Том 88, № 12 (2023)

Глутамат и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) являются наиболее распространенными нейромедиаторами в ЦНС и играют ключевую роль в синаптической стабильности/пластичности. Оптимальный гомеостаз глутамата и ГАМК важен для здорового старения и снижения риска неврологических заболеваний, в то время как долговременный дисбаланс может способствовать развитию нейродегенеративных расстройств, включая болезнь Альцгеймера (БА). Его нормализация рассматривается как перспективная стратегия профилактики и/или лечения БА, однако сведения об изменениях ГАМКергической и глутаматергической систем в мозге с возрастом, а тем более - в динамике развития БА, ограничены. Не ясно, является ли дисбаланс возбуждающих/тормозных систем причиной или следствием развития заболевания. В настоящем исследовании проанализированы изменения с возрастом уровня глутамата и ГАМК, ферментов их синтеза и деградации (глутаминазы, глутаминсинтетазы, GABA-Т и GAD67), а также их транспортеров (GLAST, GLT-1 и GAT1) и субъединиц рецепторов (GluA1, NMDAR1, NMDA2B и GABAAR1) в гиппокампе крыс Вистар и преждевременно стареющих крыс OXYS, у которых спонтанно развиваются все ключевые признаки БА, что позволяет рассматривать их как модель наиболее распространенной (> 95%) спорадической формы заболевания. Результаты исследования свидетельствуют о том, что с возрастом активность системы глутамат/ГАМК снижается в гиппокампе крыс обеих линий. В то же время у крыс OXYS не выявлено существенных изменений этой системы, связанных с развитием характерных для БА нейродегенеративных процессов.

Несмотря на многообразие проявлений старения, в его основе лежат общие закономерности. В частности, у многоклеточных животных и грибов одной из наиболее уязвимых для возрастных изменений систем являются митохондрии. В обзоре рассмотрено, как дисфункция митохондрий взаимосвязана с репликативным старением простейшей эукариотической модели - дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Обсуждается цепь событий, которая начинается с асимметричного распределения митохондрий между материнской и дочерней клетками, снижения трансмембранного потенциала митохондрий и скорости импорта митохондриальных белков в стареющих клетках. Это приводит к накоплению предшественников митохондриальных белков в цитоплазме, потере митохондриальной ДНК и в конечном счете к гибели клетки. Интересно, что при этом штаммы дрожжей, исходно лишенные митохондриальной ДНК, могут обладать как повышенной, так и сниженной продолжительностью жизни. Это зависит от того, как у них устроены системы активации ответа на митохондриальную дисфункцию. Ключевая роль митохондрий в развитии процессов, приводящих к старению и гибели дрожжей, показывает, что они являются одной из наиболее сложных, и потому уязвимой к накоплению ошибок, системой эукариотической клетки.

Селективная деградация клеточных белков с участием убиквитин-протеасомной системы является одним из ключевых регуляторных механизмов в эукариотических клетках. Накапливающиеся данные свидетельствуют о том, что убиквитин-протеасомная система участвует в регуляции фундаментальных процессов в стволовых клетках млекопитающих, включая пролиферацию, дифференцировку, миграцию, старение и программируемую гибель клеток. Регуляция может осуществляться либо путем протеолитической деградации ключевых транскрипционных факторов и белков сигнальных путей, либо путем посттрансляционных модификаций белков-мишеней убиквитином или другими убиквитинподобными модификаторами. Исследования молекулярных механизмов поддержания протеостаза в стволовых клетках имеют большое значение для разработки новых терапевтических подходов, направленных на лечение аутоиммунных, онкологических, нейродегенеративных и других социально-значимых патологий. Данный обзор охватывает актуальные данные о функции убиквитин-протеасомной системы в стволовых клетках.

Убиквитин-лигаза E3 RNF168 суперсемейства RING является важнейшим компонентом комплекса, осуществляющего убиквитинирование гистонов H2A/H2AX вблизи двуцепочечных разрывов ДНК, что является ключевой стадией привлечения факторов репарации к месту повреждения. В настоящей работе нами однозначно показано, что RNF168 не имеет природной способности непосредственно различать архитектуру полиубиквитиновых цепей, за исключением тропности двух её убиквитин-связывающих доменов UDM1/2 к убиквитинам, соединённым через аминокислотный остаток К63. Анализ внутриклеточного хроматосомного окружения полноразмерной RNF168 и её доменов методом лиганд-индуцированного резонансного переноса биолюминесценции выявил, что C-концевая часть UDM1 ассоциирована с К63-полиубиквитиновыми цепями; RING и N-концевая часть UDM2 стерически сближены с K63- и К48-убиквитиновыми цепями, в то время как C-концевая часть UDM1 колокализована со всеми возможными вариантами убиквитина. Полученные результаты совместно с имеющимися структурными данными позволяют выдвинуть гипотезу, что C-концевая часть UDM1 связывает К63-полиубиквитиновые цепи на линкерном гистоне Н1; RING и N-концевая часть UDM2 находятся в центральной части нуклеосомы и сближены с H1 и К48-убиквитинированными альтернативными субстратами RNF168, возможно, деметилазами JMJD2A/В, в то время как C-концевая часть UDM1, вероятно, находится в области активированного остатка убиквитина, связанного с убиквитин-лигазой Е2 в составе комплекса с RNF168. Резюмируя, наши данные могут объяснить наличие большого количества протяжённых неструктурированных участков в RNF168, которые потенциально необходимы этой Е3-лигазе для корректного позиционирования доменов UDM1/2 с целью многоточечного взаимодействия со множеством партнёров в её динамическом хроматосомном окружении.

При фотосинтезе в зелёных бактериях поглощение света происходит в олигомерах бактериохлорофилла (БХл) c/d/e, которые находятся в хлоросомах - уникальных структурах, созданных природой для собирания энергии очень слабых световых потоков. С помощью когерентной фемтосекундной спектроскопии при криогенной температуре мы обнаружили и исследовали низкочастотные колебательные движения олигомеров БХл c в хлоросомах зелёных бактерий Chloroflexus (Cfx.) aurantiacus. Объектом исследования были хлоросомы, выделенные из культур бактерий, выращенных при различной освещённости. Найдено, что спектр Фурье низкочастотных когерентных осцилляций в полосе Q_y БХл c хлоросом зависит от интенсивности света, при котором были выращены соответствующие культуры бактерий. Оказалось, что количество низкочастотных колебательных мод хлоросом увеличивается по мере уменьшения освещённости, при которой они культивировались. При этом расширяется диапазон частот, в пределах которого наблюдаются эти моды, и меняются частоты большинства мод. Теоретическое моделирование полученных данных и анализ литературы привели к выводу о том, что основу хлоросом Cfx. aurantiacus составляют короткие линейные цепи БХл с, объединённые в более сложные структуры. Увеличение длины этих цепей в хлоросомах, выращенных на более слабом свету, приводит к наблюдаемым изменениям спектра колебаний олигомеров БХл c. Это увеличение является эффективным механизмом адаптации бактерий к изменению внешних условий.

Резистентность опухолевых клеток к ретиноевой кислоте (РК), перспективному терапевтическому агенту, является основным ограничением для ее использования в клинической практике. Механизмы формирования РК-резистентности до сих пор мало понятны. Белки, связывающие ретиноевую кислоту, CRABP1 и CRABP2, являются важнейшими проводниками ретиноевого сигналинга, однако роль обоих гомологов в регуляции чувствительности клеток к РК ранее практически не исследовалась. Также ранее не проводилось сравнение влияния CRABP1 и CRABP2 на пролиферацию клеток. В данной работе с использованием широкой панели клеточных линий рака молочной железы (РМЖ) впервые показано, что в РК-чувствительных клетках экспрессия CRABP1 ограничивается метилированием гена, при этом количество белка сильно варьирует. В средне-резистентных к РК линиях наблюдается высокий уровень CRABP1 как на уровне мРНК, так и белка, не меняющийся при подавлении метилирования ДНК. Максимально-резистентные к РК линии характеризуются полной репрессией CRABP1, реализуемой на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях, а экзогенная экспрессия каждого из гомологов CRABP не оказывает влияние на исследуемые характеристики. Белки CRABP1 и CRABP2 оказывают противоположное влияние на пролиферацию и РК-чувствительность, причем в РК-чувствительных клетках CRABP1 стимулирует пролиферацию и РК-резистентность, а CRABP2 - снижает пролиферацию и сенсибилизирует клетки к РК, в то время как в более резистентных клетках роль каждого из гомологов меняется на обратную. В целом, мы впервые показали, что белки CRABP оказывают различное воздействие на рост и чувствительность к РК клеток РМЖ (стимуляция, подавление или отсутствие воздействия) в зависимости от исходного уровня РК-чувствительности, при этом воздействие гомологов CRABP1 и CRABP2 на исследуемые характеристики всегда противоположно.

Нейропептид ноцистатин (NS) экспрессируется клетками нервной системы и нейтрофилами как часть белка-предшественника и может подвергаться ограниченному протеолизу путём поэтапной деградации. Ранее было показано, что NS крысы (rNS) способен активировать чувствительные к кислоте ионные каналы (ASIC), но этот эффект частично коррелирует с кислотной природой NS. В этой работе мы исследовали изменение свойств rNS в процессе его деградации как нейропептида путём сравнения rNS и двух его синтезированных фрагментов. Мы оценили их активность на каналах ASIC3 крысы, экспрессированных в ооцитах лягушки, и их эффект в болевых тестах на мышах. Мы показали, что rNS сочетает в себе свойства как положительных, так и отрицательных модуляторов ASIC3, что выражается в способности снижать стационарную десенситизацию канала в диапазоне рН 6,8-7,0 и уменьшении реакции канала на кислотные стимулы в диапазоне рН 6,0-6,9. Укороченный аналог (rNSΔ21, 21 аминокислотный остаток с N-конца) сохранил эффект только положительного модулятора ASIC3, в то время как пентапептид с С-конца (rNSΔ30) сохранил способность проявлять себя только как отрицательный модулятор ASIC3. Эта тенденция была подтверждена в тестах на животных, где rNS и rNSΔ21 индуцировали поведение, связанное с болью, а rNSΔ30 проявлял обезболивающий эффект. Таким образом, мы показали изменение направленности действия rNS при поэтапной деградации от молекулы, усиливающей боль, к обезболивающему средству, поэтому конечный пентапептид можно даже рассматривать как многообещающую отправную точку для дальнейшей разработки лекарственного средства.