Публікації 2021
(Створена сторінка: '''Публікації 2021''' ---- Частиною фізіологічного репертуару мотонейронів у ссавців є генер...)
Latest revision as of 13:01, 30 August 2022
Публікації 2021
Частиною фізіологічного репертуару мотонейронів у ссавців є генерація самопідтримуваних потенціалів дії, основою якої служать тривалі деполяризаційні плато-потенціали. Така активність в нормі забезпечує постуральний тонус (підтримку пози), посилення локомоторного виходу спинного мозку та виконання високовимогливих моторних програм (що потребують потужної і синхронної активації моторних одиниць), а при патології, зокрема травмах спинного мозку, обумовлює спастичність. Переходи між станами спокою та генерації самопідтримуваних потенціалів є проявом особливої властивості мотонейронів - електричної бістабільності, яка притаманна також іншим типам нейронів. Донедавна провідна роль у генерації плато-потенціалів мотонейронами відводилася стійкому деполяризаційному струму через кальцієві канали L-типу. Міжнародний колектив авторів за участю головного наукового співробітника відділу молекулярної біофізики нашого інституту, професора Сергія Корогода опублікував дослідження, в якому обґрунтовується альтернативний механізм. Використовуючи мультидисциплінарний підхід і, зокрема, комп’ютерне моделювання (внесок нашого співробітника), автори визначили, що молекулярним субстратом електричної бістабільності в мотонейронах є термочутливі Са2+-залежні Na+-проникні канали TRPM5. Доведено, що головним тригером тривалої плато-деполяризації і, відповідно, самопідтримуваних розрядів є Na+ струм через TRPM5 канали. Цей тригер активується при збільшенні цитозольної концентрації Ca2+ завдяки його надходженню через канали L-типу і вивільненню з внутрішньоклітинних депо.
Статтю опубліковано у Nature Communications (IF=14.919)
Біль — неприємне відчуття, якого ми прагнемо уникати. У той же час, він має важливу захисну функцію, обмежуючи використання ушкодженого органу. Та інколи цей механізм дає збій, а біль стає хронічним, суттєво заважаючи нормальній життєдіяльності. Молекулярні та клітинні механізми, що лежать в основі розвитку цього явища, досі недостатньо досліджені. Водночас, добре відомо, що хронічне периферійне запалення супроводжується закисленням міжклітинного простору. Співробітники відділів сенсорної сигналізації та молекулярної біофізики нашого інституту дослідили, в який спосіб таке закислення може призводити до розвитку гіпералгезії та хронічного запального болю.
Раніше автори показали існування певного типу ноцицептивних нейронів спинномозкових вузлів, які реагують на незначне закислення навколишнього середовища. Зараз показано, що саме у цих нейронах хронічне запалення супроводжувалося збільшенням експресії протон-чутливих іонних каналів (ASIC), а також потенціал-залежних натрієвих та кальцієвих каналів. Внаслідок цього чутливі нейрони збуджуються навіть за значень рН, близьких до нормальних, що може бути механізмом розвитку гіпералгезії та хронічного запального болю.
Робота опублікована у Frontiers in Cellular Neuroscience (IF=5.5)
Однією з важливих проблем, що вивчаються у нашому інституті, є біль. До певної міри це відчуття є захисним, адже слугує для інформування нас про ураження частин організму та обмежує їхнє використання, що сприяє відновленню. Проте, за деяких умов нейрони, які беруть участь у передачі больової інформації, сенситизуються - стають надто чутливими, що призводить до патологічного посилення цього відчуття. Співробітники відділу сенсорної сигналізації нашого інституту опублікували оглядову статтю, присвячену ролі перебудов активності AMPA глутаматних рецепторів у такій сенситизації нейронів заднього рогу спинного мозку. Сучасні знання про внесок цих рецепторів у клітинні механізми, що призводять до розвитку хронічного болю, надають можливості для розробки цільових методів лікування цієї патології.
Ішемічна хвороба серця є причиною найбільшої кількості смертей серед неінфекційних патологій. На її рахунку більше 2 млн. смертей протягом минулих двох декад. На пошук шляхів захисту серцево-судинної системи від пошкоджень направлене дослідження співробітників відділів фізіології кровообігу і загальної та молекулярної патофізіології нашого інституту. Вони вивчали кардіопротекторну роль піридоксаль-5-фосфату (PLP, активна форма вітаміну В6) у старих щурів. Ця сполука працює як кофермент у численних біохімічних реакціях. Авторів цікавила його участь у синтезі гідроген сульфіду - газоподібної сигнальної молекули, що активно працює у серцево-судинній системі. Показано, що PLP відновлює активність генів CSE, 3-MST та UCP3, вміст H2S, а також збільшує експресію генів SUR2 та Kir6.1 у клітинах серця старих щурів. Вплив аналізованої сполуки зменшує показники оксидантного стресу, збільшує активність конститутивної NO-синтази, що покращує відновлення функції серця після ішемії.
Дослідження опубліковане у European Journal of Clinical Investigation (імпакт фактор 4.6, входить до першого квартиля в категорії "Загальна та внутрішня медицина"). Робота профінансована грантом Національного Фонду Досліджень України № 2020.01/0204 “Розробка нових методів підвищення експресії АТФ-чутливих калієвих каналів клітинних мембран як потужної універсальної системи ендогенного захисту" (науковий керівник - д.б.н. Струтинський Р. Б.).
Протон-чутливі йонні канали (ASIC) - важливий синаптичний компонент, а їх існування вперше показано в стінах нашого інституту. Експериментальне вивчення ролі ASIC триває у тому числі і у відділі фізико-хімічної біології клітинних мембран. Його співробітники опублікували оглядову статтю, присвячену цій темі.
Наразі відомо, що ASIC є не екзотичним механізмом, натомість їх можна знайти практично в усіх ділянках мозку: мигдалині (емоційна пам'ять та навчання), гіпокампі (формування пам'яті, орієнтування у просторі), мозочку (координація рухів), стріатумі, стовбурі, неокортексі тощо. Протони не є головними медіаторами, але вони здатні модулювати роботу майже кожного синапсу. Головним чином ASIC впливають на роботу глутаматної та ГАМК медіаторних систем. Що ускладнює розуміння їхнього значення - роль в роботі синапсів залежить від конкретної мозкової структури: десь вони залучені до довготривалої синаптичної потенціації, а десь - довготривалої синаптичної депресії. Відомо, що ASIC залучені у процесах моторного навчання, формування страху та його забування, у вроджених емоційних реакціях, а також у формуванні умовних рефлексів на основі позитивного підкріплення.
Порушення роботи ASIC є компонентом формування нервових розладів, а фармакологічний вплив на їхнє функціонування може мати терапевтичне значення. Показано, що зміна активності цих рецепторів може бути антидепресантною, протисудомною (боротьба з епілепсією), ефективною при лікуванні інсультів, хвороби Альцгеймера та навіть наркотичних залежностей. Все це робить подальше вивчення ASIC перспективним щодо винайдення новітніх лікарських засобів, а значить - збільшення якості життя людства.
Статтю опубліковано у рейтинговому журналі Current Neuropharmacology (імпакт-фактор 7.4): Acid-Sensing Ion Channels: Focus on Physiological and Some Pathological Roles in the Brain // Current Neuropharmacology
Вийшла друком монографія співробітників Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України "Neurophysiological Essays of Platon Kostyuk and his Students" за редакцією академіка НАН України О.О. Кришталя та доктора біологічних наук О.О. Лук’янець.
Монографія присвячена всесвітньовідому вченому нейрофізіологу та біофізику академіку Платону Григоровичу Костюку. Вона містить розділи, написані як самим П.Г. Костюком, так і його учнями. Наукова школа академіка Костюка дуже велика та всесвітньо відома, багато його учнів зараз працюють у відомих лабораторіях світу, дехто став керівником наукових лабораторій за кордоном, інші ж ефективно працюють в Україні.
Монографія підготовлена англійською мовою. Вона містить наукові дані досліджень в області сучасної молекулярної, клітинної та теоретичної нейрофізіології та біофізики, тому буде корисною фахівцям науковцям, викладачам, аспірантам і студентам, котрі працюють в зазначених галузях біології та медицини. Крім наукових відомостей, монографія містить спогади учнів П. Г. Костюка.
Neurophysiological Essays of Platon Kostyuk and his Students; O. Krishtal, E. Lukyanetz eds. Kyiv: Bogomoletz Institute of Physiology of National Academy of Sciences of Ukraine, PH “Akademperiodyka”, 2020. pp. 306. ISBN: 978-966-360-420-6
Ознайомитися із монографією можна у бібліотеці нашого інституту.
В нашому інституті активно вивчається будова та функціонування синапсів - місця взаємодії нервових клітин. Порушення розвитку та функціонування цих структур лежить у основі численних патологій.
У роботі, виконаній за участі співробітників відділу цитології, досліджено біогенез деяких попередників пресинаптичних структур (білків активної зони та синаптичних пухирців) у тілі нейрона. Зокрема вивчено їх експорт та сортування, які відбуваються у транс-частині комплексу Гольджі під контролем малої ГТФ-ази Rab2. Показано, що інактивація Rab2 сприяє накопиченню білків пресинаптичних структур у сомі нейрону, а це має наслідком відповідний їх дефіцит у пресинаптичних терміналях. Позитивна реакція ектопічного матеріалу на LAMP1, білок мембран лізосом, вказує на спільність ланок процесів траспортування цих органел та матеріалу пресинаптичних структур. Встановлено, що Rab2 впливає на активність Arl8, лізосомального білка-адаптора, що контролює транспорт попередників пресинаптичних структур по аксону.
Зміни роботи Rab2 спостерігаються за таких патологій нервової системи як дефіцит пам'яті, розлади аутистичного спектру та шизофренія. Відтак, отримані знання мають важливе значення для розуміння молекулярно-біологічних механізмів розвитку та корекції таких хвороб.
Електричні властивості нейронів та інших збудливих клітин визначаються наявністю в їхніх клітинних мембранах йонних каналів - білкових пор, через які можуть протікати йонні струми. Завідувач відділу нервово-м'язової фізіології д.б.н. Ярослав Шуба опублікував огляд, присвячений функціям іонного каналу з родини транзиторного рецепторного потенціалу - TRPV1. Найбільше TRPV1-канал відомий як такий, що активується капсаїцином - діючою речовиною гіркого перцю чілі, спричиняючи відповідні пекучі відчуття. Окрім капсаїцину та подібних сполук (ванілоїдів), даний канал реагує і на високу температуру, являючись ключовою ланкою больового реагування на опіки. На активність TRPV1 також впливають численні ендогенні медіатори запалення та інші біохімічні посередники, що робить цей канал важливим фактором больової сигналізації. Крім цього, активація TRPV1 у чутливих нервових волокнах, що інервують різні внутрішні органи, приводить до вивільненню з них біологічно активних нейропетидів, які у свою чергу впливають на функцію цих органів. Проте, TRPV1 канали також можуть експресуватися і за межами чутливих нейронів, і там їхня роль не очевидна. Наприклад, вони трапляються у скелетних м’язах, деяких типах гладеньких м’язів, епітеліальних, імунних та жирових клітинах. Даний огляд має на меті саме чітке розділення нейрогенних та не-нейрогенних ефектів активації TRPV1 каналів.
Гіпокамп є важливою мозковою структурою, що відповідає за формування пам'яті. Він ж має ряд особливостей, зокрема, його нейрональні ланцюги організовані так, що формують замкнені кола, в яких мандрує збудження. З одного боку, це працює як основа короткочасної пам'яті. З іншого - створює передумови до ненормальної, патологічної синхронізації циклів збудження та гальмування, що лежить в основі розвитку поширеної неврологічної патології - епілепсії. "Звичайним" способом комунікації та передачі інформації між нейронами є синапси - спеціалізовані надскладні клітинні контакти. Але чи лише синапстична передача залучена до епілептогенезу?
Результати досліджень співробітників відділу фізико-хімічної біології клітинних мембран проливають світло на це цікаве і важливе питання. У експериментах на свіжоізольованих зрізах гіпокампу щурів було проведене як повне, так і часткове фармакологічне виключення синаптичної передачі. Виявилося, що навіть із повністю заблокованими синапсами, епілептоподібні розряди у препаратах гіпокампу все рівно вдавалося викликати. Детальний аналіз показав, що в разі вимкнення головних медіаторних систем гіпокампу - глутаматної та ГАМКергійної - епілептиформну синхронізацію забезпечує робота нікотинових холінорецепторів. При цьому, їхній блокатор мекаміламін припиняє таку патологічну синхронізацію. І це не лише розширює наші знання про клітинні механізми виникнення епілепсії, а й дає нові способи фармакологічного лікування цієї патології.
Пошук нових способів лікування є важливим напрямком біомедичних досліджень. Одним з них є фотодинамічна хемотерапія, яка полягає у введенні в організм спеціальних сполук, активація яких відбувається під дією світла. В такий спосіб можна контролювати досить точно час та інтенсивність впливу.
Одним з важливих етапів тестування нових ліків є перевірка їх на безпечність. Колектив авторів за участю співробітників відділу імунофізіології протестував особливі золото-вмісні наночастинки на функціонування репродуктивної функції самців щурів. Було виявлено ряд негативних відмін, що слід враховувати при подальших розробках лікування за допомогою золото-вмісних наночастинок.
Effect of gold nanocomposite treatment on male reproductive function // Appl Nanosci (2021)
Важливою проблемою сучасних біомедичних досліджень є способи ефективної доставки діючих речовин всередину певного типу клітин організму, на які вони мають подіяти. Однією з нещодавно розроблених перспективних форм доставки через мембрану являються фосфатидилхолінові ліпосоми.
В роботі авторів з відділу фізико-хімічної біології клітинних мембран методом петч-клемп досліджувався ефект відомого вазорелаксанту оксиду азоту (NO), який був інкапсульований у ліпосоми з метою отримання новітнього перспективного фармакологічного модулятора одного з типі калієвих каналів - ВКСа. Ця невелика молекула NO є важливою ланкою комунікації між ендотеліальними та гладеньком’язовими клітинами кровоносних судин, стимулюючи розслаблення м’язів та розширення останніх. Дефіцит NO спостерігається при деяких патологіях, зокрема, легеневій гіпертензії. Аплікація ліпосомального NO збільшувала у гладеньком’язових клітинах легеневих артерій щурів інтегральні вихідні калієві струми дозо-залежним чином зі значенням ЕС50 0,55 ± 0,17 мкМ. Ліпосомальний NO також збільшував активність поодиноких ВКСа-каналів, збільшуючи вірогідність відкритого стану каналу та зменшуючи час перебування в закритому стані. Автори статті пояснюють дію ліпосомального NO на ВКСа канал дестабілізацією конформації білка каналу, коли він знаходиться в закритому стані, що спричинює його частіші відкривання і, відповідно, збільшує ймовірність переходу каналу у його відкритий стан.
Отримані результати мають важливе значення при розробці ліків проти артеріальної гіпертензії та інших хвороб.
