Механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики

Разработана теория, согласно которой первичным акцептором магнитного поля в генетическом аппарате клетки являются белки семейства криптохромов (CRY), известные как репрессоры главного циркадного транскрипционного комплекса CLOCK/BMAL1. Представленный механизм позволяет магнитному полю выполнять фун...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Запорожан, В.Н., Пономаренко, А.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2011
Назва видання:	Наука та інновації
Теми:	Наукові основи інноваційної діяльності
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115882
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики / В.Н. Запорожан, А.И. Пономаренко // Наука та інновації. — 2011. — Т. 7, № 6. — С. 50-69. — Бібліогр.: 84 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-115882
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1158822017-04-16T03:02:37Z Механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики Запорожан, В.Н. Пономаренко, А.И. Наукові основи інноваційної діяльності Разработана теория, согласно которой первичным акцептором магнитного поля в генетическом аппарате клетки являются белки семейства криптохромов (CRY), известные как репрессоры главного циркадного транскрипционного комплекса CLOCK/BMAL1. Представленный механизм позволяет магнитному полю выполнять функции биорегулятора на генетическом уровне. Опосредованная магнитным полем биорегуляция может отражаться на состоянии здоровья человека и влиять на эпидемиологические, эволюционные, климатические и другие глобальные процессы в биосфере. Розроблена теорія, згідно з якою акцептором магнітного поля у генетичному апараті клітини є протеїни сімейства криптохромів (CRY), відомі як репресори головного циркадного транскрипційного комплексу CLOCK/ BMAL1. Представлений механізм дозволяє магнітному полю виконувати функції біорегулятора на генетичному рівні. Опосередкована магнітним полем біорегуляція може позначатись на здоров’ї людини, а також впливати на епідеміологічні, еволюційні, кліматичні та інші глобальні процеси в біосфері. According to the developed theory, proteins of the Cryptochrome family (CRY) are the primary magnetic field acceptor in the cell genome. These proteins are known as repressors of the major circadian transcriptional complex CLOCK/BMAL1. The mechanism described allows mag neticfield to perform bioregulation functions on genome level. The magnetic field-mediated bioregulation is able to influence human health and may have epidemiological, evolutionary, climate-regulatory and ot her global consequences for biosphere. 2011 Article Механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики / В.Н. Запорожан, А.И. Пономаренко // Наука та інновації. — 2011. — Т. 7, № 6. — С. 50-69. — Бібліогр.: 84 назв. — рос. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin7.06.050 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115882 ru Наука та інновації Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Наукові основи інноваційної діяльності Наукові основи інноваційної діяльності
spellingShingle	Наукові основи інноваційної діяльності Наукові основи інноваційної діяльності Запорожан, В.Н. Пономаренко, А.И. Механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики Наука та інновації
description	Разработана теория, согласно которой первичным акцептором магнитного поля в генетическом аппарате клетки являются белки семейства криптохромов (CRY), известные как репрессоры главного циркадного транскрипционного комплекса CLOCK/BMAL1. Представленный механизм позволяет магнитному полю выполнять функции биорегулятора на генетическом уровне. Опосредованная магнитным полем биорегуляция может отражаться на состоянии здоровья человека и влиять на эпидемиологические, эволюционные, климатические и другие глобальные процессы в биосфере.
format	Article
author	Запорожан, В.Н. Пономаренко, А.И.
author_facet	Запорожан, В.Н. Пономаренко, А.И.
author_sort	Запорожан, В.Н.
title	Механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики
title_short	Механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики
title_full	Механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики
title_fullStr	Механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики
title_full_unstemmed	Механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики
title_sort	механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Наукові основи інноваційної діяльності
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115882
citation_txt	Механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики / В.Н. Запорожан, А.И. Пономаренко // Наука та інновації. — 2011. — Т. 7, № 6. — С. 50-69. — Бібліогр.: 84 назв. — рос.
series	Наука та інновації
work_keys_str_mv	AT zaporožanvn mehanizmyvliâniâslabogomagnitnogopolânaékspressiûgenomaosnovyfizičeskojépigenetiki AT ponomarenkoai mehanizmyvliâniâslabogomagnitnogopolânaékspressiûgenomaosnovyfizičeskojépigenetiki
first_indexed	2025-07-08T09:32:57Z
last_indexed	2025-07-08T09:32:57Z
_version_	1837070737918132224
fulltext	50 Наука та інновації. 2011. Т. 7. № 6. С. 50—69. © В.Н. ЗАПОРОЖАН, А.И. ПОНОМАРЕНКО, 2011 В.Н. Запорожан, А.И. Пономаренко Одесский национальный медицинский университет, Одесса МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ СЛАБОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЭКСПРЕССИЮ ГЕНОМА: ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ЭПИГЕНЕТИКИ Разработана теория, согласно которой первичным акцептором магнитного поля в генетическом аппарате клетки являются белки семейства криптохромов (CRY), известные как репрессоры главного циркадного транскрипционно- го комплекса CLOCK/BMAL1. Представленный механизм позволяет магнитному полю выполнять функции биорегу- лятора на генетическом уровне. Опосредованная магнитным полем биорегуляция может отражаться на состоянии здоровья человека и влиять на эпидемиологические, эволюционные, климатические и другие глобальные процессы в биосфере. К л ю ч е в ы е с л о в а: электромагнитное поле, радикальные пары, криптохромы, экспрессия генов, NF-κB, цир- кадные ритмы, транскрипция. В начале 20-го века русский ученый А.Л. Чи- жевский предположил наличие взаимосвязи некоторых биологических явлений на Земле с циклами солнечной активности [1]. Однако механизмы такой взаимосвязи не выяснены до сих пор. К настоящему времени предложе- но немало гипотез, объясняющих данный фе- номен, однако все они нуждаются в теорети- ческом обосновании либо доказательствах. За последнее десятилетие накоплено много данных, указывающих на существование био- ре гуляторных эффектов электромагнитного (ЭМ) поля и свидетельствующих о возмож- ности вли яния слабого магнитного поля на экс- п рессию генома в некоторых типах клеток [2—4]. Интригующе выглядит тот факт, что изме не- ния в экспрессии генома и другие биологи- ческие последствия способны вызвать маг нит- ное поле, энергия которого в локусе воз дей- ствия на несколько порядков уступает энер- гии хаотического теплового движения атомов и молекул. Указанные явления требуют тео- ретического осмысления и выяснения фунда- ментальных механизмов, лежащих в их осно- ве. В настоящей статье мы предлагаем ориги- нальную теорию, раскрывающую механизм влияния маг нитного (в частности, геомагнит- ного) поля на картину экспрессии генов в лю- бом живом существе, вводя понятие «физи- ческая эпигенетика». Поскольку характеристики геомагнитного по ля зависят от солнечной активности, пред- Вы не можете этого увидеть ощутить на вкус либо почувствовать по запаху, но это — один из самых вездесущих и всепроникающих факторов воздействия в окружающей среде... — электромагнитные поля… Cindy Sage, 2007 51ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності ложенный механизм способен объяснить фе- номен влияния циклов солнечной активности на биосферу (включая влияние солнечной ак- тивности на эпидпроцесс при некоторых ин- фекциях), на течение сердечно-сосудистых и других заболеваний. Исследования в данной области могут быть полезными для эпидемио- логии и терапии, для медицинской и биотехно- логической индустрии а также для уточнения экологических прогнозов. В целях обоснования представленной концепции в статье предпола- гается затронуть следующие вопросы: электромагнитная природа ряда регулятор- ных сигналов и механизмов их трансмиссии в живом организме; теоретические предпосылки биорегулятор- ных эффектов магнитного поля; вероятные акцепторы магнитного поля в ге- нетическом аппарате клетки; сигнальные пути, способные осуществить био- регуляторную (включая генорегуляторную) функцию электромагнитных полей; механизм регуляторного влияния цикличес- ких изменений активности гео магнитного по- ля на биологические процессы. 1. ПРИРОДА РЕГУЛЯТОРНЫХ СИГНАЛОВ В ЖИВЫХ СИСТЕМАХ При углублённом изучении многих биоло- гических явлений обнаруживается, что элект- ромагнитные взаимодействия играют в них клю чевую роль. Например, регуляторные сиг- налы водителя ритма (пейсмекера) в боль- шин стве случаев имеют электромагнитную при роду: сердцебиение, дыхание, перистальти- ческие движения кишечника — все эти циклы существуют благодаря генерации и передаче элек т рических и химических сигналов в соот- ветствующих нейронных цепях. Существует также множество других биологических про- цессов, где регуляторная функция электромаг- нитного поля (ЭМП) важна, хотя и не столь хорошо изучена. В качестве примера можно при- вести влияние ЭМП на процессы клеточной дифференцировки [3], на рост нервных воло- кон, миграцию клеток, пространственную ори- ентацию делящихся клеток и интенсивность процессов деления, от чего зависит активность репаративных процессов [4], и т.д. В отчете Международного проекта «Bio Initiative» [2] содержится спра ведливое утверждение: «Лю- ди — это биоэлектрические системы. Дея те- льность нашего серд ца и мозга регулируется внутренними биоэлектрическими сигналами». В то же время окружающая среда буквально пронизана электромагнит ными полями естес- твенного и искусственного происхождения. Главные источники естес твен ных ЭМП — это атмосферное электричество, геомагнитное по- ле Земли и его периодические колебания, вы- званные взаимодействием указанного поля с потоками плазмы «солнечного ветра». Появ- ля ется всё больше оснований утверждать, что воздействия внешних ЭМП могут влиять на ход фундаментальных биологических процес- сов. По-видимому, не существует такой ниж- ней границы напряжённости ЭМП, при кото- рой утрачивалась бы его способность к био- воздействию [5]. Столь важная роль электромагнитных взаи- модействий в процессах жизнедеятельности живых организмов имеет чёткое физическое обоснование. Действительно, любое, даже са- мое сложное проявление жизни представляет собой последовательность взаимодействий, био- сигналов и ответных реакций. А науке извест- но всего 4 типа взаимодействий, причём 2 из них (сильное и слабое ядерные взаимодейст вия) в процессах биорегуляции, по-видимому, не участвуют, поскольку диапазон их действия не превышает границ атомного ядра. Ввиду того, что участие ядерных реакций в биологи- ческих процессах пока не доказано, остается лишь два типа взаимодействий, потенциально способных быть движущей силой всех прояв- лений жизни, это — гравитационное и элект- ромагнитное взаимодействия, причём роль гра- витационных сил в процессах взаи модейст- вия между биомолекулами, клетками, органа- ми или живыми существами ничтожно мала 52 ISSN 1815-2066. Science and Innovation. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності по очевидным причинам. Таким образом, все теоретические предпосылки указывают на ве- дущую роль электромагнитных сил в процес- сах жизнедеятельности и биорегуляции. В современной литературе появляется всё боль- ше научных данных, подтверждающих этот те- зис [4, 6—9]. Следует заметить, что влияние Солнца на биосферу также имеет электромагнитную при- роду: в самом очевидном случае это — солнечный свет (электромагнитные волны), который име- ет решающее значение для существования жизни на Земле и обусловливает циркадные ритмы жизнедеятельности биосистем; менее очевидные, но не менее значимые ре- гуляторные воздействия на биосферу и её обитателей оказывают потоки заряженных частиц солнечной плазмы (так называемого солнечного ветра), вызывающие возмущения геомагнитного поля и обуславливающие пе- риодичность ряда биологических процессов с длительным периодом (месяцы и годы); также стоит упомянуть влияние магнитного поля Солнца на магнитосферу Земли и мед- ленно изменяющуюся микроволновую эмис- сию солнечной короны. 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ВОЗМОЖНОСТЬ И СВИДЕТЕЛЬСТВА БИОРЕГУЛЯТОРНЫХ ЭФФЕКТОВ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ Биорегуляторный потенциал электромаг- нитных полей с определёнными параметрами изучается и используется в медицине на про- тяжении многих лет [4, 5, 10—12]. Генетические исследования, проведенные за последние годы на различных клеточных культурах, предоста- вили убедительные доказательства влияния магнитных и электромагнитных полей на экс- прессию отдельных генов. Указанный эффект наблюдался при воздействии на клетки как статических полей, так и переменных полей ультранизкой частоты (УНЧ) и радиоволно- вого диапазона [13, 14] (см. таблицу, которая воспроизводится с разрешения д-ра К. Меркер. Представленные результаты получены при срав- нительном изучении экспрессии генов и пока не были подтверждены другими методами). Изучение механизмов указанных генети- ческих эффектов представляет большой науч- ный и практический интерес. Наиболее слож- ным и многообещающим является изучение механизмов биорегуляторных эффектов сла- бых магнитных и электромагнитных полей, поскольку в данном случае мы имеем дело не с тепловыми, а с информационными эффектами воздействия физических полей на живую ма- терию [2, 15]. Иными словами, сверхслабое поле не вызывает нагрева ткани, но зато спо- собно изменить активность сигнальных путей, управляющих жизнедеятельностью клетки и всего организма (подобно тому, как слабый сигнал электромагнитного ключа зажигания управляет работой двигателя). Экспери мен та- льные и эпидемиологические данные, равно как и теоретические рассуждения, позволяют предположить, что биологические (в том чис- ле — генетические) эффекты электромагнит- ного поля обусловлены в первую очередь его магнитной составляющей благодаря повышен- ной способности магнитного поля проникать через биологические ткани и большинство из- вестных материалов [16, 17]. Поэтому ниже рассматриваются возможные механизмы био- регуляторных эффектов именно слабых маг- нитных полей. Несмотря на значительное количество ис- сле дований в данной области, первичный био- рецептор электромагнитных сигналов низкой интенсивности, равно как и структура сиг- нальных путей, последовательность событий между восприятием физического сигнала и физиологическим ответом организма, остают- ся невыясненными. К настоящему времени предложено неско- лько гипотез для объяснения указанных меха- низмов [4, 13, 18—20]. Теоретически как элек- трические, так и магнитные сигналы низкой интенсивности способны вызвать нетепловые биологические эффекты: электрическое поле 53ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності может воздействовать на заряженные молеку- лы, поверхности биомембран и электрические диполи биомолекул, а магнитное поле может взаимодействовать с магнитными диполями электронных спинов неспаренных электронов, которые присутствуют в парамагнитных мо- лекулах, ионах металлов и ион-радикалах [21]. Есть основания полагать, что именно электро- ны играют ведущую роль в механизмах биоре- гуляторных эффектов слабых магнитных по- лей, поскольку электроны являются непос- редственными участниками любой биохими- ческой реакции, и магнитное поле способно влиять на поведение электрона благодаря на- личию у последнего магнитного дипольного момента [22]. До последнего времени существовало три основных гипотезы, объясняющих механизмы биорегуляторных эффектов слабых магнит- ных полей: 1) «мембранная гипотеза», согласно кото- рой мембрана клетки является первичным биологическим приёмником магнитного поля. При этом воздействие магнитного поля вызы- вает перераспределение и изменение актив- ности мембранных белков и ионных каналов (например, Ca2+-каналов), что сопровождает- ся изменением мембранного электрического потенциала. Однако указанная гипотеза не проясняет первичный механизм влияния МП на мембраноассоциированные белки; 2) «свободно-радикальная гипотеза» пред- полагает, что механизм магниточувствитель- ности у живых организмов связан с явлением увеличения времени жизни (стабилизацией) свободных радикалов в магнитном поле. Это Обобщённые результаты исследований по изучению генетических эффектов электромагнитного поля радиочас- тотного и ультра-низкочастотного диапазонов (из работы [14]) Клеточная линия Тип клеток Параметры воздействия Продукты, кодируемые генами, экспрессия которых подвержена влиянию ЭМП (по типам биологического эффекта) Стресс Рост Пролиферация Дифференцировка ES-1 Фиброблас- ты СНЧ ЭМП 24 ч Актин АТФ-синтаза Гистон H3 Коллаген Цитохром оксидаза Декорин Фактор элонгации трансляции 1 Протеогликан 2 Рибосомальные белки Интегрины Пептид SPARC Актин HL-60 Клетки лей- ке мии РЧ ЭМП 24 ч Цитокиновый ре- цептор CRL2 Фактор транскрип- ции E2F Белок CDC6 Белок CD84 Фактор элонгации трансляции 1 U937 Лимфома РЧ ЭМП 1 ч Бета-галактозидаза Тубулин Белок CD84 Енолаза 1 Фруктозо-1,6- дифосфатаза Рибосомальные белки EA.hy926 Эн до те лиа- льные клет- ки РЧ ЭМП 1 ч Актиновые стре с- совые волокна Рибосомальные белки Актин Фактор элонгации трансляции 1 Ламинин Фактор элонгации трансляции Tu 54 ISSN 1815-2066. Science and Innovation. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності приводит к увеличению концентрации сво- бодных радикалов в клеточных компартмен- тах и соответствующим биологическим эф- фектам, включая активацию некоторых сиг- нальных путей [19]; 3) гипотеза ионного резонанса [23, 24] пред- полагает сочетание влияния на биосистему сла бого статического МП (например, геомаг- нитного) и ЭМП резонансной частоты. Полагают также, что потенциальная спо- собность электромагнитных полей управлять процессами в живой природе обусловлена су- ществованием явлений электронного пара- магнитного резонанса (ЭПР) и ядерного маг- нитного резонанса (ЯМР), что рассматривает Е.Я. Фурса в работах [20, 25]. По мнению авто- ра, электроны и ядра, обладающие магнитным моментом, представляют собой «магнитные антенны» в любой биосистеме, включая чело- века. Они способны воспринимать и излучать электромагнитную энергию избирательно, в зависимости от частоты поля ν и гиромагнит- ного отношения γ. Автор резюмирует: «Слабые магнитные и электромагнитные поля низкой частоты легко управляют спиновой динамикой ядер и электронов. Геомагнитное поле задаёт магнитное «смещение» для всех биохимических процессов в живой материи на Земле. Но, что самое удивительное, живые организмы никак не защищены от полей и волн, удовлетворяю- щих условию резонанса». Несмотря на существование указанных ги- потез, механизмы влияния магнитного поля на генетический аппарат клетки до настоящего времени не раскрыты. Предлагаемая нами тео- рия генетических эффектов магнитного по ля опирается на современные достижения маг- нитно-спиновой химии и молекулярной гене- тики, в частности — на предложенный К. Шу- льтеном с соавторами [26] механизм биологи- ческой магниторецепции, основанный на яв- лении влияния магнитного поля на спиновую динамику радикальных пар. Начнём с краткого обзора известных физико-химических принци- пов, лежащих в основе предлагаемой теории. 2.1. Радикальные пары и реакции с их участием как потенциальные химические сенсоры магнитного поля Радикалы — это частицы (ионы, молекулы и атомы за исключением металлов), имеющие неспаренный электрон на внешней орбитали. Радикалы обладают парамагнитными свойс- твами и, как правило, высокой реакционной способностью. Для образования радикалов часто требуются зат раты энергии (напр., воз- действие тепла, света или ионизирующего излучения). Радикалы мо гут формироваться попарно. Пара радикалов, образованная из одного диамагнитного пред шественника, на- зывается сдвоенной, или геминальной, ради- кальной парой (geminate pair). Ра дикальные пары — это короткоживущие промежуточные продукты реакций. Как известно, электрон имеет такие векторные характеристики, как спин и магнитный момент. Спин электрона S равняется ½ и обозначается символами ↑ или ↓ в зависимости от его направления. Спины неспаренных электронов в радикалах, обра- зующих радикальную пару, могут быть либо противоположно направленными (↑↓, синг- летное состояние — S, суммарный спин рав- няется нулю), либо однонаправленными (↑↑, триплетное состояние — T, суммарный спин равен единице). Радикальные пары обладают уникальны- ми свойствами: поскольку каждый электрон- ный спин характеризуется магнитным мо- ментом, то магнитные поля (и внутриатом- ного происхождения, и внешние) оказывают влияние как на химические свойства S- и Т-состояний, так и на их взаимопревращения (рис. 1). Сле до вательно, минимально доста- точным условием звисимости химической реакции с участием радикальных пар от вне- шнего магнитного поля, является то, чтобы одно из состояний радикальной пары (на- пример, S) позволяло прохождение указан- ной реакции, а другое состояние (например, T) блокировало реакцию [27]. 55ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності 2.2. Некоторые особенности влияния магнитного поля на радикальные пары в химических и биологических процессах Первые наблюдения влияния внешнего маг- нитного поля на радикальные реакции и его физическая интерпретация были проведены в 1972 г. Р.З. Сагдеевым и соавторами [28], а ме- ханизм восприятия магнитного поля биосис- темами, основанный на особенностях реакций с участием радикальных пар, был впервые пред- ложен Шультеном и соавторами [26]. Сог лас- но указанному механизму, влияние магнитно- го поля на реакции с участием соединений, со держащих радикальные пары, обусловлено его влиянием на синглет-триплетные перехо- ды в спин-коррелированных радикальных па- рах, что может существенно изменять кинети- ку реакции и выход тех или иных продуктов реакции. Дело в том, что переход из синглет- ного состояния радикальной пары в триплет- ное обычно имеет характер динамических ос- цилляций. Частота осцилляций зависит как от индукции внешнего магнитного поля (следс- твие эффекта Зеемана), так и от специфичес- ких особенностей самих радикалов, таких, как константа сверхтонкого взаимодействия (СТВ) c магнитным моментом ядра и гиромагнитный множитель [29]. Поэтому сверхслабые и зеема- новские взаимодействия (а следовательно — внешнее магнитное поле) способны влиять на выход продуктов реакции в разных реакцион- ных каналах. Указанный феномен, а именно зависимость выхода продукта реакции от силы внешнего магнитного поля в реакциях с учас- тием нейтральных радикалов, радикал-ионов, парных радикалов и пр., используется в таком современном методе исследований, как MA- RY-спектроскопия (MARY — Magnetically Af- fec ted Reaction Yields) [30]. Уникальной особенностью энзимных реак- ций с участием радикальных пар является то, что даже незначительные изменения в спино- вой динамике, индуцированные слабым маг- нитным полем (индукцией в мкТл), могут за- метно повлиять на ход реакции вследствие из- менения активности фермента, содержащего радикальную пару [31, 32]. Слабое магнит- ное поле может оказать особо значительный эффект в случае, когда химические реакции описываются нелинейными кинетическими уравнениями. Влияние магнитного поля на ход реакции проявляется сильнее в вязких растворах (напр., в растворах мицелл). Итак, слабое магнитное поле и его вариации способны влиять на ход определённых хими- ческих реакций с участием радикальных пар, что позволяет рассматривать содержащие ра- дикальные пары соединения (особенно фер- менты) в качестве химических и потенциально биологических сенсоров магнитного поля [33]. 3. АКЦЕПТОРЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ГЕНЕТИЧЕСКОМ АППАРАТЕ КЛЕТКИ И ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ К МАГНИТНОМУ ПОЛЮ СИГНАЛЬНЫЕ ПУТИ Для подтверждения и изучения геном-регу- ляторных эффектов магнитного поля очень важно идентифицировать непосредственный акцептор магнитного поля в геноме и его роль в генетическом механизме. Согласно нашей теории, слабое магнитное поле способно инду- цировать определённые генетические эффек- Рис. 1. Схема реакции с участием радикальных пар и зависимым от магнитного поля выходом продуктов ре- акции. Перенос электрона с молекулы-донора (D) на молекулу-акцептор (А) приводит к образованию ради- кальной пары. Внешнее магнитное поле влияет на взаи- мопревращение (переход) между синглетным и трип- летным состояниями радикальной пары (из работы [18], с изменениями) 56 ISSN 1815-2066. Science and Innovation. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності ты благодаря существованию магнито-чувс- твительного репрессора факторов транскрип- ции. Речь идёт о белке из семейства крипто - х ромов/фотолиаз. Участие криптохромов (CRY) в биологических реакциях на изменения маг- нитного поля было продемонстрировано в эк- спериментах на растении Arabidopsis thaliana [34], однако возможные механизмы участия CRY в геном-регуляторных эффектах магнит- ного поля в указанной работе не обсуждались. Было высказано предположение о том, что если даже растения, для которых реакция на магнитное поле не имеет очевидного приспо- собительного значения, способны восприни- мать его, значит и другие виды, содержащие в своей структуре CRY, возможно, чувствитель- ны к параметрам магнитного поля благодаря наличию указанного белка [35]. 3.1. Криптохромы: древние регуляторные белки, восприимчивые к электромагнитным излучениям и постоянному магнитному полю Криптохромы (CRY) представляют собой флавопротеины с молекулярной массой от 50 до 70 кД и присутствуют практически в лю- бых живых организмах: бактериях, растениях, клетках насекомых и животных [36]. До пос- леднего времени CRY были в основном извес- тны как фоторецепторы голубого света. Они состоят из двух нековалентно связанных хро- мофоров: редоксактивного флавин-аденин-ди- нуклеотида (FAD) и светопоглощающего ко- фактора. Идентификация нового класса крип- тохромов (cryptochrome DASH) в составе бак- терий и растений позволила предположить, что CRY появились в составе живых существ очень давно — до разделения последних на эу- кариоты и прокариоты [37]. В 2000 г. возникло предположение, что крип- тохромы могут содержать магнито- чув с т ви те- льные радикадьные пары [18]. Счи та ет ся, что активация либо ингибирование фун к цио на ль- ной активности CRY вызывается кон фор ма- ционным изменением в активном центре про- теина, что влияет на его взаимодействие со следующим звеном сигнального каскада [36, 38]. Новые данные относительно непосредс- твенных механизмов влияния магнитного поля на функциональную активность CRY со- держатся в работе [39]. Разработанная указан- ными авторами теория представлена на рис. 2, где S1 и S2 — неспаренные электронные спины, которые прецессируют в локальном магнит- ном поле, образованном наложением внешнего магнитного поля В на собственные магнитные поля I1 и I2 ядерных спинов указанных двух ради- калов. Относительная ориентация спинов пос- тоянно изменяется вследствие их прецессии. Прецес сионное движение спинов постоянно на- рушает их взаимную ориентацию, вызывая син- глетно-триплетные переходы, что предопреде- ляет эффекты магнитного поля и лежит в их основе. Обратный перенос электронов от трип- тофана на FADH гасит активное состояние криптохрома. Однако указанный обратный пе- ренос может происходить только при условии нахождения электронных спинов в синглетном состоянии, и такая зависимость от спина поз- воляет внешнему магнитному полю В влиять на активацию криптохрома (из статьи [39]). Следует подчеркнуть, что участок взаимо- действия с FADH на спиралевидном фрагмен- те молекулы CRY, где и наблюдаются индуци- рованные магнитным полем эффекты, являет- ся активным центром молекулы CRY. Что нам известно про локализацию и функ- ционирование CRY в эукариотической клетке и в масштабах организма? Установлено, что CRY экспрессируются в большинстве органов и тканей почти всех известных живых организ- мов на Земле и при этом локализуются пре- имущественно в клеточном ядре [36]. От дельно следует отметить локализацию криптохромов в клетках эндокринных желез, в фибробластах и в супраоптическом ядре гипоталамуса, кото- рое является центральным регулятором суточ- ной периодичности функционирования всех органов и тканей организма: циркадных ритмов. Особый интерес вызывает тот факт, что фун- к ция CRY непосредственно связана с процес- 57ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності са ми регуляции экспрессии клеточного генома: указанные протеины относятся к группе реп- рессоров транскрипции [40, 41]. Среди уже из- вестных функций CRY — регуляция процес- сов роста и развития у растений и регуляция, настраивание циркадных ритмов функциони- рования живых организмов [27]. Они являют- ся неотъемлемой составной частью «главного циркадного осциллятора» — водителя ритма, биологических часов в мозгу животных и иг- рают ведущую роль в регуляции, настройке циркадного ритма экспрессии генома (!) [42, 43]. Как известно, упомянутая система конт- роля циркадных ритмов способствует адапта- ции живых организмов к изменяющимся ус- ловиям окружающей среды (имеются в виду физические и другие факторы среды обитания) в течение жизни. Поэтому для животных — но- сителей мутаций в белке CRY — характерны серьёзные проблемы как на поведенческом, так и на молекулярном уровнях [44]. У растений CRY выполняет функцию ре цеп- тора световых волн в голубой и ультрафиоле- товой частях спектра, индуцируя при этом сиг- налы, влияющие на морфогенез растения. Пред- полагается, что эволюционными пред шес т вен- никами CRY являются светоактивируемые ферменты репарации ДНК-фотолиазы [36]. По- видимому, фермент репарации ДНК (фотоли- аза) в процессе эволюции приобрёл функцию регуляции транскрипции. Имею щие ся данные свидетельствуют, что функциональная актив- ность CRY может проявляться и вне зависи- мости воздействия света. 3.2. Криптохром — зависимые сигнальные пути и биологические эффекты Итак, одно направление научных исследо- ваний демонстрирует важнейшие регулятор- ные функции CRY как на геномном, так и на клеточном и организменном уровнях, а другое научное направление изучает способность маг- нитного поля (включая геомагнитное) влиять на функциональную активность CRY. У нас возникла идея объединить указанные два на- правления и продемонстрировать биорегуля- торные, геном-регуляторные потенции магнит- ного поля как своеобразного эпигенетичес кого фактора, воздействующего на организм пос- редством поистине убиквитарных для живой природы протеинов семейства криптохромов. Для достижения указанной цели необходимо проследить потенциально криптохром-зависи- мые сигнальные пути и соответствующие воз- можные биологические эффекты изменения функциональной активности CRY. Недавно были раскрыты некоторые меха низ- мы влияния CRY на экспрессию генов. Схе ма взаимодействия CRY с важнейшими регулятор- ными белками клетки представлена на рис. 3. Как оказалось, у дрозофил CRY взаимодейс- твует с протеинами PER и TIM, которые явля- ются ключевыми элементами так называемого циркадного комплекса. Причём указанное взаи- модействие зависит как от условий освещённос- ти, так и от температуры окружающей среды и опосредует соответствующие поведенческие ре- акции насекомых на изменение внешних усло- вий [44]. У млекопитающих CRY ингибирует активность гетеродимера CLOCK/BMAL1 — белкового комплекса, который контролирует экспрессию сотен генов, включая гены-регулято- ры циркадного ритма: Per и Tim [40, 41]. Считается, что суточные ритмы изменения множества фи- Рис. 2. Схема влияния магнитного поля на радикальные пары, формирующиеся между FADH (восстановленный флавинадениндинуклеотид) и триптофаном в активном сайте молекулы CRY (из работы [39]) 58 ISSN 1815-2066. Science and Innovation. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності зиологических функций организма поддержива- ются благодаря ритмической экспрессии соот- ветствующих генов, ко ординируемой комплек- сом CLOCK/BMAL1 [45]. Таким образом, на- копленные данные свидетельствуют об участии CRY в регуляции раз нообразных адаптивных реакций у живых существ включая циркадные ритмы изменения множества физиологических функций, ре ак ции на изменение температуры и освещённости окружающей среды. Согласно литературным данным, CRY1 и CRY2 присоединяются к протеину BMAL1 вблизи его C-конца [46], т. е. в участке, описан- ном как сайт взаимодействия BMAL1 c коак- тиватором транскрипции CBP (CREB-bin ding protein), который проявляет активность гис- тон-ацетилтрансферазы. Существует мнение, что CRY способны регулировать циркадный ритм экспрессии генов путём периодического нарушения взаимодействия CLOCK/BMAL1 с гистон-ацетилтрансферазой (HAT), что при- водит к нарушению доставки HAT к специфи- ческим промоторам и, следовательно, к тормо- жению экспрессии соответствующих генов, участвующих в поддержании циркадных рит- мов [47]. Позднее были получены данные, ука- зывающие на то, что CRY может тормозить транскрипцию генов опосредованно: путём из менения функции циркадного регулятора CLOCK/ BMAL1 на противоположную и пре- вращения его из активатора транскрипции в репрессор транскрипции [48]. Мы предлагаем дальнейшее развитие указанной концепции, учитывая зависимость функциональной ак тив- ности криптохромов от параметров магнитного поля, в котором они находятся. Таким образом, предлагается рассматривать CRY в качестве первичного «эпигенетического сенсора» магнит- ного поля или, иными словами, маг ни то чувс т- ви тельного компонента эпигенетического меха- низма регуляции экспрессии генов (рис. 4). Как рассматривалось выше, внеш нее магнитное поле при определённых условиях способно изменять функциональную активность CRY. В соответс- твии с вышесказанным это может привести либо к нарушению взаи модействии CRY с гетероди- мером CLOCK/BMAL1 и восстановлению фун- кций последнего в качестве активатора транс- крипции (рис. 4, в), либо к усилению опосредо- ванного влияния CRY в качестве репрессора транскрипции (на рисунке не показано). Предложенный механизм позволяет объяс- нить такие, казалось бы, странные явления, как нарушение циркадных ритмов у людей и лабо- раторных животных в условиях воздейст вия электромагнитного поля сверхнизкой час тоты (СНЧ ЭМП) [49, 50] и заметное повышение транскрипционной активности в клетках, под- вергнутых воздействию СНЧ ЭМП [51]. Ав- торами [49, 50] регистрировалось также уве- личение содержания матричной рибонуклеино- вой кислоты (мРНК) и изменения в количест- венном соотношении синтезируемых бел ков как результат влияния СНЧ ЭМП на клетки. Важной особенностью влияния магнитного и электромагнитного полей на транскрипцию специфических генов является зависимость на- блюдаемого эффекта от напряжённости по ля, частоты и времени воздействия (феномен час- тотных и амплитудных «окон») [52, 53]. Все указанные особенности могут быть объяснены с позиций предложенной теории, рассматриваю- щей CRY в качестве магниточувствительного компонента главного циркадного осциллятора. Имеются основания полагать, что комплекс CLOCK/BMAL1/CRY1 способен функцио ни- ровать в качестве активного репрессора транс- Рис. 3. Схема взаимодействия молекулы CRY с важней- шим фактором транскрипции и регулятором клеточного цикла — гетеродимером CLOCK/BMAL1, а также с ко- репрессорами транскрипции и протеином PER (из рабо- ты [41]) 59ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності крипции, препятствуя активации промотор- ных участков ДНК различными «нециркад- ными» факторами транскрипции. К такому выводу пришли авторы [48], анализировавшие участие комплекса CLOCK/BMAL1/CRY1 в суточных вариациях чувствительности норма- ль ных клеток и тканей к токсическому воз дейс - твию противоопухолевых препаратов. От сю да следует, что разработка методов нап рав лен- ной модификации активности данного комп- лекса может открыть перспективы снижения побочных эффектов химио- и лучевой тера- пии. Согласно нашей теории, такого эффекта можно достичь при помощи комбинирован- ного воздействия на пациентов магнитным по лем и светом голубой части спектра в опре- делённом режиме. По данным других авторов [54], культивация клеток в условиях воздействия статического магнитного поля с заданными параметрами приводит к значительному уменьшению содер- жания мРНК для фактора транскрипции ALF1 и гистона H3.3A в нейронах гиппокампа. Таким образом, разработка методик использо- вания магнитно-светового воздействия для мо- дуляции активности генов, прямо либо опо с- редованно зависимых от функционирования CRY и циркадного транскрипционного комп- лекса, очень важна для медицины, поскольку указанный комплекс физических факторов спо- собен влиять на клеточный гомеостаз и функци- онирование клетки посредством изменения экс- прессии множества регуляторных факторов, уп- равляющих процессами транскрипции, трансля- ции, пролиферации, дифференцировки, созрева- ния, поддержания жизнедеятельности и пр. Итак, можно сделать заключение, что CRY являются уникальным компонентом живых систем, сочетающим в себе биосенсорные и биорегуляторные функции. Они являются свое- го рода посредниками между живой природой и окружающей физической средой, обеспечи- вая возможность живых существ реагировать на магнитное и электромагнитное поля, а так- же подстраивать биологические часы под су- точные и другие ритмы изменения физичес- ких факторов среды обитания. 3.3. Свидетельства и возможные механизмы влияния магнитного поля на Ca2+-зависимые сигнальные пути Поскольку мы анализируем причины геном- регуляторных эффектов слабого магнитного по- ля, нельзя не упомянуть наиболее известные из ранее разработанных концепций, объясня- ющих механизмы указанного явления. Большинство авторов в качестве основной мишени магнитных влияний на клеточный ге- ном рассматривают ионы и ионные каналы кле- Рис. 4. Предлагаемый механизм влияния магнитного по- ля на экспрессию генома посредством магниточувстви- тельного белка CRY: а — гетеродимер CLOCK/BMAL1 функционирует в качестве активатора транск рипции; б — взаимодействие CRY1 с транскрипционным комплексом CLOCK/BMAL1 вызывает инверсию функции послед- него, превращая его в репрессор транскрипции; в — мо- дуляция функциональной активности CRY под влияни- ем внешнего магнитного поля приводит к восстановле- нию функции активатора транскрипции у гетеродимера CLOCK/BMAL1. CBP — коактиватор транс к рипции CREB — связывающий протеин 60 ISSN 1815-2066. Science and Innovation. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності точных мембран. Наиболее часто в качестве эле- мента, реагирующего на слабые магнитные поля, рассматриваются ионы Ca2+ и Сa2+-зависимые механизмы регуляции транскрипции [55]. И это неудивительно, поскольку ионы кальция — это один из самых универсальных сигналов, исполь- зуемых природой для управления различными биологическими процессами. В механизмах ре- гуляции транск рипции Ca2+ отводится одна из центральных ролей [56]. Известно несколько протеинов — ключевых регуляторов различных транскрипционных путей, которые способны воспринимать и «расшифровывать» сигналы Ca2+ [57, 58]. Установлено, что транскрипция ге- нов цитокинов в Т-лимфоцитах также происхо- дит при непосредственном участии ионов Ca2+ [59]. Современные представления о возможных механизмах влияния СНЧ ЭМП на Ca2+-за ви- си мые пути передачи сигналов в клетке отобра- жены на схеме (рис. 5). Несмотря на имеющиеся экспериментальные данные и гипотезы, механизм влияния магнит- ного поля низкой интенсивности на Ca2+-опо с- ре дованные сигнальные пути окончательно не выяснен. При рассмотрении данного вопроса одной из возможных точек приложения дейс- твия магнитного поля считается клеточная мем- брана, поскольку экспериментально установле- но, что как постоянное, так и переменное маг- нитное поле различной интенсивности способ- ны вызывать изменения транс мембранного по- тенциала [60]. А изменения трансмембранного потенциала вполне вероятно влекут за собой из- менение функциональной активности так назы- ваемых вольтаж-зависимых кальциевых каналов. И действительно, ряд исследователей обнару- жили многок рат ное усиление поступления ио- нов Ca2+ в клет ку в условиях воздействия СНЧ ЭМП [61]. Пред по лагают, что гиперполяриза- ция плаз матической мембраны под влиянием магнитного поля может запускать сигнальный каскад, обуславливающий явление угнетения апоптоза опухолевых клеток в магнитном поле [60]. И всё же непосредственная точка приложе- ния действия магнитного поля на мембраны клетки окончательно не выяснена. Возможно, такой первичной мишенью воздействия магнит- ного и электромагнитного полей являются мем- брано-ассоциированные ферменты. Изменение их активности в условиях воздействия магнит- ного поля показано в работе [62]. При изучении влияния ЭМП на функцио- нальную активность ионов кальция обращает на себя внимание зависимость наблюдаемого эффекта от частоты электромагнитных коле- баний. Например, было показано, что электро- магнитное излучение радиочастотного диапа- зона вызывает изменения активности Ca2+ то- лько при условии амплитудной модуляции сиг нала со строго определённой частотой: эф- фект наблюдался при частоте модулирующего сигнала 6; 9; 11; 16 и 20 Гц и не наблюдался при частоте модуляции 0,5; 3; 25 и 35 Гц [63]. Впоследствии было установлено, что ориента- ция исследуемой модели относительно гео- Рис. 5. Схема, отражающая современные представления о возможных механизмах влияния СНЧ ЭМП на Ca2+- зависимые пути передачи сигналов в клетке (из работы [18], с изменениями) 61ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності магнитного поля и интенсивность внешнего магнитного поля в районе проведения экс- перимента влияют на наблюдаемый эффект. Этот факт и некоторые другие наблюдения послужили основанием для разработки так называемой ионо-резонансной модели биоло- гического действия электромагнитного поля [23, 24, 63, 64]. Следует заметить, что некоторые иммуно- логические и генетические эффекты воздейс- твия магнитного и электромагнитного полей коррелировали с изменением внутриклеточ- ной концентрации либо скорости трансмемб- ранного транспорта ионов Ca2+. Например, воз действие статического магнитного поля на иммунные клетки приводило к снижению их фагоцитарной активности, торможению мито- генного ответа лимфоцитов на конканавалин А и активации процессов апоптоза в тимоци- тах, причём всё это сопровождалось измене- нием внутриклеточной концентрации ионов Ca2+ [65]. А воздействие СНЧ ЭМП индуци- ровало изменения как скорости репликации ДНК, так и скорости поглощения ионов каль- ция стимулированными лимфоцитами [66]. Указанные факты рассматриваются в качестве свидетельства влияния магнитного поля на Ca2+-зависимые механизмы регуляции транс- крипции [67]. Таким образом, Ca2 +-зависимые сигналь- ные пути представляют собой одну из воз- можных мишеней геном-регуляторных эф- фектов магнитного и электромагнитного по- лей. Од на ко непосредственные механизмы наблюдаемых явлений окончательно не вы- яснены. Они могут быть связаны с феноме- ном ионного циклотронного резонанса и с изменением транс мем б ранного потенциала клеточной мембраны под влиянием ЭМП. Но возможно регистрируемые изменения явля- ются вторичными и развиваются в результате изменения профиля экспрессии клеточных генов по причине модуляции магнитным по- лем активности CRY и циркадного транск- рип ционного комплекса. 4. НЕКОТОРЫЕ ДЕТАЛИ ПРЕДЛАГАЕМОГО МЕХАНИЗМА РЕГУЛЯТОРНЫХ ЭФФЕКТОВ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ Вышеизложенные факты и концепции за- ставляют с большим вниманием рассматри- вать возможные биологические последствия влияния магнитного и электромагнитного по- лей на живые организмы включая человека и на биосферу в целом. Достаточно вспомнить, например, неоднократно отмечавшиеся нега- тивные эффекты для здоровья человека, вы- званные магнитными бурями в периоды всплес- ков солнечной активности [68]. В качестве иллюстрации опишем наши представления о возможной последовательности молекуляр- ных событий в ответ на изменение параметров внешнего магнитного поля и сопутствующие эффекты со стороны иммунной и гормональ- ной систем организма. Известно, что ключевую роль в механизмах иммунного ответа играют белки семейства NF- κB. Белки NF-κB функционируют как фак- торы транскрипции и присутствуют в клетках большинства организмов, начиная от насеко- мых и заканчивая человеком. Фактор транс- крипции NF-κB контролирует экспрессию бо- лее чем 150 генов, регулирующих иммунный ответ, клеточный цикл, процессы апоптоза и другие клеточные реакции. Отсюда понятно, почему нарушения функции NF-κB приводят к развитию аутоиммунных заболеваний, зло- качественных новообразований и снижают ус- тойчивость организма к инфекциям. Нача ль- ным этапом сигнальных путей с участием NF- κB является его высвобождение из комплекса с ингибиторным белком IκB в цитоплазме и перемещение в ядро клетки, где он связывает- ся со специфическими последовательностями в промоторных или энхансерных участках мно- гих генов-мишеней, кодирующих провоспа ли- тельные цитокины, молекулы адгезии, интер- ферон, индукторы апоптоза и прочие биологи- чески активные молекулы [69, 70]. Может ли магнитное поле влиять на функ- циональную активность NF-κB и других регу- 62 ISSN 1815-2066. Science and Innovation. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності ляторов иммунного ответа? Изложенные в пре- дыдущих разделах сведения позволяют пред- ставить несколько потенциально возможных механизмов такого влияния (рис. 6). Во-пер- вых, следует отметить, что гены, кодирующие протеины семейства NF-κB, находятся под конт- ролем циркадного транскрипционного комп- лекса CLOCK/BMAL1/CRY1 [71], чья актив- ность, как указывалось выше, чувствительна к параметрам внешнего магнитного поля благо- даря уникальным свойствам CRY (см. рис. 4). Во-вторых, известно, что комплекс CLOCK/ BMAL1 способен ацетилировать специфичес- кий регион клеточного рецептора глюкокор- тикоидных гормонов (ГР), модулируя таким образом его функциональную активность в ка- честве трансактиватора, что выражается в регу- ляции скорости транскрипции множества ГР- респонсивных генов и в изменении интенсив- ности соответствующих физиологических реак- ций [72]. Именно это является одной из причин суточных колебаний активности глюкокортико- идных гормонов и обуславливает потенциаль- ную способность магнитного поля контролиро- вать функциональную активность указанных гормонов и выраженность соответствующих стрессовых, иммунологических, адаптационных и психологических реакций в организме. Помимо всего изложенного было установ- лено, что относительное содержание так назы- Рис. 6. Предполагаемые механизмы влияния магнитного поля на экспрессию генома и биологические системы организма 63ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності ваемого CBP (CREB-связывающего протеина) в клеточном ядре влияет на функциональный антагонизм между NF-κB и ГР [73]. В то же время CBP связывается с BMAL1 в участке, тесно прилегающем к сайту связывания CRY. Отсюда можно предположить, что изменение активности CRY под влиянием внешнего маг- нитного поля способно отразиться на взаимо- действии CBP с BMAL1 и, следовательно, на относительном содержании свободного СВР в ядре. А это в соответствии с вышесказанным повлияет на баланс между провоспалительны- ми (NF-κB) и иммуно-супрессивными (ГР) сигналами в тканях организма. Подводя итог вышеизложенному, можно ут- верждать, что циркадный транскрипционный комплекс CLOCK/BMAL1/CRY1 способен пря- мо либо косвенно влиять на функционирова- ние практически любой ткани и органа пос- редством регуляции активности NF-κB-за ви- симых, глюкокорикоид-зависимых и других сигнальных путей. Ещё один возможный механизм влияния маг- нитного поля на секрецию биологически ак- тивных соединений обусловлен способностью комплекса CLOCK/BMAL1/CRY активно ин- гибировать транскрипцию «нециркадных» ге- нов (см. раздел 3.2). Например, индукция NF-κB- зависимых генов в ответ на стресс будет более эффективной в условиях (период суток и па- раметры внешнего магнитного поля), когда комплекс CLOCK/BMAL1 функционирует как активатор транскрипции и не блокирует ак- тивность других факторов транскрипции. И наоборот, когда комплекс CLOCK/BMAL1/ CRY функционирует как активный репрессор транскрипции, активация NF-κB-зависимых генов будет тормозиться. Таким образом, вы- раженность реакции организма на стресс зави- сит от функциональной активности CRY, ко- торая, в свою очередь, может определяться па- раметрами внешнего магнитного поля. Приведенные факты и их анализ демонст- ри руют потенциальную способность магнит- ного поля оказывать существенное влияние на картину экспрессии генов и физиологические реакции практически любого живого организ- ма. Экспериментальные данные, в свою оче- редь, убедительно демонстрируют биорегуля- торные потенции магнитного и электромаг- нитного полей, в том числе способность влиять на экспрессию «нециркадных» генов [3, 13, 14, 48, 74—77]. Есть сообщения о влиянии ЭМП на функции иммунных клеток [78]. У мышей, длительное время находившихся под воздейс- твием слабого ЭМП с определёнными пара- метрами, наблюдалось снижение содержания лейкоцитов, в частности — лимфоцитов и мо- ноцитов, а также эритроцитов в крови [79]. Причём интенсивность магнитной составляю- щей в указанных экспериментах не превыша- ла 5 мкТл, что в несколько раз меньше интен- сивности геомагнитного поля. У людей дли- тельное воздействие СНЧ ЭМП (50 Гц, 0,2— 6 мкТл) сопровождалось заметным снижением относительного содержания лимфоцитов и их Т-хелперной субпопуляции, при этом возраста- ло содержание естественных киллеров. Сре ди других последствий указанного длительного воздействия СНЧ ЭМП наблюдался рост ней- ровегетативных расстройств: ускорение физи- ческой утомляемости, увеличение количества психоастенических симптомов, повышение разд- ражительности и более частое развитие депрес- сивных состояний [80]. В макрофагах, подвер- гавшихся воздействию СНЧ маг нитного поля, регистрировались существенное усиление фа- гоцитарной активности и повышение выработ- ки IL-1b и свободных радикалов [81]. Изложенные материалы относительно био- регуляторных возможностей магнитного поля позволяют рассмотреть с новых позиций перс- пективы использования магнитного поля с оп- ределёнными характеристиками в терапевти- ческих целях. Например, сигнальные пути и реакции, контролируемые фактором NF-κB, иг- рают важную роль при многих заболеваниях человека. Увеличение экспрессии NF-κB вы- зывает либо сопровождает патологию имму- нологической реактивности, наблюдаемую при 64 ISSN 1815-2066. Science and Innovation. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності целом ряде заболеваний (артриты, астма, сеп- тические состояния и др.). Имеются свиде- тельства важной роли NF-κB в процессах кан- церогенеза, особенно на ранних стадиях раз- вития опухоли; этот же фактор является клю- чевым медиатором устойчивости опухоли к химиотерапии [82]. Следовательно, подавле- ние активности NF-κB могло бы затормозить пролиферацию опухолевых клеток, повысить их чувствительность к химиотерапии и запус- тить процессы апоптоза. Поэтому неудиви- тельно пристальное внимание исследователей и фармацевтических фирм к разработке инги- биторов транскрипционных факторов семейс- тва NF-κB и их использованию для лечения онкологических и хронических воспалитель- ных заболеваний [83]. В свете сказанного воз- можность разработки терапевтических мето- дик с использованием магнитного поля для регуляции экспрессии и активности протеи- нов Rel/NF-κB/IκB, основываясь на магнито- чувствительности функционально активного сайта CRY, представляется чрезвычайно перс- пективной. Способность магнитного поля регулиро- вать процессы транскрипции и соответствую- щие физиологические процессы недавно на- шла очередное успешное применение в клини- ке. А именно воздействие СНЧ ЭМП стали с успехом применять для стимуляции процес- сов ангиогенеза и других репаративных про- цессов при раневых повреждениях. При этом наблюдается стимулирующее влияние СНЧ ЭМП на экспрессию рецептора вазо-эндоте- лиального фактора роста (VEGF) [75]. Дру- гими исследователями [3] обнаружено, что маг- н итное поле сверхнизкой частоты активирует экспрессию генов GATA-4 и Nkx-2.5, способс- твующих дифференцировке стволовых кле ток в кардиомиоциты и усиливает экспрессию ге- на продинорфина в эмбриональных стволовых клетках мыши. Указанные генетические эф фек- ты играют ключевую роль при формировании новых кардиомиоцитов из стволовых клеток, что открывает перспективы использования маг- нитного поля как для активации репаратив- ных процессов в миокарде в клинике, так и для направленной дифференцировки стволо- вых клеток с целью получения тканей сердца в биотехнологических лабораториях. Необходимо учитывать, что длительные гло- бальные изменения параметров магнитного поля (например, в периоды высокой солнеч- ной активности и частых магнитных бурь) мо- гут иметь негативные последствия и не только в форме ухудшения самочувствия у части на- селения, но и в виде активации процессов ге- нетической рекомбинации и реассортации в микробных и вирусных популяциях. Ведь бак- териальные клетки также содержат белки из семейства криптохромов/фотолиаз, функция которых влияет на изменчивость возбудителя и чувствительна к параметрам магнитного по- ля. В сочетании с возможным снижением уров- ня популяционного иммунитета населения под влиянием тех же факторов указанные из- менения в популяциях возбудителя способны повысить риск развития эпидемий. ВЫВОДЫ Итак, жизнедеятельность подавляющего боль шинства живых организмов может зави- сеть от параметров внешнего магнитного поля благодаря магниточувствительности некото- рых важнейших биорегуляторных механизмов, в том числе — биологических часов и кальций- зависимых сигнальных путей. В частности, функция белков CRY, регулирующих актив- ность транскрипционного комплекса CLOCK/ BMAL1, чувствительна к воздействию слабо- го магнитного поля вследствие образования в активном центре указанного белка так назы- ваемых радикальных пар. Поэтому активность главного циркадного транскрипционного комп- лекса и экспрессия сотен зависимых от него ге- нов может модулироваться при изменении па- раметров геомагнитного поля и под влиянием других внешних магнитных полей. Таким обра- зом, магнитное поле при определённых услови- ях способно влиять на фундаментальные био- 65ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності логические процессы в живых системах, что подтверждает концепцию биоинформационной и биорегуляторной функций электромагнитно- го поля. Учитывая тот факт, что главным «дири- жером» параметров геомагнитного поля явля- ются процессы на Солнце, представленные в данной статье материалы можно рассматривать в качестве ещё одного подтверждения гениаль- ных идей А.Л. Чи жев с кого об электромагнит- ной природе коммуникаций между пространс- твенно разобщёнными элементами единой сис- темы, включающей Солн це и биосферу Земли. Представленные нами данные обосновывают возможность использования магнитного поля для модификации профиля экспрессии генома в различных типах клеток, включая стволовые клетки, без привлечения молекулярно-генети- ческих методов и фармпрепаратов. Таким обра- зом, предложенный механизм биорегуляторно- го воздействия магнитного поля открывает но- вые перспективы и молекулярные мишени для разработки оригинальных биотехнологических, терапевтических и профилактических методов, включая также и методы противоэпидемичес- кой направленности. Согласно прогнозам Центра предсказания космической погоды (Space Weather Prediction Center NOAA/SWPC) очередной максимум солнечной активности следует ожидать в 2013 году [84]. Исходя из вышесказанного, это озна- чает, что в период с 2011 по 2015 год возмуще- ние солнечной активности и сопутствующая динамика геомагнитного поля могут способс- твовать глобальным генетическим и иммуно- логическим изменениям в популяциях челове- ка и других обитателей Земли, что может иметь определённые медико-биологические последс- твия, включая повышение риска возникнове- ния и распространения эпидемических заболе- ваний. Поэтому становится очевидной необхо- димость активации исследований по изучению биорегуляторных эффектов магнитного поля (в частности, геомагнитного). На основе проведенного анализа накоплен- ных научных данных и разработанной нами теории представляется возможным сформу- лировать следующие принципы предлагаемо- го нового научно-практического направления под названием «физическая эпигенетика»: 1. К числу наиболее вероятных биодетекто- ров регуляторных сигналов магнитного поля относятся белки семейства CRY и Ca2+-о по с- редованные сигнальные пути. Крип тохромы являются чувствительной к магнитному полю частью эпигенетического регуляторного аппа- рата клетки и способны выполнять функцию биосенсора флуктуаций геомагнитного поля. 2. Зависимость функциональной активнос- ти CRY от параметров магнитного поля объяс- няется регулярным возникновением в их фун- кционально-активном участке радикальных пар, спиновое состояние которых чувствительно к параметрам внешнего магнитного поля и вли- яет на реакционную активность как самой ра- дикальной пары, так и всей молекулы CRY. 3. Поскольку CRY выполняют функцию реп- рессоров транскрипции и в комплексе с гете- родимером CLOCK/BMAL1 способны блоки- ровать экспрессию многих генов (циркадных, стресс-индуцируемых, генов иммунного отве- та и т.д.), внешнее магнитное поле при опре- делённых условиях посредством CRY может влиять на экспрессию соответствующих генов, регулируя таким образом иммунологическую реактивность организма, его гормональный баланс, адаптационные реакции и пр. 4. Вариации потока космической плазмы (так называемого «солнечного ветра»), коррелиру- ющие с колебаниями уровня солнечной актив- ности, вызывают периодические изменения показателей геомагнитного поля, что может индуцировать координированные изменения картины экспрессии генов у живых организ- мов, населяющих Землю. Указанная зависи- мая от уровня солнечной активности глобаль- ная регуляция экспрессии генов может иметь иммунологические, эпидемиологические и дру- гие значимые для человека последствия. 5. Проведенный анализ позволяет пред- положить, что Солнце и циклы солнечной 66 ISSN 1815-2066. Science and Innovation. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності актив нос ти выполняют функцию глобально- го био ре гулятора биосферных процессов, пе- риодизируя процессы микроэволюции жи- вых организмов и настраивая другие много- летние биоциклы благодаря механизмам маг- нитной био регуляции. Авторы благодарят проф. Леонида Семе но- вича Годлевского за ценные советы, использо- ванные при написании данной статьи. ЛИТЕРАТУРА 1. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. 2-е ed. — М: Мысль, 1976. — 367 с. 2. Sage C., Carpenter D. Eds. BioInitiative Report. A Ra- tio nale for a Biologically-based Public Exposure Stan- dard for Electromagnetic Fields (ELF and RF). — 2007; Available from: www.bioinitiative.org. 3. Ventura C. et al. Turning on stem cell cardiogenesis with extremely low frequency magnetic fields // FASEB J. — 2005. — 19(1). — P. 155—157. 4. McCaig C.D. et al. Controlling cell behavior electrically: current views and future potential // Physiol. Rev. — 2005. — 85(3). — P. 943—978. 5. Carpenter D.O. and C. Sage. Setting prudent public health policy for electromagnetic field exposures // Rev. En vi- ron Health. — 2008. — 23(2). — P. 91—117. 6. Mycielska M.E. and Djamgoz M.B. Cellular mechanisms of direct-current electric field effects: galvanotaxis and metastatic disease // J. Cell. Sci. — 2004. — 117(Pt 9). P. 1631—1639. 7. Slack J.M. The spark of life: electricity and regeneration // Sci. STKE. — 2007. — 2007(405). — P. 54. 8. Zaporozhan V.N. and Ponomarenko A.I. Evidences of regulatory and signaling role of electromagnetic fields in biological objects (review of literature and own studies) // Proceedings of the 4th WSEAS Int. Conf. on Cellular and Mol. Biology, Biophysics and Bioengineering (BIO’08), Canary Islands, December 2008. — P. 43—47; Available from: http://www.wseas.us/e-library/conferences/ 2008/ tenerife/CD-BC/paper/BC07.pdf. 9. McCaig C.D., Song B. and Rajnicek A.M. Electrical di- men sions in cell science // J. Cell. Sci. — 2009. — 122(Pt 23). — P. 4267—4276. 10. Zaporozhan V.N., Khait O.V. and Rebrova T.B. Short- wa ve therapy application in the complex treatment of bening and malignant uterine tumors // In Intnl Mee- ting Microwaves in medicine’91”, 1991, Belgrad. — P. 101—102. 11. Zaporozhan V.N., Khait O.V. and Bespoyasnaya V.V. Ap- p lication of short-wave therapy in complex treatment for endometrial cancer // Eur. J. Gynaecol. Oncol. — 1993. — 14(4). — P. 296—301. 12. Запорожан В.Н., Беспоясна В.В., Соболев Р.В. Ком бі- нована з електромагнітним випромінюванням корек- ція основних регуляторних систем організму при доб- роякісних пухлинах яєчників // Педіатрія, акушерс- тво та гінекологія. — 1997(1). — P. 78—82. 13. Lupke M. et al. Gene expression analysis of ELF-MF exposed human monocytes indicating the involvement of the alternative activation pathway // Biochim. Bio- phys. Acta. — 2006. — 1763(4). — P. 402—412. 14. Maercker C. In vitro gene expression studies and their im pact on high content screening assays in EMF re se- arch. in Application of Proteomics and Transcriptomics in EMF Research. — 2005, Helsinki, Finland. 15. Запорожан В.Н. та ін. Можливі механізми біологіч- ної дії геомагнітного поля (огляд літератури) // Екс- периментальна і клінічна медицина. — 2001. — № 3. — Р. 153—156. 16. Goldberg R.B. and Creasey W.A. A review of cancer in- duc tion by extremely low frequency electromagnetic fi- elds. Is there a plausible mechanism? // Med. Hypo the- ses. — 1991. — 35(3). — P. 265—274. 17. Wertheimer N. and Leeper E. Adult cancer related to elect- rical wires near the home // Int. J. Epidemiol. — 1982. — 11(4). — P. 345—355. 18. Ritz T., Adem S. and Schulten K. A model for photo re cep- tor-based magnetoreception in birds // Biophys. J. — 2000. — 78(2). — P. 707—718. 19. Simko M. Cell type specific redox status is responsible for diverse electromagnetic field effects // Curr. Med. Chem. — 2007. — 14(10). — P. 1141—1152. 20. Fursa E.Y. Magnetic resonance as a channel of directed transmission of electromagnetic energy in animate natu- re, 2002. 21. Бучаченко А.Л., Кузнецов Д.А., Бердинский В.Л. Новые механизмы биологических эффектов электромагнит- ных полей // Биофизика. — 2006. — 51(3). — P. 545—552. 22. Nagakura S.O., Hayashi H. and Azumi T. Dynamic spin chemistry: magnetic controls and spin dynamics of che- mical reactions. 1998, Tokyo, New York: Kodansha; Wi- ley. — 297 p. 23. Lednev V.V. Possible mechanism for the influence of weak magnetic fields on biological systems // Bioelect ro mag- ne tics. — 1991. — 12(2). — P. 71—75. 24. Liboff A.R. Electric-field ion cyclotron resonance. Bio- elec tromagnetics. — 1997. — 18(1). — P. 85—87. 25. Фурса Е.Я. Мироздание — мир волн, резонансов и … ни- чего более. — Минск: УниверсалПресс, 2007. — 480 с. 26. Schulten K., Swenberg C.E. and Weller A. A biomagnetic sen sory mechanism based on magnetic field modulated co herent electron spin motion // Z. Phys. Chem. — 1978. — NF111. — P. 1—5. 27. Rodgers C.T. and Hore P.J. Chemical magnetoreception in birds: the radical pair mechanism // Proc.Natl. Acad. Sci. USA. — 2009. — 106(2). — P. 353—360. 67ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності 28. Сагдеев Р.З. и др. Влияние магнитного поля на ради- кальные реакции // Письма в ЖЭТФ. — 1972(16). — P. 599—602. 29. Jonah C.D. and Madhava Rao B.S. Radiation chemistry : present status and future trends. 1st ed. Studies in phy- sical and theoretical chemistry 87. — 2001, Amsterdam; New York: Elsevier. — 755 p. 30. Hayashi H. Introduction to dynamic spin chemistry: mag- netic field effects on chemical and biochemical re actions, in World scientific lecture and course notes in chemist- ry. — vol. 8. — 2004, World Scientific: River Edge, N.J. 31. Eichwald C. and Walleczek J. Model for magnetic field ef- fects on radical pair recombination in enzyme kinetics // Biophys. J. — 1996. — 71(2). — P. 623—631. 32. Izmaylov A.F., Tully J.C. and Frisch M.J. Relativistic in- teractions in the radical pair model of magnetic field sen se in CRY-1 protein of Arabidopsis thaliana // J. Phys. Chem. A. — 2009. —113(44). — P. 12276—12284. 33. Brocklehurst B. Magnetic fields and radical reactions: re- cent developments and their role in nature // Chem. Soc. Rev. — 2002. — 31(5). — P. 301—311. 34. Ahmad M. et al. Magnetic intensity affects cryptochrome- dependent responses in Arabidopsis thaliana // Planta. — 2007. — 225(3). — P. 615—624. 35. Harris S.R. et al. Effect of magnetic fields on cryp to ch ro- me-dependent responses in Arabidopsis thaliana // J. R. Soc. Interface, 2009. 6(41). — P. 1193—11205. 36. Lin C. and Todo T. The cryptochromes // Genome Biol. — 2005. — 6(5). — P. 220. 37. Brudler R. et al. Identification of a new cryptochrome class. Structure, function, and evolution // Mol. Cell. — 2003. — 11(1). — P. 59—67. 38. Partch C.L. and Sancar A. Photochemistry and pho to- bio logy of cryptochrome blue-light photopigments: the se arch for a photocycle // Photochem Photobiol. — 2005. — 81(6). — P. 1291—1304. 39. Solov’yov I.A. and Schulten K. Magnetoreception through cryptochrome may involve superoxide // Biophys. J. — 2009. — 96(12). — P. 4804—4813. 40. Zhu H., Conte F. and Green C.B. Nuclear localization and transcriptional repression are confined to separable do- mains in the circadian protein CRYPTOCHROME // Curr. Biol. — 2003. — 13(18). — P. 1653—1658. 41. Chaves I. et al. Functional evolution of the photolyase/ cryptochrome protein family: importance of the C ter mi- nus of mammalian CRY1 for circadian core oscillator per- formance // Mol. Cell. Biol. — 2006. — 26(5). — P. 1743— 1753. 42. Allada R. et al. Stopping time: the genetics of fly and mo- use circadian clocks // Annu. Rev. Neurosci. — 2001. — 24. — P. 1091—1119. 43. Cashmore A.R. Cryptochromes: enabling plants and ani- mals to determine circadian time // Cell. — 2003. — 114(5). — P. 537—543. 44. Kaushik R. et al., PER-TIM interactions with the pho- toreceptor cryptochrome mediate circadian temperature responses in Drosophila // PLoS Biol. — 2007. — 5(6). — P. 1257—1266. 45. Panda S. and Hogenesch J.B. It’s all in the timing: many clocks, many outputs // J. Biol. Rhythms. — 2004. — 19(5). — P. 374—387. 46. Langmesser S. et al. Interaction of circadian clock pro te- ins PER2 and CRY with BMAL1 and CLOCK // BMC Mol Biol. — 2008. — 9. — P. 41. 47. Etchegaray J.P. et al. Rhythmic histone acetylation un der- lies transcription in the mammalian circadian clock // Nature. — 2003. — 421(6919). — P. 177—182. 48. Kondratov R.V. et al. Dual role of the CLOCK/BMAL1 cir- cadian complex in transcriptional regulation // FASEB J. — 2006. — 20(3). — P. 530—532. 49. Reiter R.J. Static and extremely low frequency elect ro- mag netic field exposure: reported effects on the circadian production of melatonin // J. Cell. Biochem. — 1993. — 51(4). — P. 394—403. 50. Choi Y.M. et al. Extremely low frequency magnetic field exposure modulates the diurnal rhythm of the pain thre- shold in mice // Bioelectromagnetics. — 2003. — 24(3). — P. 206—210. 51. Goodman R. et al. Transcription in Drosophila mela no gaster salivary gland cells is altered following exposure to low- frequency electromagnetic fields: analysis of chro mosome 3R // Bioelectromagnetics. — 1992. — 13(2). — P. 111—118. 52. Litovitz T.A. et al. Amplitude windows and transiently augmented transcription from exposure to elect ro mag- ne tic fields // Bioelectromagnetics. — 1990. — 11(4). — P. 297—312. 53. Wei L.X., Goodman R., and Henderson A., Changes in levels of c-myc and histone H2B following exposure of cells to low-frequency sinusoidal electromagnetic fields: evidence for a window effect // Bioelectromagnetics. — 1990. — 11(4). — P. 269—272. 54. Hirai T. and Yoneda Y. Transcriptional regulation of neu- ronal genes and its effect on neural functions: gene ex- pression in response to static magnetism in cultured rat hippocampal neurons // J. Pharmacol. Sci. — 2005. — 98(3). — P. 219—224. 55. Barnes F.S. and Greenebaum B. Handbook of biological effects of electromagnetic fields. Bioengineering and bio- physical aspects of electromagnetic fields. 3rd ed. 2007, Boca Raton, FL: CRC/Taylor & Francis. [xxxvi]. — 440 p. 56. Mellstrom B. and Naranjo J.R. Mechanisms of Ca(2+)- de pendent transcription // Curr Opin Neurobiol. — 2001. — 11(3). — P. 312—319. 57. Mellstrom B. et al. Ca2+-operated transcriptional net- works: molecular mechanisms and in vivo models // Phy- siol. Rev. — 2008. — 88(2). — P. 421—449. 58. Bootman M.D. et al. An update on nuclear calcium sig nal- ling // J. Cell. Sci. — 2009. — 122(Pt 14). — P. 2337—2350. 68 ISSN 1815-2066. Science and Innovation. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності 59. Savignac M., Mellstrom B., and Naranjo J.R. Calcium-de- pendent transcription of cytokine genes in T lympho cy- tes // Pflugers Arch.— 2007. — 454(4). — P. 523—533. 60. Nuccitelli S. et al. Hyperpolarization of plasma membrane of tumor cells sensitive to antiapoptotic effects of mag- ne tic fields // Ann. N-Y Acad. Sci. — 2006. — 1090. — P. 217—225. 61. Cho M.R. et al. Transmembrane calcium influx induced by ac electric fields // FASEB J. — 1999. — 13(6). — P. 677— 683. 62. Chionna A.D.M. et al. Cell shape and plasma membrane alterations after static magnetic fields exposure // Eur. J. Histochem. — 2003. — 47(4). — P. 299—308. 63. Blackman C.F. et al. Effects of ELF (1-120 Hz) and modulated (50 Hz) RF fields on the efflux of calcium ions from brain tissue in vitro // Bioelectromagnetics. — 1985. — 6(1). — P. 1—11. 64. Liboff A.R. Electric polarization and the viability of li- ving systems: ion cyclotron resonance-like interactions // Electromagn. Biol. Med. — 2009. — 28(2). — P. 124—134. 65. Flipo D. et al. Increased apoptosis, changes in intracellular Ca2+, and functional alterations in lymphocytes and mac- rophages after in vitro exposure to static magnetic field // J. Toxicol. Environ. Health A. — 1998. — 54(1). — P. 63—76. 66. Conti P. et al. A role for Ca2+ in the effect of very low fre quency electromagnetic field on the blastogenesis of human lymphocytes // FEBS Lett. — 1985. — 181(1). — P. 28—32. 67. Walleczek J. Electromagnetic field effects on cells of the immune system: the role of calcium signaling // FASEB J. — 1992. — 6(13). — P. 3177—3185. 68. Запорожан В.Н. и др. Влияние изменений геомагнит- ного поля на формирование особенностей развития острых нарушений мозгового кровообращения // Екс- периментальна і клінічна медицина. — 2002(2). — P. 100—102. 69. Bonizzi G. and Karin M. The two NF-kappaB activation pathways and their role in innate and adaptive immunity // Trends. Immunol. — 2004. — 25(6). — P. 280—288. 70. Hayden M.S. and Ghosh S. Signaling to NF-kappaB // Ge nes. Dev. — 2004. —18(18). — P. 2195—2224. 71. Bozek, K. et al. Promoter analysis of Mammalian clock con trolled genes // Genome Inform. — 2007. — 18. — P. 65—74. 72. Nader N., Chrousos G.P. and Kino T. Circadian rhythm transcription factor CLOCK regulates the transcriptional activity of the glucocorticoid receptor by acetylating its hinge region lysine cluster: potential physiological im p- li cations // FASEB J. — 2009. — 23(5). — P. 1572—1583. 73. McKay L.I. and Cidlowski J.A. CBP (CREB binding pro- tein) integrates NF-kappaB (nuclear factor-kappaB) and glucocorticoid receptor physical interactions and anta go- nism // Mol. Endocrinol. — 2000. — 14(8). — P. 1222—1234. 74. Nikolova T. et al. Electromagnetic fields affect transcript levels of apoptosis-related genes in embryonic stem cell- derived neural progenitor cells // FASEB J. — 2005. — 19(12). — P. 1686—1688. 75. Delle Monache S. et al. Extremely low frequency elect ro- mag netic fields (ELF-EMFs) induce in vitro angio ge ne- sis process in human endothelial cells // Bioe lec tro mag- netics. — 2008. — 29(8). — P. 640—648. 76. Goodman R. et al. Extremely low frequency electro mag- netic fields activate the ERK cascade, increase hsp70 pro tein levels and promote regeneration in Planaria // Int. J. Radiat Biol. — 2009.— P. 1—9. 77. Maercker C. Do electromagnetic fields induce stress res- ponse? A whole-genome approach helps to identify cel- lu lar pathways modulated by electromagnetic fields in Application of Proteomics and Transcriptomics in EMF Research. — 2005, Helsinki, Finland. 78. Simko M. and Mattsson M.O. Extremely low frequency electromagnetic fields as effectors of cellular responses in vitro: possible immune cell activation // J. Cell. Bio- chem. — 2004. — 93(1). — P. 83—92. 79. Bonhomme-Faivre L. et al. Alterations of biological pa- ra meters in mice chronically exposed to low-frequency (50 Hz) electromagnetic fields // Life Sci. — 1998. — 62(14). — P. 1271—1280. 80. Bonhomme-Faivre L. et al. Study of human neuro ve ge ta ti ve and hematologic effects of environmental low-fre qu en cy (50-Hz) electromagnetic fields produced by tran s for mers // Arch. Environ. Health. — 1998. — 53(2). — P. 87—92. 81. Frahm, J. et al. Alteration in cellular functions in mouse macrophages after exposure to 50 Hz magnetic fields // J Cell Biochem. — 2006. — 99(1). — P. 168—177. 82. Pikarsky E. and Ben-Neriah Y. NF-kappaB inhibition: a double-edged sword in cancer? // Eur. J. Cancer. — 2006. — 42(6). — P. 779—784. 83. Li Q., Withoff S. and Verma I.M., Inflammation-asso cia- ted cancer: NF-kappaB is the lynchpin // Trends. Im- mu nol. — 2005. — 26(6). — P. 318—325. 84. Solar Cycle Progression Space Weather Prediction Cen- ter (NOAA/SWPC) 2009; Available from: http://www. swpc.noaa.gov/SolarCycle/. В.М. Запорожан, А.І. Пономаренко МЕХАНІЗМИ ВПЛИВУ СЛАБКОГО МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА ЕКСПРЕСІЮ ГЕНОМУ: ОСНОВИ ФІЗИЧНОЇ ЕПІГЕНЕТИКИ Розроблена теорія, згідно з якою акцептором магніт- ного поля у генетичному апараті клітини є протеїни сі- мейства криптохромів (CRY), відомі як репресори голов- ного циркадного транскрипційного комплексу CLOCK/ BMAL1. Представлений механізм дозволяє магнітному полю виконувати функції біорегулятора на генетичному рівні. Опосередкована магнітним полем біорегуляція 69ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 6, 2011 Наукові основи інноваційної діяльності може позначатись на здоров’ї людини, а також впливати на епідеміологічні, еволюційні, кліматичні та інші гло- бальні процеси в біосфері. Ключові слова: електромагнітне поле, радикальні па- ри, криптохроми, експресія генів, NF-κB, циркадні ритми, транскрипція. V.N. Zaporozhan, A.I. Ponomarenko MECHANISMS OF WEAK MAGNETIC FIELD INFLUENCE ON GENE EXPRESSION: BASICS OF PHYSICAL EPIGENETICS According to the developed theory, proteins of the Cryptochrome family (CRY) are the primary magnetic fi- eld acceptor in the cell genome. These proteins are known as repressors of the major circadian transcriptional com- plex CLOCK/BMAL1. The mechanism described allows mag netic field to perform bioregulation functions on ge- nome level. The magnetic field-mediated biore gulation is able to influence human health and may have epidemio- logical, evolutionary, climate-regulatory and ot her global consequences for biosphere. Key words: electromagnetic field; radical pairs; Cry pto- chrome; gene expression; NF-κB; circadian rhythms, tran sc- ription. Стаття надійшла до редакції 10.03.11

Механизмы влияния слабого магнитного поля на экспрессию генома: основы физической эпигенетики

Репозитарії

Схожі ресурси