Інститут Фізіології ім. О.О. Богомольця
Communities in DSpace
Select a community to browse its collections.
Recent Submissions
Порушення Са2+ -залежної сигналізації гіпокальцину як механізм первинної аутосомно-рецесивної ізольованої дистонії
(2024) Дромарецький Андрій Валентинович; Білан Павло Володимирович, доктор біологічних наук, професор
Кальцієва сигналізація в нейронах є необхідною для регуляції багатьох клітинних функцій. Механізми, за допомогою яких зміни внутрішньоклітинної концентрації іонів кальцію у нейронах можуть регулювати ці функції, в більшості випадків забезпечуються за допомогою невеликих проміжних універсальних або спеціалізованих нейронних кальцієвих сенсорних білків (Neuronal Ca2+ Sensor (NCS) proteins). Саме ці білки в подальшому регулюють активність ефекторних білків, таких як канали, насоси та ензими. Останні дослідження доводять, що ці білки є вкрай важливими в різних аспектах нейронних дисфункцій і що генетичні мутації білків NCS прямо впливають на розвиток неврологічних захворювань. Таким чином, детальне розуміння фундаментальних аспектів молекулярних і клітинних механізмів регуляції ефекторів за допомогою нейронних кальцієвих сенсорних білків і їх патологічних
змін є вкрай важливим для розробки новітніх підходів до лікування різноманітних нервових захворювань. Первинна автосомно-рецесивна ізольована дистонія (DYT2) є неврологічним захворюванням, яке проявляється у вигляді неконтрольованих постійних або повторюваних скороченнях м’язів. Такі скорочення можуть призводити до аномальних рухів кінцівок та болісних поз у пацієнта, що негативним чином впливає на якість їх життя. Нещодавні дослідження вказують на зв’язок даного захворювання з мутаціями гена нейронного кальцієвого сенсорного білка гіпокальцина (HPCA), а саме точковими міссенс-мутаціями N75K та T71N. Цей ген майже виключно експресується у мозку, особливо з високим рівнем експресії у корі, смугастому тілі, мозочку та гіпокампі – саме в тих його ділянках, що змінюються при розвитку дистонії. HPCA має три EF домени, що здатні приєднувати Ca2+ . Приєднання Ca2+ до цих доменів призводить до кальцій-залежної конформаційної зміни білка, що супроводжується виходом його N-термінального кінця, котрий містить залишок жирної кислоти мірістоілу, з гідрофобної кишені молекули. Це дозволяє HPCA переміщуватись (транслокуватись) з цитозолю і вбудовуватися за допомогою мірістоілу до внутрішнього шару плазматичної мембрани. Раніше було показано, що саме ця -залежна транслокація HPCA призводить до гальмування коркових та гіпокампальних нейронів завдяки активації струму повільної постгіперполяризації (sAHP). Метою роботи було встановити біофізичні механізми сигналізації гіпокальцина, що
контролюють струм повільної гіперполяризації, виявити відмінності в біофізичних властивостях мутантних варіантів T71N та N75K білка гіпокальцина від властивостей білка дикого типу, а також обумовлені цими відмінностями порушення молекулярних сигнальних механізмів, в роботі яких цей білок бере участь. Дослідження проводилось з використанням генетичних, електрофізіологічних та флуоресцентних методів. А для оцінки концентрації експресованих в нейронах різних екзогенних варіантів гіпокальцина було розроблено новітню методику виміру концентрації досліджуваних флуорофорів, що заснована на використанні оптичних спектральних характеристик обладнання та використаних флуоресцентних міток і опорних барвників з відомою концентрацією. В роботі показано, що мутація N75K, виявлена при дистонії типу DYT2, призводить до втрати гіпокальцином його функцій, як сенсора іонів кальцію при фізіологічній нейронній активності. Такий мутований гіпокальцин не може контролювати розвиток повільної постгіперполяризації в нейронах, адже ця мутація змінює можливості гіпокальцина до Ca2+ -залежної транслокації із цитозолю до плазматичної мембрани. Транслокація гіпокальцина N75K до плазматичної мембрани апікального дендрита нейрона, який бере участь в генерації струму повільної постгіперполяризації, була помітно та достовірно зменшена порівняно з гіпокальцином дикого типу. Це зменшення супроводжувалось неспроможністю мутантного варіанту гіпокальцина N75K викликати струм повільної постгіперполяризації в додаток до того струму, що був викликаний транслокацією ендогенного гіпокальцина. В той час як експресія гіпокальцина дикого типу призводила до збільшення цього струму. Проте, дана мутація N75K не впливає ні на мірістоіловий пере-
микач, ні на просторовий розподіл вбудовування білка до плазматичної мембрани. Водночас мутація T71N не призводить до змін у транслокації гіпокальцина. Загалом мутація N75K зумовлює підвищену збудливість нейронів у відповідь на серію пачок потенціалів дії та θ-стимуляцію, оскільки даний мутант не викликає гальмівні струми повільної постгіперполяризації. Таким чином, наступні за пачковою активністю нейронів постсинаптичні струми будуть викликати потенціали дії у таких нейронах з більшою імовірністю, що може бути механізмом рухових розладів, які спостерігаються при первинній дистонії типу DYT2. Моделювання нейронної активності підтверджує порушену і надмірну збудливість нейронів з мутантним варіантом гіпокальцина N75K подібно до клітин з відсутнім гіпокальцином. Модель нейрона з урахуванням Ca2+ -залежної передачі сигналу за допомогою гіпокальцина та викли-
каного його транслокацією струму повільної постгіперполяризації чітко повторює як експериментально виміряні транслокації гіпокальцина, так і струми повільної постгіперполяризації, що спостерігались в наших експериментах. Дослідження з моделюванням на основі такої моделі показали підвищену збудливість нейронів які експресують мутантний варіант N75K, в порівнянні з диким типом гіпокальцина. Це підвищення було показано в різних умовах, при яких генерація потенціалів дії може виникати у нейронах центральній нервовій системі. Зокрема було показано, що мутація N75K призводить до скорішого початку та збільшеної частоти тонічної нейронної активності, підвищеної генерації потенціалів дії та порушеної адаптації їх частоти в межах серії імпульсів які індуковані синаптичною стимуляцією, а також значного зменшення інтервалу часу затримки до наступного потенціалу дії, що
викликається постсинаптичним потенціалом. Отримані результати вказують на те, що генетичні втручання націлені на збільшення експресії гіпокальцина дикого типу у нейронах аномально збуджених низхідних шляхів, котрі регулюють роботи скелетної мускулатури, може відновити повільну постгіперполяризацію в цих нейронах і нормалізувати тонус мускулатури. Таке втручання могло б бути ефективним інструментом для лікування пацієнтів з даним типом дистонії.
Роль різних шляхів метаболізму L-цистеїну в реакціях серця на навантаження
(2021) Федічкіна Раїса Андріївна; Сагач Вадим Федорович, професор, доктор мед. наук, член-кор. НАН України
Дисертаційна робота присвячена дослідженню ролі двох шляхів метаболізму L-цистеїну в реалізації функції серця в умовах навантаження об’ємом та ішемії-реперфузії. Застосовували пропаргілгліцин (PAG) - інгібітор цитоплазматичної синтази сірководню (H2S), інгібітор синтезу глутатіону (бутіонінсульфоксимін, BSO) та попередник їх синтезу L-цистеїн. Показано, що інгібування синтезу H2S в комбінації з додаванням L-цистеїну значно підвищувало функціональні резерви серця. Потужний інотропний ефект комбінації PAG+L-цистеїн нівелювався додаванням BSO. Це свідчить, що стимуляція ендогенного синтезу глутатіону надзвичайно важлива для реалізації закону Франка-Старлінга та відповіді міокарда на навантаження.
Стимуляція синтезу глутатіону з L-цистеїну мала потужний кардіопротекторний ефектна в моделі ішемії-реперфузії ізольованого серця щурів. Відновлення скоротливої функції серця в реперфузійних умовах з додаванням PAG+L-цистеїну сягало 95%, ефективність споживання кисню міокардом була значно вищою, ніж в контролі, і всі ці ефекти відмінялись попереднім введенням BSO. Біохімічні дослідження показали, що у групі із введенням PAG+L-цистеїн значно знижувалась швидкість генерації супероксидного, гідроксильного радикалів та пероксиду водню в тканинах серця за дії ішемії-реперфузії. Зниження рівнів малонового диальдегіду та дієнових коньюгатів під дією комбінації PAG+L-цистеїн свідчить про менший ступінь перекисного окислення ліпідів, індукованого ішемією. Вміст відновленого та окисленого глутатіону збільшувався в два з половиною рази під дією комбінації PAG+L-цистеїн і був значно вищий на фоні ішемії-реперфузії. Ці дані свідчать, що стимуляція ендогенного синтезу глутатіону шляхом перемикання метаболізму L-цистеїну з утворення сірководню має потужний кардіопротекторний потенціал. За такого шляху активації антиоксидантних систем зберігалася цілісність мітохондрій і пригнічувалось утворення мітохондріальних пор транзиторної провідності (МPTP), про що свідчило менше вивільнення мітохондріального фактора у відтікаючий від ізольованого серця розчин після ішемії. Крім того показано, що постішемічне введення препарату відновленого глутатіону сприяє більш повному відновленню функції ізольованого серця, знижує кисневу вартість його роботи та зменшує утворення MPTP підчас реперфузії, що вказує на важливість високих рівнів глутатіону в реперфузійний період.
Таким чином, кардіопротекторний ефект модуляції метаболізму L-цистеїну має антиоксидантний, мембраностабілізуючий ефект, що може бути перспективним напрямком для корекції порушень функції серця за умов розвитку серцевої недостатності та станів, що супроводжуються ішемічно-реперфузійним пошкодженням
МОРФОФУНКЦІОНАЛЬНІ ОСОБЛИВОСТІ ТИМУСА, НАДНИРКОВИХ ЗАЛОЗ І ПОКАЗНИКИ КРОВІ ЩУРІВ НА ТЛІ МЕХАНІЧНОЇ РАНИ ПРИ ТЮТЮНОВІЙ ІНТОКСИКАЦІЇ ЇХНІХ БАТЬКІВ
(2021) Ткаченко Вікторія Миколаївна; Комісова Тетяна Євгенівна, кандидат біологічних наук, професор кафедри анатомії і фізіології людини, Харківський національний педагогічний університет імені Г.С. Сковороди
У дисертаційній роботі експериментально доведено, що пасивне батьківське куріння призводить до порушення імуноендокринної системи, а саме морфофункціонального стану тимуса та надниркових залоз нащадків на тлі механічної рани.
На тлі перебігу першої фази ранового процесу виявлено зменшення епітеліальних клітин та ознаки деструкції ядерного апарату у мозковій речовині тимуса нащадків. У щурят експериментальних груп встановлено ознаки підвищеного морфофункціонального стану пучкової зони надниркових залоз та різнонаправлений рівень кортикостерону, що призвело до пригнічення реактивності, яке негативно вплинуло на нормальний перебіг загоєння ран.
Перебіг ранового процесу у нащадків залежав від вмісту нікотину і смол у цигарках та від моделі куріння у подружній парі (курить лише батько або обидва батьки). Показано, що у нащадків, батьки яких обкурювалися цигарками з фільтром, динаміка загоєння рани характеризувалася посиленням вторинної альтерації навколо пошкодженої ділянки та розвитком флегмони. У нащадків, батьки яких обкурювалися цигарками без фільтру, під час ранового процесу відмічалися ділянки з гнійним інфільтратом та великими некротичними змінами.
У нащадків експериментальних груп виявлено збільшення кількості лейкоцитів у крові, зменшення або підвищення вмісту загального білку, сіромукоїдів та фракцій білків. Зміни показників крові у більшому ступені були виражені у нащадків-щурят, батьки яких обкурювалися цигарками без фільтру.
Встановлено, що хронічна тютюнова інтоксикація батьків призводить до зниження індексу виживання нащадків та до скорочення строків їхнього фізичного розвитку, особливо у групі, де обкурювалися самець і самиця.
Роль протон-чутливих іонних каналів у модуляції активності нейронних мереж гіпокампа щурів у нормі та за умов патологічної синхронізації
(2021) Романов Артур Костянтинович; Кришталь Олег Олександрович, доктор біологічних наук, академік НАН України
Дисертація присвячена дослідженню ролі протон-чутливих іонних каналів (ASIC) у модуляції нейронних мереж гіпокампа щурів в фізіологічних умовах та в умовах викликаної епілептиформної активності мереж гіпокампа.
В роботі вперше досліджено вплив блокування ASIC каналів у in-vitro моделях епілептиформної активності з використанням новітнього селективного блокатора ASIC1a каналів 5b. У роботі визначено оптимальні умови перфузування та карбогенізації зрізів мозку, що є критично важливим для проведення достовірних досліджень. Показано, що зміна швидкості перфузії та рівня оксигенації зрізів модифікує потужність викликаної епілептиформної активності. Вперше показано функціональні відмінності розвитку епілептиформної активності в вентральній та дорзальній частинах гіпокампа. У роботі вперше продемонстровано, що блокада ASIC1a в умовах низько-магнієвої та 4-АП моделей індукції епілептиформної активності призводить до зниження частотних характеристик епілептиформної активності та знижує частоту спонтанної генерації потенціалів дії у гіпокампі. Також було досліджено можливі механізми, які опосередковують вищеназвані зміни. У роботі вперше було продемонстровано, що вилучення ASIC каналів з каскаду синаптичної провідності не має впливу на збуджуючу синаптичну активність, в той же час достовірно підвищуючи частотні характеристики гальмівної активності, таким чином зміщення балансу між гальмуванням та збудженням внаслідок блокади ASIC1a призводить до зменшення загальної збудливості та має протиепілептичний ефект.
Підсумовуючи отримані результати, можна сказати, що дана робота підтверджує ідею пресинатичного впливу ASIC каналів на ймовірність активації ГАМК рецепторів, з огляду на те, що блокада ASIC1a не впливає на амплітудні характеристики збуджуючих постсинаптичних струмів. Використовуючи новітній селективний блокатор ASIC1a, у роботі продемонстровано роль цих каналів у регуляції гальмівної синаптичної активності у ЦНС та їх важливість як мішені для майбутніх протиепілептичних препаратів