Поточні наукові проекти

• #Участь іонних каналів і кальцієвої сигналізації у злоякісному переродженні клітин і канцерогенезі;
• #Роль термо- та механочутливих іонних каналів у функціонуванні гладких м'язів (ГМ) органів сечостатевої системи;
• #Вплив діабету на нервово-м'язову передачу та спряження збудження скорочення в ГМ сечостатевої системи;
• #Іонні канали як мішені модуляторної дії ендогенних (ендоканабіноїдів) і екзогенних (активаторів калієвих каналів) факторів;
• #Експресія, біофізичні властивості, фармакологія та епігенетична регуляція низькопорогових кальцієвих каналів в нормі та при експериментальній абсансній епілепсії.

Участь іонних каналів і кальцієвої сигналізації у злоякісному переродженні клітин і канцерогенезі

Цей напрямок досліджень виконується у тісному співробітництві з Лабораторією клітинної фізіології Лільського університету наук і технологій під керівництвом Проф. Наталії Преварської. Дослідження по даному проекту фінансувалися двома грантами від INTAS – INTAS-99-01248 (2000-2003 рр) та INTAS-05-1000008-8223 (2006-2008 рр), а в даний час продовжуються на ініціативній основі.

Завдяки здатності транспортувати іони через клітинну мембрану активація різних типів іонних каналів робить суттєвий внесок в регуляцію клітинного об'єму, а у випадку, коли вони транспортують іони кальцію, також і у зміни концентрації внутрішньоклітинного кальцію, яке має важливе сигнальне значення. Ці ж самі чинники, а саме регуляція клітинного об'єму і зміни кальцієвої сигналізації, впливають на перебіг процесів, які визначають долю клітин – проліферацію, диференціацію, міграцію та апоптоз. Оскільки порушення цих процесів у бік прискорення міграції та збільшення опору до апоптозу є ознаками злоякісного переродження клітин, то іонні канали виявляються ключовими гравцями у зумовлені, чи, навпаки, запобіганні такому переродженню. В наших дослідженнях було описано властивості і канцерогенний потенціал низки хлорпровідних та кальційпровідних іонних каналів клітин раку простати і виказані припущення щодо їх використання в якості терапевтичних мішеней. Результати цих досліджень широко представлені в науковій літературі (див. відповідні публікації).

Роль термо- та механочутливих іонних каналів у функціонуванні гладких м'язів (ГМ) органів сечостатевої системи

Активація більшості відомих іонних каналів керується такими класичними чинниками як мембранний потенціал та/або ендогенні хімічні сполуки, відомі нейромедіатори. Однак останні роки ознаменувалися відкриттям принципово нових типів іонних каналів з некласичними механізмами керування, перш за все такими як зміни температури та механічне напруження. В рамках даного напрямку досліджень ми поставили перед собою завдання з'ясувати, яким чином канали, що активуються пекучими – TRPV1, або охолоджуючими – TRPA1 температурами, механоактивовані канали родини PIEZO – PIEZO1 і PIEZO2 залучені у регуляцію скоротливої активності гладких м'язів (ГМ) чоловічої сечостатевої системи – сечового міхура (detrusor), простати, сім'явивідних протоків (vas deferens) та скротума (tunica dartos), які, як відомо, відзначаються значною чутливістю до термічних і механічних (розтягнення) подразників. Ці дослідження виконуються в рамках фінансування НАН України, а також Цільових програм "Геном" та "Біотехнологія". Їх результати дають уявлення не тільки про експресію і функцію термо- і механоактивованих каналів у вказаних тканинах на клітинному і субклітинному рівнях, а і про їх можливі зміни в результаті ускладнень, викликаних діабетом (див. відповідні публікації).

Вплив діабету на нервово-м'язову передачу та спряження збудження скорочення в ГМ сечостатевої системи

Ураження вегетативної нервової системи, вегетативна діабетична нейропатія, є частим і серйозним ускладненням цукрового діабету. Послаблення вегетативної регуляції нижніх сечових шляхів у хворих на цукровий діабет провокує розвиток діабетичних цистопатій, основним симптомом яких є нетримання сечі. Однак літературні дані щодо впливу цукрового діабету на нервово-м’язову синаптичну передачу у вісцеральних гладких м'язах і, зокрема, гладких м'язах детрузора (ГМД) сечового міхура є досить суперечливими. Домінуючим є погляд, що при діабеті експресія мускаринових m-холінорецепторів і чутливість ГМД до їх агоністів зростають. Більше того, антагоністи m-холінорецепторів вважаються ефективними для усунення симптомів гіперактивного сечового міхура і нетримання сечі нетерпіння різної етіології, хоч така терапія має досить обмежене застосування через значні побічні ефекти. Крім цього, в останній час були ідентифіковані нові детермінанти гіперактивності сечового міхура з числа іонних каналів, якими є перш за все рецептори пекучих і холодних температур – TRPV1 та TRPА1, відповідно. Ступінь вираженості та спрямованість урологічних розладів при діабеті можуть також в значній мірі залежати від запалення та/або інфекції нижніх сечовивідних шляхів, які часто супроводжують це захворювання.

У зв'язку з цим ми поставили собі за мету з'ясувати, яким чином класична холінегрічна та пурінергічна нервово-м'язова передача, а також нові детермінанти чутливості сечового міхура до хімічних і термічних подразників – TRPV1 та TRPА1 задіяні у змінах скоротливості ГМД сечового міхура при діабеті і чи впливають на цю скоротливість супутні запалення, або інфекція. Ці дослідження, виконуються в рамках бюджетного фінансування та Цільової програми "Геном" НАН України. При їх проведенні використовуються моделі стрептозотоцин-індукованого діабету та циклофосфамід-індукованого циститу у щурів. Результати цих досліджень показують, що TRPV1 та TRPА1, експресуючись у чутливих нервових аферентах сечового міхура, беруть участь у скоротливій реакції ГМД на хімічні подразники – агоністи цих каналів завдяки двом механізмам: 1) ініціації рефлекторної дуги і 2) локальному вивільненню скорочувальних нейропептидів – тахікінінів завдяки “еферентній функції” TRPV1- та TRPА1-експресуючих аферентів. Внесок кожного з механізмів при діабеті залежить від утворення прозапальних факторів (тахікінінів, простагландинів, закислення), які впливають як активацію TRPV1 та TRPА1, так і безпосередньо на скорочення ГМД. Крім того, запалення, діючи синергічно з діабетом, підвищує ефективність m-холіноргічної нервово-м'язової передачі, результатом чого може стати гіперактивність сечового міхура (див. відповідні публікації).

Іонні канали як мішені модуляторної дії ендогенних (ендоканабіноїдів) і екзогенних (активаторів калієвих каналів) факторів

Не зважаючи на досить широку назву цього проекту ми в ньому зосередилися на двох цілком конкретних напрямках:

1. З'ясування впливу ліпідних посередників з класу ендоканабіноїдів на електрозбудливість і іонні канали кардіоміоцитів;
2. Встановлення мішеней основної і побічної фармакологічної дії нових активаторів АТФ-залежних калієвих каналів та їх вибірковості щодо тканиноспецифічних підтипів цих каналів.

Дослідження по першому напрямку виконуються у співробітництві з Відділом біохімії ліпідів Ін-ту біохімії ім. О.В. Палладіна НАНУ, очолюваного чл.-корр. НАНУ Н.М. Гулою, та лабораторією Др. М. Оза з Університету Об'єднаних Арабських Еміратів. В його рамках було показано, що мажорні представники сигнальних ліпідів з групи N-ацилетаноламінів (NAE, відомі також як ендоканабіноїди) – N-стеарилетаноламін (SEA) and N‑олеілетаноламін (OEA), які в значних кількостях продукуються при ішемії та інфаркті міокарда, пригнічують збудливість та скоротливість кардіоміоцитів частково блокуючи вхід кальцію через потенціалкеровані кальцієві канали шляхом безпосередньої взаємодії з каналом. Таким чином ці ліпіди виступають в ролі ендогенних кардіопротекторів при патологіях серця. Мінорний ендоканабіноїд – анандамід (N-арахідонилетаноламін, AEA), який відомий своєю переважною сигнальною дією через так звані канабіноїдні рецептори (СВ1 та СВ2), теж виявився здатним пригнічувати натрієвий і кальцієвий струми кардіоміоцитів у рецептор-незалежний спосіб, справляючи негативний інотропний і антиаритмічний ефекти (див. відповідні публікації).

Ендогенний кардіопротекторний ефект має також активація АТФ-залежних калієвих каналів (K_ATP), які ми досліджуємо в рамках другого напрямку. Загалом, K_ATP-канали функціонують як регулятори фізіологічної активності клітин в залежності від їх енергетичного стану: коли клітинна енергетика недостатня (тобто рівень внутрішньоклітинного АТФ низький) ці канали активуються, що приводить до гіперполяризації мембранного потенціалу і пригнічення клітинної активності (тобто клітина автоматично переводиться у щадний режим роботи). У зв'язку з цим фармакологічні речовини – так звані активатори, або відкривачі K_ATP-канали каналів є потенційно дуже важливими терапевтичними засобами. В залежності від свого субодиничного складу АТФ-залежні калієві канали поділяють на три основні тканиноспесифічні типи – серцевий, васкулярний і підшлунковий. В рамках даного напрямку ми досліджуємо особливості фармакологічної дії вітчизняного препарату – активатора K_ATP-каналів – флокаліну, який позиціонується як кардіопротекторний засіб при ішемічному ураженні серця. Наші дані показують, що флокалін дійсно є ефективним відкривачем кардіоспецифічних АТФ-залежних калієвих каналів і що саме цей ефект лежить в основі його кардіопротекторних властивостей. Однак флокалін також здатен блокувати натрієві і кальцієві канали, що повинно враховуватись при його дозуванні. Дані, отримані на нативних кардіоміоцитах та гладко м'язових клітинах сечового міхура, вже опубліковані (див. відповідні публікації). В перспективі – перевірка специфічності дії флокаліну на різних типах рекомбінантних АТФ-залежних калієвих каналів, гетерологічно експресованих в клітинних системах.

Експресія, біофізичні властивості, фармакологія та епігенетична регуляція низькопорогових кальцієвих каналів в нормі та при експериментальній абсансній епілепсії

Низькопорогові (НП) потенціалкеровані кальцієві канали (ПККК), які ще називають кальцієвими каналами Т-типу, відзначаються низкою фармакологічних властивостей, що суттєво відрізняють їх від інших типів ПККК. Ідентифіковано три підтипи НП ПККК – Cav3.1, Cav3.2, Cav3.3, кожен з яких кодуєтьсяокремим геном із специфічною експресією в тих чи інших видах клітин. Відповідно і функціональна роль кожного з підтипів є досить різноманітною і не завжди очевидною, що загалом робить її з'ясування надзвичайно важливим. В своєму інтересі до НП ПККК ми зосередилися на трьох основних напрямках:

1. дослідженні того, яким чином НП ПККК пропускають і відбирають поліваленті катіони, а також ними блокуються,
2. визначенні потенційних факторів, що можуть регулювати їх експресію
3. встановленні ролі підтипів НП ПККК в епілептогенезі (див. відповідні публікації).

Наші дані, отримані на гетерологічно експресованих Cav3.1, Cav3.2, Cav3.3 в ооцитах Xenopus свідчать, що ці канали приблизно однаково пропускають Ca²⁺, Sr²⁺ і Ba²⁺, що за фізіологічних умов вони є помітно проникними також для Na⁺ і що їх блокування полівалентними катіонами перехідних металів, зокрема нікелем, вимагає взаємодії останнього принаймні з трьома ділянками зв'язування каналу. Дослідження різних підтипів НП ПККК в ядрах таламуса нормальних щурів в онтогенезі і щурів з фенотипом абсансної епілепсії (WAG/Rij) показало, що остання супроводжується збільшенням експресії переважно Cav3.1 каналу і що регуляція експресії різних підтипів як в онтогенезі, так і при патологіях може регулюватися мікроРНК rno-mir-1 (див. відповідні публікації).