.
  9. Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Functional continuum of regulatory peptides (RPs): vector model of RP-effects representation // Journal of Theoretical Biology. – 2002. – V. 216. - № 3. - P.257-271.
  10. Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Functional continuum of anxiogenic regulatory peptides // 7th ECNP Regional Meeting 2002, Bucharest, Romania, 19-21 April 2002. Abstracts Book. – P. 3.50.
  11. Ашмарин И.П., Королева С.В. Регуляторные пептиды. Биоинформационный подход к исследованию функционального континуума // Успехи функциональной нейрохимии. - Под ред. С.М. Дамбиновой и А.В. Арутюняна. – Изд-во С.-Петерб. Ун-та, 2003. – 516с. - С. 85-94.
  12. Ковальзон В.М., Фесенко Г.Н., Королева С.В., Ашмарин И.П. Комплексное введение пептидов и сон”. Тезисы докладов конференции “Российский симпозиум по химии и биологии пептидов // Москва, Россия, 2003. – С. 20.
  13. Ашмарин И.П., Королева С.В. Отрицательные и положительные эмоции: нейрохимические механизмы воздействия на патологические процессы // Патогенез. – 2004. - Т.2. - №1. - С. 30-37.
  14. Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Reward factors, neurochemical mechanisms of positive emotions influence on pathological processes // 17th ECNP Congress 2004, Stockholm, Sweden, 9-13 October 2004. – P. 6.314.
  15. Королева С.В., Ашмарин И.П. Функциональный континуум регуляторных пептидов, усиливающих тревожность. Поиск комплексов, оптимальных в качестве основы для разработки ингибиторных лечебных средств // Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова. – 2005. - Т. 91. - № 1. - С.3-11.
  16. Королева С.В., Ашмарин И.П. Разработка экспертной компьютерной системы анализа воздействий регуляторных пептидов и других биологически активных веществ на физиологические функции организма // “Математика. Компьютер. Образование”. Раздел 8. Математические методы в биологии, экологии и химии. – 2005. - Т. 3. -  С.1055-1057.
  17. Королева С.В., Ашмарин И.П. Разработка экспертной компьютерной системы анализа воздействий регуляторных пептидов и других биологически активных веществ на физиологические функции организма // Тезисы докладов конференции “Математика. Компьютер. Образование”, Пущино, Россия, 17-22 января 2005. – С.193
  18. Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Interactions between serotonin, reward factors and regulatory peptides // 8th ECNP Regional meeting, 2005, Moscow, Russia, 14-16 April. – P. 4.204.
  1. Королева С.В., Ашмарин И.П. Анализ сопряженности индуцирующих и ингибирующих воздействий функционального континуума регуляторных пептидов на дофаминергическую и серотонинергическую системы // Тезисы докладов конференции “Нейрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты”, Москва, Россия, 14-16 марта 2005. – С. 102.
  2. Ковальзон В.М., Фесенко Г.Н., Калихевич В.Н., Ардемасова З.А.,  Королева С.В., Ашмарин И.П. Комбинированное введение пептидов и сон у кроликов // Тезисы докладов конференции “Нейрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты”, Москва, Россия, 14-16 марта 2005. – С. 19.
  3. Королева С.В., Ашмарин И.П. Биоинформационная система анализа функционального континуума регуляторных пептидов // Тезисы докладов конференции “II Российский симпозиум по химии и биологии пептидов”, Санкт-Петербург, Россия, 25-27 мая 2005. – С. 72.
  4. Королева С.В., Ашмарин И.П. Лечебное действие положительных эмоций и система регуляторных пептидов, - на пути к общей концепции // Патогенез. – 2005. - Т.3. - №.3. - С. 11–15.
  5. Ковальзон В.М., Фесенко Г.Н., Калихевич В.Н., Ардемасова З.А.,  Королева С.В., Ашмарин И.П. “Скрытые” свойства нейропептидов: гипногенная активность трипептидного комплекса DSIP+NPY+ANP” // Нейрохимия. – 2006. - Т. 23. -  №.1 - С.63-66.
  6. Королева С.В., Ашмарин И.П. “Разработка и применение экспертной системы анализа функционального континуума регуляторных пептидов”. Биоорганическая химия. – 2006. - Т.32. - № 3 - С. 249-257.
  7. Королева С.В., Николаева А.А., Ашмарин И.П. Взаимодействие дофамина, серотонина и других факторов внутреннего подкрепления // Известия Академии Наук, Серия Биологическая. – 2006. - №.4. - С. 457–469.
  8. Nikolaeva A.A., Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Inductive relations of serotonin with hormones: prolactin, oxytocin and vasopressin // Forum of European Neuroscience (FENS), Austria, Vienna, 8-12 July, 2006; p.453 (А183.12).
  9. Ашмарин И.П., Королева С.В., Мясоедов Н.Ф.  Синактоны – функционально связанные комплексы эндогенных регуляторов. Один из путей создания новых лекарств (концептуальный обзор) // Экспер. и клинич. фармакология. – 2006. - Т.69. - № 5 - С. 3-6.
  10. Nikolaeva A.A., Koroleva S.V., Ashmarin I.P. System of regulatory peptides – a set of natural adaptive programmes // ISAM. 8-ой Международный Конгресс по адаптационной медицине, Москва, Россия, 21-24 июня 2006. – С.186-187. III-1.13.
  11. Koroleva S.V., Ashmarin I.P. A Functional continuum of regulatory anxiety-enhancing peptides. The search for complexes providing the optimal basis for developing inhibitory therapeutic agents // Neuroscience and Behavioral Physiology. – 2006. – V. 36. - № 2. - P.157-162.
  12. Николаева А.А., Королева С.В., Ашмарин И.П. Взаимодействие систем серотонина и дофамина с системами регуляторных пептидов окситоцина, вазопрессина и пролактина в норме и период беременности // Вестник РАМН.  – 2007. - Т.9. - С. 37 – 43.
  13. Николаева А.А., Королева С.В., Ашмарин И.П. Динамика индукционных связей между рядом нейромедиаторов и гормонов при различных состояниях репродуктивной системы // Тезисы докладов ХХ Съезда Физиологического общества им. И.П. Павлова, Москва, Россия, 4 – 8 июня, 2007.  – С.355,  № 0772.
  14. Nikolaeva A.A., Koroleva S.V., Ashmarin I.P. “Interaction of dopamine and serotonin with somatostatin”. 7th Australian Peptide Conference, 21-25 October, 2007. Abstract 340.
  15. Николаева А.А., Королева С.В., Ашмарин И.П. Построение обобщенной схемы индукционных связей между норадреналином и регуляторными пептидами // Нейрохимия. – 2008. - Т.25. - №.3. - С. 191 – 201.
  16. Nikolaeva A.A., Koroleva S.V. Analysis of acetylcholine interactions with system of regulatory peptides // 25th European Society Comparative Physiology Biochemistry (ESCPB) Congress. Italy, Ravenna, September 7-11, 2008. – V. 151. – Is.1. – Suppl.1. - S.10.
  17. Николаева А.А., Королева С.В. Анализ взаимодействия норадреналина и ацетилхолина с пулом регуляторных пептидов // Конференция с международным участием: “Нейрохимические механизмы формирования адаптивных и патологических состояний мозга”, Санкт-Петербург, 10-12 сентября 2008 года, С. 102.
  18. Ашмарин И.П., Королева С.В. Положительные эмоции, нейрохимические пути воздействия на дизрегуляцию и болезни // Дизрегуляционная патология нервной системы. - Под ред. Е.И. Гусева, Г.Н. Крыжановского – М: Медицинское информационное агенство, 2009. – 512 с.- С.338-352.
  19. Королева С.В. Взаимодействие кортексина с пептидной системой организма // Пептидная нейропротекция. - Под ред. М.М. Дьяконова, А.А. Каменского. – СПб: Наука, 2009. – 256 с.- С.40-72.
  20. Николаева А.А., Королева С.В., Ашмарин И.П. Дофамин-серотонин-соматостатин. Изучение взаимодействий в этой системе обещает новые перспективы в теории и практике // Экспер. и клинич. фармакология. – 2009. – Т. 72. -  №. 2. - С. 60-64.
  21. Walter Adriani, Granstrem O., Romano E., Koroleva S., Laviola G. Modulatory effect of cortexin and cortagen on locomotor activity and anxiety-related behavior in mice // Open Neuropsychopharmacology Journal. – 2009. – V. 2. - P.22-29.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.