Том 68, № 4 (2023)

Одна из стратегий, разработанных организмами для выживания в холодных экосистемах, где есть риск замерзания - наработка белков, способных связывать лед. Эти белки обладают важной способностью - связываться с поверхностью льда, влиять на его рост и предотвращать повреждение и гибель клеток. Для понимания механизма взаимодействия таких белков со льдом, необходимо знать их структуру. Данное исследование вносит вклад в изучение структурно-динамических механизмов действия лед-связывающих белков, которые обеспечивают адаптацию организмов в критических условиях. Изучение вклада белков, способных связывать лед, в адаптацию к холоду открывает широкие возможности в решении ряда интересных задач медицины, включая разработку эффективных клеточных и органных криопротекторов, а также долгосрочного хранения продуктов питания без потери их потребительских свойств в пищевой промышленности.

Проведено исследование взаимодействия антиоксидантов - растительного полифенола ресвератрола и донора оксида азота серанитрозильного комплекса железа с тиосульфатом Na2[Fe2(S2O3)2(NO)4^4H2O (ТНКЖ-тио) - и их совместного действия на митохондрии эпикотилей проростков гороха in vitro. Антиоксидантная активность ресвератрола в концентрации 10^-6 М частично компенсировала токсическое действие ТНКЖ-тио в большой концентрации, что вероятнее всего связано с проявлением прооксидантных свойств высоких концентраций донора оксида азота. Воздействие ресвератрола в концентрациях 10^-6 М и 10^-8 М на мембраны митохондрий, выделенных из эпикотилей проростков гороха, в присутствии 10^-8 М ТНКЖ-тио, приводило к нарушению связей в системе регуляции пероксидного окисления липидов мембран, что вызывало антиоксидантный стресс. Действие ресвератрола в дозе 2-10^-5 М носило двойственный характер и практически не влияло на структурное состояние мембран митохондрий.

Представлен обзор молекулярных механизмов внутриклеточной передачи информации с участием свободных радикалов. Детально рассмотрены структура и функционирование ферментативных систем продукции супероксидного анион-радикала и пероксида водорода. Обсуждаются механизмы регуляции свойств клеток с участием специализированных редокс-цепей, образованных группой белков, взаимодействующих через электрон-транспортные процессы. Анализируются генетически опосредованные механизмы регуляции редокс-гомеостаза клеток. Особое внимание уделяется проблеме количественной характеристики сети взаимодействий окислителей и восстановителей, определяющей видовые и индивидуальные особенности редокс-гомеостаза и стрессового ответа клеток.

Короткоцепочечные жирные кислоты, к которым относятся уксусная, пропионовая, масляная кислоты, являются метаболитами микробиоты, способными оказывать разнообразные физиологические эффекты как в кишечнике, так и за его пределами, включая центральную нервную систему. Целью нашей работы было исследование влияния ацетата, пропионата и бутирата натрия на активность Са²⁺-активируемых К⁺-каналов большой проводимости и кальциевые осцилляции в культуре GI13-клеток гипофиза крысы. Показано, что исследованные жирные кислоты вызывают дозозависимое увеличение амплитуды интегральных выходящих калиевых токов; эти эффекты предотвращаются тетраэтиламмонием, что указывает на участие Са²⁺-активируемых К⁺-каналов большой проводимости в эффектах жирных кислот. Действительно, жирные кислоты повышали вероятность открытия одиночных каналов без изменения амплитуды и среднего времени открытого состояния. Кроме того, они приводили к значительному снижению амплитуды и частоты Са²⁺-осцилляций в GH3-клетках. Усиление калиевой проводимости и снижение уровня внутриклеточного Ca²⁺ при действии короткоцепочечных жирных кислот может опосредовать их эффекты в различных возбудимых структурах, такие как снижение сократимости гладкомышечных клеток кишечника и сосудов, гиперполяризация нейронов, регуляция высвобождения гормонов и медиаторов.

АТФ как посредник в нервно-мышечном синапсе может высвобождаться путем квантовой и неквантовой секреции из мотонейронов центральной и периферической нервной системы вместе с основным нейромедиатором - ацетилхолином. Последовательное гидролитическое дефосфорилирование АТФ до аденозина в синаптической щели - это каскад реакций, катализируемый эктонуклеотидазами. Большой интерес представляет изучение вклада этих ферментов в сложный сигнальный каскад, так как известно об их двойной функции - лимитирование действия АТФ как нейромедиатора и участие в образовании других нейромодуляторов (АДФ, АМФ и аденозина), причем известно, что АТФ и ее метаболиты могут вызывать совершенно различные физиологические эффекты. В работе определена активность эктонуклеатидаз в различных типах скелетных мышц, показано, что она варьирует в пределах 5-7 МЕ. Понижение температуры до 22°С приводит к многократному снижению энзиматического метаболизма АТФ в тканях скелетных мышц. Предполагается, что энзиматическое лимитирование АТФ и продукции ее метаболитов обеспечивает стабилизацию эффективной холинергической нервно-мышечной передачи в норме и патологии.

Изучено влияние агониста α2-адренорецепторов клонидина гидрохлорида на параметры электрической активности миокарда предсердий при навязанном ритме. Клонидин гидрохлорид в рабочих кардиомиоцитах с навязанным ритмом вызывает уменьшение длительности потенциала действия на уровне 50 и 90% у взрослых крыс. У недельных и трехнедельных крыс данный агонист вызывает увеличение длительности потенциала действия на уровне 50 и 90%.

Способность к биолюминесценции обнаружена у многих морских гидробионтов, в том числе практически все представители типа гребневиков (Ctenophora) обладают способностью излучать свет. Свечение видов и биолюминесцентных субстратов, выделенных из них, активно используется в биологии, экологии и медицине для исследования физиологического состояния организма или выявления неблагоприятных параметров среды. Параметры свечения представителей гребневиков Черного моря Mnemiopsis leidyi A. Agassiz, 1865 (Lobata) и Beroe ovata Bruguicre, 1789 (Beroida) используются в изучении влияния токсикантов, таких, как жидкие углеводороды, полихлорированные бифенилы, тяжелые металлы. Способность к биолюминесценция автохтонного обитателя Черного моря - гребневика Pleurobrachia pileus (O.F. Muller, 1776) - вызывала сомнение у некоторых исследователей. Целью данной работы являлось подтверждение способности свечения данного вида и выбор оптимального времени для проведения экспериментов с ним. Было выявлено, что биолюминесцентную реакцию на механическую и химическую стимуляцию проявляют все размерные группы данного вида в любое время суток. При химической стимуляции величины энергии сигнала выше в несколько раз, чем при механической стимуляции. Выявлено, что оптимальное время для проведения биофизических исследований - период с 20:00 до 6:00, так как энергетические показатели биолюминесцентного сигнала в это время максимальны в пределах суток.

Проведено исследование влияния неселективного блокатора NO-синтаз L-NAME на функциональные показатели деятельности изолированного сердца крыс после 30-суточной гипокинезии. Методом электронного парамагнитного резонанса анализировалось влияние L-NAME на интенсивность продукции оксида азота в тканях сердца крыс. Продукцию оксида азота оценивали по интенсивности сигнала, принадлежащего комплексу (33TK)₂-Fe²⁺-NO. Обнаружено, что применение L-NAME приводило к снижению продукции оксида азота в среднем на 69%. Для анализа деятельности изолированного сердца по Лангендорфу измерялись следующие показатели: давление, развиваемое левым желудочком, частота сердечных сокращений и коронарный поток. Добавление блокатора оксида азота L-NAME приводило к увеличению инотропной функции и нормализации частоты сердечных сокращений.

Острое поражение почек провоцирует нарушение функций печени, что является отягощающим фактором для эффективного лечения. В настоящей работе в качестве модели было использовано ишемически-реперфузионное поражение почек. Так как при этом основным поражающим фактором является гиперпродукция активных форм кислорода, для предотвращения повреждения печени при поражении почек в работе использовали экзогенный фермент-антиоксидант пероксиредоксин 6, который способен нейтрализовать гиперпродукцию широкого спектра активных форм кислорода. Поражение почки было инициировано 45-минутной ишемией с одновременной левосторонней нефрэктомией. Печень не подвергалась манипуляциям. Пероксиредоксин 6 вводили внутривенно за 15 мин до ишемии. Состояние печени оценивали через 2, 5 и 24 ч после реперфузии почки методами гистологии и биохимии. Максимально признаки поражения печени выявлены через 5 ч реперфузии почки. Использование пероксиредоксина 6 приводит к снижению выраженности сосудистой реакции и лейкоцитарной инфильтрации в печени; уменьшению степени дистрофии и апоптоза гепатоцитов; отсутствию роста концентрации ТБК-реактивных продуктов и стабилизации уровня цитокинов ИЛ-6, ИЛ-10 в печеночной ткани, а также к нормализации активности внутриклеточных трансфераз в крови с началом реперфузии. Протекторный эффект пероксиредоксина 6 связан прежде всего с его антиоксидантными свойствами, которые позволяют нейтрализовать гиперпродукцию активных форм кислорода уже в начальный период реперфузии почки, однако не стоит исключать вклад сигнально-регуляторной функции белка в его протекторный эффект.

К клиническому материалу, полученному в ходе исследования больных с депрессией, применен подход, основанный на проведении анализа взаимосвязей каналов электроэнцефалограмм с использованием корреляционных отношений, способных объективно оценивать свойства связей при любых их моделях (линейных и нелинейных). На основе построенных матриц корреляционных отношений показана возможность анализа парных связей с определением различающихся для нормы и патологии параметров. Установлена также направленность связей между отведениями. Наиболее значимыми отличиями, на наш взгляд, являются отличия в межполушарных затылочных взаимодействиях. Данный подход может стать основой для определения уникальных количественных маркеров как депрессивных состояний, так и других нервно-психических расстройств.

Перешагнула 63-летний рубеж своей истории первая в мировой науке кафедра биофизики, созданная на физическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова. Ушли из жизни ее создатели: в 2002 г. - профессор Л.А. Блюменфельд, в 2021 г. - профессор С.Э. Шноль. В последних выпусках журнала «Биофизика» была опубликована большая серия статей, подготовленных друзьями, коллегами, учениками и последователями этих выдающихся ученых. Настоящая статья завершает эту подборку. В ней дан краткий исторический обзор становления мировой и российской биофизики как научной дисциплины, рассказано об истории возникновения кафедры биофизики, ее основных достижениях и сформировавшихся в ее стенах научных школах.