Биологические мембраны
ISSN (print): 0233-4755
Cвидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 – 77276 от 05.12.2019
Учредитель: Пущинский научный центр биологических исследований, Российская академия наук
Главный редактор: Колесников Станислав Сергеевич, член-корреспондент РАН, профессор, доктор биологических наук
Периодичность / доступ: 6 выпусков в год / подписка
Входит в: Белый список (3 уровень), перечень ВАК, РИНЦ, Scopus, Web of Science Core Collection
В журнале публикуются как оригинальные экспериментальные и теоретические работы, так и обзоры, в которых освещаются физико-химические аспекты мембранной и клеточной биологии: молекулярные механизмы мембранного транспорта, рецепторные системы и внутриклеточная сигнализация, клеточные функции и патологии, ассоциированные с клеточными мембранами, а также фундаментальные исследования биомедицинского характера, в том числе посвященные мембранным аспектам физиологии, фармакологии, иммунологии.
Журнал основан в 1984 году .
Текущий выпуск
Том 41, № 3 (2024)
ОБЗОРЫ
Электрофизиология сердца Danio Rerio
Аннотация
Тропическая рыбка Danio rerio имеет большую популярность как модельный объект для электрофизиологических исследований сердечной физиологии и патологии человека. D. rerio отличает сходство с человеком таких функциональных параметров электрической активности сердца, как частота сердечных сокращений, морфология потенциала действия, а также набор деполяризующих и реполяризующих клеточную мембрану ионных токов. D. rerio легко разводить, с рыбкой несложно обращаться в эксперименте и легко модифицировать генетически. В обзоре представлены современные данные по структурно-функциональной организации ионных каналов в миоцитах сердца D. rerio.
Физико-химические особенности связывания тромбина с мембраной тромбоцита
Аннотация
Тромбин – ключевой фермент системы свертывания крови, который активно изучается с начала прошлого века. Образование тромбина из протромбина в области повреждения сосуда приводит не только к формированию фибрина – важного структурного компонента гемостатического сгустка, но и к активации тромбоцитов, эндотелия и клеток имMунной системы. Считается, что связывание тромбина с поверхностью тромбоцитов играет критическую роль в процессе их активации, а также может обеспечивать поддержание высокой концентрации тромбина внутри тромба вследствие концентрирования протеазы на поверхности тромбоцитов. На данный момент все основные рецепторы тромбина на тромбоцитах тщательно охарактеризованы: благодаря различным экспериментальным методам установлены физико-химические параметры соответствующих межмолекулярных взаимодействий. Так как взаимодействие тромбина с тромбоцитами приводит к их активации, включающей изменения количества рецепторов в результате секреции гранул, правильная интерпретация наблюдаемых особенностей кинетических кривых связывания сильно усложняется. Известно, что некоторые рецепторы в результате активации тромбоцита способны перераспределяться на мембране и образовывать димеры и кластеры, что делает кинетику связывания тромбина с тромбоцитами чрезвычайно сложным процессом, зависящим от множества факторов, таких как концентрации активаторов, состояние тромбоцитов и других локальных параметров системы. Данный обзор ставит своей целью описать современные представления о взаимодействии тромбина с мембраной тромбоцита и обозначить важные нерешенные вопросы в данной области исследований. В обзоре представлена не только информация о структурных и кинетических особенностях связывания тромбина с отдельными мембранными белками тромбоцита, но и анализ связи между соответствующими параметрами взаимодействия и ранее полученными данными о кинетике связывании протеазы с поверхностью тромбоцита.
СТАТЬИ
Анализ молекулярных механизмов влияния хронического облучения на электрические сигналы растений пшеницы
Аннотация
Влияние ионизирующего излучения (ИИ) на растения реализуется во многом за счет изменения статуса сигнальных систем и модификации стрессовых сигналов. Вариабельный потенциал (ВП) – один из типов электрических сигналов растений. ИИ способствует увеличению амплитуды ВП, однако механизмы такого влияния практически неизвестны. Возможный путь реализации возникающих при действии ИИ изменений – регуляция экспрессии генов. В настоящей работе исследовано изменение экспрессии генов участников генерации и распространения ВП у облученных растений. Эксперименты были выполнены на 14–15-дневных растениях пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.), выращенных в условиях хронического облучения (источник ⁹⁰Sr–⁹⁰Y) с мощностью дозы 31.3 мкГр/ч. Максимальная накопленная доза составила около 11.3 мГр. У облученных растений показано отсутствие изменений экспрессии генов кальциевого (TPC1), анионных (ALMT1 и CLC1), калиевого (AKT1) каналов, H⁺-ATP-азы (HA1) и NADPH-оксидазы (RBOHs). Выявлено уменьшение экспрессии гена калиевых каналов SKOR. Блокатор калиевых каналов – хлорид тетраэтиламMония вызывал увеличение амплитуды реакции у контрольных растений, сопоставимое с увеличением амплитуды у облученной группы. Полученный результат свидетельствует, что одним из путей влияния ИИ на электрические сигналы растений является угнетение экспрессии калиевого канала.
Нарушения регуляции объема клеток эндотелия роговицы при кератоконусе
Аннотация
В работе проведено исследование проницаемости для воды и мочевины плазматических мембран клеток эндотелия нормальной роговицы и роговицы с выраженной формой кератоконуса. Клетки эндотелия роговицы человека, получали из операционного материала. Определение осмотической водной проницаемости (Pf) клеток эндотелия в норме и при кератоконусе не выявило значительных различий этого показателя в обеих группах, где клетки имеют близкую по величине осмотическую водную проницаемость (контроль Pf = 0.53 ± 0.045 см/с; кератоконус Pf =0.63 ± 0.041 см/с) (n = 25; p ≥ 0.05). Коэффициенты проницаемости для мочевины в обеих группах также не имели статистически значимых различий (контроль Pu = 0.049 ± 0.003 см/с; кератоконус Pu = 0.056 ± 0.003 см/с) (n 25; p ≥ 0.05). Анализ динамики клеточного объема на основе экспоненциальной аппроксимации показал, что клетки эндотелия роговицы с кератоконусом снижают свой объем в гипертонической среде в большей степени по сравнению с клетками здоровой роговицы. Увеличение клеточного объема в результате изотонического входа мочевины в гипертонической среде также происходило до существенно более высоких значений по сравнению с нормальными клетками. Делается заключение о значительных изменениях в механизме регуляции объема клеток эндотелия роговицы при кератоконусе.
Изменение регуляции гистонового кода при инициации параптозоподобной гибели опухолевых клеток НЕр-2 окисленными производными дисульфирама
Аннотация
Дисульфирам (ДСФ) и его окисленные производные (ДСФокси) рассматриваются в качестве возможных противоопухолевых средств. Ранее нами было установлено, что ДСФокси инициируют параптозоподобную гибель опухолевых клеток, что представляет потенциальный интерес для лечения опухолей, устойчивых к инициации апоптоза. На основе биоинформатического анализа масс-спектрометрических данных убиквитинирования белков нами было сформулировано представление о важной роли нарушения ретроградного транспорта поврежденных белков из эндоплазматического ретикулума в цитозоль в механизме инициации параптозоподобной гибели клеток. В настоящей работе обнаружено, что ДСФокси в процессе инициации параптозоподобной гибели клеток аденокарциномы человека НЕр-2 также усиливают убиквитинирование гистонов и ферментов гистонового кода. В частности, это относится к убиквитинированию гистона H2BC12, гистон-метилтрансфераз, отвечающих за транскрипцию и репарацию поврежденных участков ДНК, а также ацетилирующих и убиквитин-конъюгирующих белков. Биоинформатический анализ изменений убиквитинирования белков клеточного ядра с использованием базы данных STRING выявил в ходе этого процесса увеличение встречаемости убиквитинированных белков (функциональное обогащение) регуляции клеточного цикла, ответа клетки на повреждение ДНК и репарации ДНК, регулирование которых также зависит от гистонового кода. Это непосредственно указывает на повреждение ядра клетки и согласуется с данными конфокальной микроскопии. Полученные результаты свидетельствуют, что при инициации параптозоподобной гибели клеток посредством ДСФокси наряду с нарушением ретроградного транспорта и стрессом эндоплазматического ретикулума происходит также изменение регуляции гистонового кода, что указывает на плейотропный характер механизма инициации этой гибели клеток.
Влияние 20-гидроксиэкдизона на функционирование изолированных митохондрий скелетных мышц мышей
Аннотация
В работе исследовано влияние фитоэкдистероида 20-гидроксиэкдизона (20Е) на функционирование митохондрий скелетных мышц мышей. Показано, что 20Е в концентрации 100 мкМ и более подавляет дыхание митохондрий, энергизованных глутаматом и малатом (субстраты комплекса I дыхательной цепи) или сукцинатом (субстрат комплекса II дыхательной цепи). Такое действие 20Е сопровождается снижением мембранного потенциала органелл и связано с ингибированием активности комплекса III, а также суммарной активности комплексов I+III и II+III дыхательной цепи митохондрий. Нами отмечен прооксидантный эффект 20Е, который проявляется в увеличении продукции перекиси водорода митохондриями скелетных мышц. Кроме того, 20Е снижает способность митохондрий поглощать и аккумулировать ионы кальция в матриксе. В работе обсуждаются механизмы возможного токсического действия 20Е на функционирование митохондрий скелетных мышц.
О возможности использования флуоресцентного зонда на основе ацедана для регистрации сульфида водорода (H₂S) в клетках первичных нейрональных культур
Аннотация
Сероводород (сульфид водорода, H₂S), который при физиологических условиях существует в клетках преимущественно в форме аниона HS-, рассматривают в качестве газообразного трансмиттера меж- и внутриклеточных сигналов наравне с монооксидами азота и углерода. Анализ динамики содержания H₂S в живых клетках невозможен без создания чувствительных и специфичных зондов. Группой K.H. Ahn было синтезировано несколько соединений на основе ацедана (acedan), которые в присутствии H₂S присоединяли сульфгидрильную группу, образуя флуоресцирующие карбоциклические соединения. По спектральным характеристикам и скорости реагирования с H₂S оптимальным оказалось вещество P3, образующее карбоциклические соединение csP3, которое обладает таким же большим смещением Стокса, как P3 (~130 нм), но имеет более яркую флуоресценцию. В данной работе проверили пригодность csP3 для регистрации изменений H₂S в растворах, имитирующих минимальный солевой состав внутриклеточный среды, а также в клетках первичной нейрональной культуры из коры головного мозга крысы. Обнаружено, что интенсивность флуоресценции csP3, который образуется при добавлении Na₂S (донора H₂S, 100 и 300 мкМ) к раствору P3, различается для растворов, соответствующих по солевому составу внеклеточной среде и цитозолю. В обоих случаях флуоресценция увеличивается в присутствии бикарбоната (NaHCO₃, 10 мM). Снижение полярности растворов за счет добавления диметилсульфоксида (30% по объему) сдвигало эмиссию на ~10 нм в коротковолновую область и вдвое увеличивало интенсивность. Глутамат (10 мкМ, в присутствии 10 мкМ глицина, 0 Mg2+) увеличивал флуоресценцию зонда, но только в тех нейронах, в которых не возникла отсроченная дерегуляция кальциевого гомеостаза. Добавление к клеточной культуре P3 или csP3 вызывало быстрое увеличение флуоресцентного сигнала, который через 3–5 мин сменялся медленным ростом сигнала. Сделан вывод, что продукт реакции P3 с H₂S чувствителен к изменению солевого состава внутриклеточной среды и может перераспределяется в клетках между водным и более гидрофобным окружением. Эти обстоятельства затрудняют интерпретацию роста флуоресценции P3 в клетках как количественного показателя наличия H₂S и требуют дополнительных исследований свойств этого и структурно родственных зондов H₂S.
Сравнительное исследование механизмов кальциевого ответа в сперматозоидах человека и мыши
Аннотация
Кальциевая сигнализация – один из ключевых способов трансдукции сигнала в клетках невозбудимых тканей. Кальциевая сигнализация как в сперматозоидах мыши, так и в сперматозоидах человека индуцируется в ответ на прогестерон, реализуется в виде осцилляций или одиночных пиков, а также приводит к акросомной реакции, но молекулярные механизмы существенно отличаются между видами.
Целью данной работы является сравнительное исследование механизмов кальциевой сигнализации при физиологической активации в сперматозоидах человека и мыши. В рамках данной работы мы изучили кальциевый ответ в сперматозоидах мыши, активированных прогестероном. С помощью спектрофлуориметрии впервые было количественно оценено увеличение концентрации кальция в ответ на прогестерон в меченых Fura-2 сперматозоидах мыши в суспензии. Было показано, что сперматозоиды мышей реагируют на 50 мкМ прогестерон пиком шириной 120 ± 35 с и высотой 0.8 ± 0.3 мкМ, и этот ответ блокируется аспирином. На основе литературных данных была построена схема индукции кальциевой сигнализации, предполагающая промежуточный этап с синтезом некоторого простаноида (возможно, PGE2) и активацией сперматозоида мыши данным простаноидом через ассоциированный с G-белком рецептор. Используя полученную схему реакций были разработаны две вычислительные модели: точечная модель и трехмерная модель. Как и в случае сперматозоидов человека, точечная модель дала только качественное описание кальциевых ответов, в то время как трехмерная модель позволила получить близкие к эксперименту параметры пика и частоту осцилляций концентрации кальция в ответ на прогестерон. С помощью анализа in silico показано, что в сперматозоидах мыши пространственное распределение сигнальных ферментов регулирует тип и форму кальциевого ответа.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что наличие временных задержек, обусловленных диффузией и пространственным распределением ферментов сигнализации кальция, регулирует кальциевый ответ как в сперматозоидах человека, так и в сперматозоидах мыши.
Особенности жирнокислотного состава липидов вакуолярной мембраны в условиях стресса, вызванного ионами меди
Аннотация
Исследовано влияние ионов меди на жирнокислотный состав липидов вакуолярной мембраны тканей корнеплодов столовой свеклы (Beta vulgaris L.) Показано, что в зависимости от применяемой концентрации (100 и 500 мкМ) ионы меди (Cu²⁺) оказывали разное действие на вакуолярную мембрану тканей корнеплодов столовой свеклы (Beta vulgaris L.). Действие 100 мкМ Cu²⁺ приводило к увеличению суммы жирных кислот (ЖК) на 57 мкг/мг общих липидов по сравнению с контролем. Активность стеароил-десатуразы (SDR) снижалась с 0.87 в контроле до 0.77 при 100 мкМ Cu²⁺. При концентрации 500 мкМ Cu²⁺ увеличивалась активность SDR до 0.93 и снижалась сумма ЖК на 50 мкг/мг общих липидов по сравнению с воздействием 100 мкМ Cu²⁺. Кроме этого, происходило увеличение насыщенности липидов тонопласта до 44 и 40 % при 100 и 500 мкМ Cu²⁺ соответственно. По результатам исследования можно предположить, что ЖК липидов тонопласта задействованы в ответных механизмах на стресс, вызванный избыточными концентрациями Cu²⁺.