Модуляція високопровідних катіонних каналів ядерної мембрани нейронів Пуркіньє мозочка щурів лігандами адренергічних і холінергічних рецепторів
No Thumbnail Available
Date
2026
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Надтока С.О. Модуляція високопровідних катіонних каналів ядерної мембрани нейронів Пуркіньє мозочка щурів лігандами адренергічних і холінергічних рецепторів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 09 – «Біологія» за спеціальністю 091 – «Біологія». – Інститут фізіології імені О.О. Богомольця НАН України, Київ, 2026
Description
Ядра еукаріотичних клітин оточені двошаровою оболонкою, яка складається із зовнішньої та внутрішньої мембран. Крім структурних білків і ядерних пор, у складі ядерної мембрани можна відзначити наявність інозитол-трифосфатних (IP3R) та ріанодинових каналів (RyR), Са2+-АТФази, а також калієві та хлорні канали. Опосередковане IP3R та RyR вивільнення Ca2+ з клітинних депо, зокрема, з ендоплазматичного ретикулуму (ЕПР) та перинуклеарного простору, об’єднаних між собою, супроводжується зміною електрохімічного градієнту та наближенням мембранного потенціалу ЕПР до рівноважного потенціалу Ca2+, що протидіє подальшому вивільненню цих іонів. Компенсація зміни заряду мембрани під час руху Ca2+ із депо забезпечується одночасним током позитивно заряджених іонів у протилежному напрямку, всередину ретикулуму та перинуклеарного простору. Водночас, попри важливість такого протитоку для Ca2+-опосередкованої внутрішньоклітинної сигналізації, на даний момент залишається дискусійним, які канали його забезпечують. На їх роль було запропоновано тримерні внутрішньоклітинні катіонні канали (TRIC-канали) та високопровідні катіонні канали (LCC-канали). При цьому TRIC-канали є майже непровідними до іонів Cs+, що ставить під сумнів їх участь у створенні протитоку позитивних іонів у експериментах із вивільненням Ca2+ у середовищі із заміною K+ в цитозолі на Cs+. LCC-канали, водночас, є провідними як до K+, так і до Cs+, що дозволяло б їм забезпечувати
компенсаторний струм у цих умовах. Крім цього, щільність розташування LCC-каналів у ядерній мембрані корелює зі щільністю IP3R, додатково наштовхуючи на думку про їх коекспресію та пов’язаність функцій.
Однак, попри можливу участь LCC-каналів у вивільненні Ca2+ з клітинних депо, особливості функціонування та модуляції цих каналів залишаються маловивченими. Раніше було показано, що такі н-холіномодулятори, як нікотин та нейротоксин ІІ, можуть проявляти інгібувальний ефект щодо LCC-каналів, тож науковий інтерес становить перевірка того, чи притаманна подібна дія і іншим сполукам цього класу, а також чи є ця здатність унікальною саме для холіномодуляторів, що могло б наштовхувати на припущення про подібність регуляції холінорецепторів і LCC-каналів, чи спостерігається також і в сполук, що належать до інших класів.
Із урахуванням зазначеного, метою цієї роботи було охарактеризувати вплив адреномодуляторів, а також модуляторів нікотинових та мускаринових холінорецепторів на LCC-канали ядерної мембрани нейронів Пуркіньє мозочка щурів. Відповідно до наведеної мети, було поставлено завдання дослідити електрофізіологічні властивості LCC-каналів за дії модуляторів нікотинових і мускаринових холінорецепторів, адренорецепторів, а також порівняти вплив досліджених сполук і визначити, які речовини є найбільш ефективними модуляторами LCC-каналів. Об’єктом дослідження були LCC-канали ядерної мембрани нейронів Пуркіньє мозочка щурів лінії Wistar, а предметом дослідження – електрофізіологічні характеристики LCC-каналів під впливом модуляторів холіно- та адренорецепторів.
Основним методом досліджень був patch clamp у конфігурації nucleus attached та в режимі voltage clamp. Значення потенціалу ядерної мембрани фіксували почергово при ˗40 мВ, +40 мВ, ˗60 мВ та +60 мВ, та реєстрували іонний струм, що проходив крізь петч-ділянку. На підставі отриманих реєстрацій визначали такі параметри електрофізіологічної активності LCC-каналів, як амплітуда іонного струму крізь них, та їх ймовірність перебування у відкритому стані (Po) за вказаних значень мембранного потенціалу в умовах
контролю та при додаванні мекамиламін гідрохлориду, ацетилхолін хлориду, карбахолін хлориду, панкуроній броміду, векуроній броміду, атропін сульфату, пілокарпін гідрохлориду, платифілін гідротартату, норепінефрин гідрохлориду, епінефрин гідрохлориду, пропранолол гідрохлориду та ізопреналін гідрохлориду.
Згідно з проведеними дослідженнями було встановлено, що з-поміж вивчених модуляторів нікотинових холінорецепторів (мекамиламін, ацетилхолін, карбахолін, панкуроній, векуроній) найбільш виражене зниження амплітуди струму крізь LCC-канали за умови додавання речовини до ванночки має векуроній (зниження параметру на 50,9% при ˗60 мВ), а при додаванні через петч-піпетку – ацетилхолін (зниження на 25,4% при ˗40 мВ). Найефективніше зменшує ймовірність відкритого стану цих каналів при додаванні у ванночку мекамиламін (на 44,9% при ˗40 мВ), а при застосуванні речовин через петч-піпетку жодна зі сполук не знижує значення цього параметру, тоді як ацетилхолін його підвищує (на 106,7% при ˗60 мВ). Серед вивчених модуляторів мускаринових холінорецепторів (атропін, платифілін, пілокарпін) найефективніше знижує амплітуду струму крізь LCC-канали атропін як при додаванні до ванночки (на 19,8% при ˗40 мВ), так і до петч-піпетки (на 23,5% при +40 мВ), водночас при аплікації через петч-піпетку платифілін підвищує значення цього параметру (на 20,9% при ˗40 мВ). Найбільшою мірою Ро LCC-каналів зменшується при додаванні платифіліну у ванночку (на 52,6% при ˗40 мВ), та пілокарпіну при аплікації розчину сполуки через петч-піпетку (на 68,3% при ˗40 мВ). Найефективніше зниження амплітуди струму крізь LCC-канали при використанні адреномодуляторів (норепінефрин, епінефрин, пропранолол, ізопреналін) за їх додавання у ванночку спостерігається при застосуванні ізопреналіну (на 52,7% при ˗60 мВ). Зменшення Ро LCC-каналів при цьому найбільшою мірою зумовлює норепінефрин (на 53,8% при ˗40 мВ), водночас ізопреналін є єдиною сполукою цього класу, яка підвищує значення вказаного параметра (на 72,7% при ˗60 мВ). Крім цього, вплив мекамиламіну, атропіну та ізопреналіну на LCC-
канали супроводжується ефектом миготіння цих каналів, особливо вираженим за дії ізопреналіну.
Підсумовуючи і порівнюючи сполуки різних класів між собою, можна констатувати, що з-поміж усіх досліджених речовин найефективніше зменшує амплітуду струму крізь LCC-канали при додаванні у ванночку зі зразком векуроній бромід та ізопреналін, а при додаванні речовини у піпетку – ацетилхолін. Зниження ймовірності відкритого стану цих каналів при додаванні речовини у ванночку є найбільш вираженим при використанні норепінефрину, а при додаванні розчину через піпетку – при використанні пілокарпіну. В той же час підвищення амплітуди струму при додаванні речовини до ванночки спостерігається лише при використанні мекамиламіну, а при додаванні до піпетки – лише платифіліну. Збільшує Ро LCC-каналів при додаванні до ванночки тільки ізопреналін, а при застосуванні через петч-піпетку – тільки ацетилхолін.
Отримані результати роблять можливим підбір модуляторів LCC-каналів відповідно до визначеного завданнями майбутніх досліджень цільового ефекту, розкривають специфічність їх регуляції залежно від сторони мембрани, що може свідчити про гетерогенність будови LCC-каналів з внутрішньоядерного та перинуклеарного боків, а також закладають основу для майбутнього аналізу закономірностей хімічної будови, які забезпечують здатність сполук модулювати окремі властивості цих каналів.
Keywords
іонні канали, patch clamp, модуляція, електрична активність, нейрони, кальцієва сигналізація, потенціал-залежний струм, ядерна мембрана, електрофізіологія, модулятори холінорецепторів, модулятори адренорецепторів