NMP:Projects

Department of Nervous & Muscular Physiology

• Home
• History
• People
• Projects
• Methods
• Innovations
• Collaborators
• Career
• Selected publications for years 2013 - 2017
• Contacts

Projects

Поточні
проекти

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).

Публікації ►

1. Reznikov AG, Salivonyk OA, Sotkis AG, Shuba YM. Assessment of gold nanoparticle effect on prostate cancer LNCaP cells. Exp Oncol. 2015 Jun;37(2):100-4.
2. Prevarskaya N, Skryma R, Shuba Y. Ion channels and the hallmarks of cancer. Trends Mol Med. 2010 Mar;16(3):107-21. Review.
3. Shuba IaM. Calcium signaling in carcinogenesis. Fiziol Zh. 2007;53(4):110-28. Review. Ukrainian.
4. Sotkis HV, Lazarenko PM, Boldyriev OI, Voĭtychuk OI, Dosenko VIe, Tumanovs'ka LV, Shuba IaM. Identification of E-4031-sensitive potassium current component in murine P19 embryonic carcinoma cell line differentiated in cardiomyocytes. Fiziol Zh. 2006;52(1):49-61. Ukrainian.
5. Lemonnier L, Lazarenko R, Shuba Y, Thebault S, Roudbaraki M, Lepage G, Prevarskaya N, Skryma R. Alterations in the regulatory volume decrease (RVD) and swelling-activated Cl- current associated with neuroendocrine differentiation of prostate cancer epithelial cells. Endocr Relat Cancer. 2005 Jun;12(2):335-49.
6. Lazarenko RM, Kondrats'kyĭ AP, Pohoriela NKh, Shuba IaM. Alterations in ATP-dependence of swelling-activated Cl- current associated with neuroendocrine differentiation of LNCaP human prostate cancer epithelial cells. Fiziol Zh. 2005;51(3):57-66. Ukrainian.
7. Lazarenko PM, Pohoriela NKh, Shuba IaM. Adenosine triphosphate-dependence of volume sensitive chloride current in LNCaP cell line of human prostate cancer. Fiziol Zh. 2005;51(1):51-61. Ukrainian.
8. Lazarenko RM, Vitko IuM, Pohoriela NKh, Skryma RN, Shuba IaM. Effect of neuroendocrine cell differentiation of the human prostatic neoplasm cell line LNCaP on the characteristics of volume-sensitive chloride content. Fiziol Zh. 2003;49(6):3-13. Ukrainian.
9. Vitko YV, Pogorelaya NH, Prevarskaya N, Skryma R, Shuba YM. Proteolytic modification of swelling-activated Cl- current in LNCaP prostate cancer epithelial cells. J Bioenerg Biomembr. 2002 Aug;34(4):307-15.
10. Vitko IuM, Pogoriela NKh, Prevars'ka N, Skryma R, Shuba IaM. The influence of extracellular pH on volume-activated chloride current in the prostate cancer epithelial cells. Fiziol Zh. 2002;48(4):19-27. Ukrainian.

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).

Публікації ►

1. Philyppov IB, Paduraru ON, Gulak KL, Skryma R, Prevarskaya N, Shuba YM. TRPA1-dependent regulation of bladder detrusor smooth muscle contractility in normal and type I diabetic rats. J Smooth Muscle Res. 2016;52:1-17.
2. Vanden Abeele F, Kondratskyi A, Dubois C, Shapovalov G, Gkika D, Busserolles J, Shuba Y, Skryma R, Prevarskaya N. Complex modulation of the cold receptor TRPM8 by volatile anaesthetics and its role in complications of general anaesthesia. J Cell Sci. 2013 Oct 1;126(Pt 19):4479-89.
3. Philyppov IB, Paduraru ON, Andreev YA, Grishin EV, Shuba YM. Modulation of TRPV1-dependent contractility of normal and diabetic bladder smooth muscle by analgesic toxins from sea anemone Heteractis crispa. Life Sci. 2012 Nov 2;91(19-20):912-20.
4. Skryma R, Prevarskaya N, Gkika D, Shuba Y. From urgency to frequency: facts and controversies of TRPs in the lower urinary tract. Nat Rev Urol. 2011 Oct 4;8(11):617-30. Review.
5. Vladymyrova IA, Filippov IB, Kuliieva IeM, Iurkevych A, Skryma R, Prevarskaia N, Shuba IaM. Comparative effects of menthol and icilin on the induced contraction of the smooth muscles of the vas deferens of normal and castrated rats. Fiziol Zh. 2011;57(4):21-33. Ukrainian.
6. Paduraru OM, Filippov IB, Boldyriev OI, Vladymyrova IA, Naĭd'onov VH, Shuba IaM. Urothelium-dependent modulation of urinary bladder smooth muscle contractions by menthol. Fiziol Zh. 2011;57(6):15-22. Ukrainian.
7. Boldyrev OI, Sotkis HV, Kuliieva IeM, Vladymyrova IA, Filippov IB, Skryma R, Prevars'ka N, Shuba IaM. Expression of the cold receptor TRPM8 in the smooth muscles of the seminal ejaculatory ducts in rats. Fiziol Zh. 2009;55(5):17-27. Ukrainian.
8. Filippov IB, Vladymyrova IA, Kuliieva IeM, Skryma R, Prevarskaia N, Shuba IaM. Modulation of the smooth muscle contractions of the rat vas deferens by TRPM8 channel agonist menthol. Fiziol Zh. 2009;55(6):30-40. Ukrainian.
9. Kondrats'kyĭ AP, Kondrats'ka KO, Skryma R, Prevars'ka N, Shuba IaM. Gender differences in cold sensitivity: role of hormonal regulation of TRPM8 channel. Fiziol Zh. 2009;55(4):91-9. Ukrainian.
10. Kondrats'kyĭ AP, Sotkis HV, Boldyriev OI, Kondrats'ka KO, Liubanova OP, Dyskina IuB, Hordiienko DV, Shuba IaM. Functional identification of the TRPM8 cold receptor in rat prostate epithelial cells. Fiziol Zh. 2007;53(5):3-13. Ukrainian.

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).

Публікації ►

1. Philyppov IB, Paduraru ON, Gulak KL, Skryma R, Prevarskaya N, Shuba YM. TRPA1-dependent regulation of bladder detrusor smooth muscle contractility in normal and type I diabetic rats. J Smooth Muscle Res. 2016;52:1-17.
2. Vladimirova IA, Philyppov IB, Kulieva EM, Paduraru ON, Shuba YY, Shuba YM. Impact of diabetic complications on neuromuscular transmission in the smooth muscle of the bladder of rats with experimental diabetes. Fiziol Zh. 2015;61(4):56-62. Ukrainian.
3. Vladimirova IA, Lankin YN, Philyppov IB, Sushiy LF, Shuba YM. Frequency dependence of excitation-contraction of multicellular smooth muscle preparations: the relevance to bipolar electrosurgery. J Surg Res. 2014 Jan;186(1):119-25.
4. Vladimirova IA, Filippov IB, Paduraru ON, Shuba ÉIa, Kuliieva ÉM, Shuba IaM. Changes of neuromuscular transmission in smooth muscles of rats bladder with experimental diabetes. Fiziol Zh. 2014;60(2):31-7. Ukrainian.
5. Philyppov IB, Paduraru ON, Andreev YA, Grishin EV, Shuba YM. Modulation of TRPV1-dependent contractility of normal and diabetic bladder smooth muscle by analgesic toxins from sea anemone Heteractis crispa. Life Sci. 2012 Nov 2;91(19-20):912-20.
6. Kryshtal' DA, Paduraru OM, Boldyriev OI, Kit OIu, Rekalov VV, Shuba IaM. Changes in calcium-dependent potassium channels of isolated smooth muscle cells of the bladder in rats with experimental diabetes. Fiziol Zh. 2011;57(3):25-32. Ukrainian.

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.

Публікації ►

1. Philyppov IB, Golub AА, Boldyriev OI, Shtefan NL, Totska K, Voitychuk OI, Shuba YM. Myorelaxant action of fluorine-containing pinacidil analog, flocalin, in bladder smooth muscle is mediated by inhibition of L-type calcium channels rather than activation of KATP channels. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 2016 Jun;389(6):585-92.
2. Al Kury LT, Voitychuk OI, Yang KH, Thayyullathil FT, Doroshenko P, Ramez AM, Shuba YM, Galadari S, Howarth FC, Oz M. Effects of the endogenous cannabinoid anandamide on voltage-dependent sodium and calcium channels in rat ventricular myocytes. Br J Pharmacol. 2014 Jul;171(14):3485-98.
3. Voitychuk OI, Strutynskyi RB, Moibenko OO, Shuba YM. Effects of fluorine-containing opener of ATP-sensitive potassium channels, pinacidil-derivative flocalin, on cardiac voltage-gated sodium and calcium channels. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 2012 Nov;385(11):1095-102.
4. Voitychuk OI, Asmolkova VS, Gula NM, Sotkis GV, Galadari S, Howarth FC, Oz M, Shuba YM. Modulation of excitability, membrane currents and survival of cardiac myocytes by N-acylethanolamines. Biochim Biophys Acta. 2012 Sep;1821(9):1167-76.
5. Voitychuk OI, Strutynskyi RB, Yagupolskii LM, Tinker A, Moibenko OO, Shuba YM. Sarcolemmal cardiac K(ATP) channels as a target for the cardioprotective effects of the fluorine-containing pinacidil analogue, flocalin. Br J Pharmacol. 2011 Feb;162(3):701-11.
6. Voĭtychuk OI, Asmolkova VS, Hula NM, Oz M, Shuba IaM. Effects of N-stearoyl- and N-oleoylethanolamine on cardiac voltage-dependent sodium channels. Fiziol Zh. 2010;56(5):13-22. Ukrainian.
7. Voĭtychuk OI, Asmolkova VS, Hula NM, Sotkis HV, Oz M, Shuba IaM. Regulation of the excitability of neonatal cardiomyocytes by N-stearoyl- and N-oleoyl-ethanolamines. Fiziol Zh. 2009;55(3):55-66. Ukrainian.

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).

Публікації ►

1. Sharop BR, Boldyriev OI, Batiuk MY, Shtefan NL, Shuba YM. Compensatory reduction of Cav3.1 expression in thalamocortical neurons of juvenile rats of WAG/Rij model of absence epilepsy. Epilepsy Res. 2016 Jan;119:10-2.
2. Shuba YM. Models of calcium permeation through T-type channels. Pflugers Arch. 2014 Apr;466(4):635-44. Review.
3. Nosal OV, Lyubanova OP, Naidenov VG, Shuba YM. Complex modulation of Ca(v)3.1 T-type calcium channel by nickel. Cell Mol Life Sci. 2013 May;70(9):1653-61.
4. Shuba YM, Perez-Reyes E, Lory P, Noebels J. T-type calcium channels: from discovery to channelopathies, 25 years of research. Channels (Austin). 2008 Jul-Aug;2(4):299-302. Meeting report.
5. Shcheglovitov A, Kostyuk P, Shuba Y. Selectivity signatures of three isoforms of recombinant T-type Ca2+ channels. Biochim Biophys Acta. 2007 Jun;1768(6):1406-19.
6. Shcheglovitov A, Zhelay T, Vitko Y, Osipenko V, Perez-Reyes E, Kostyuk P, Shuba Y. Contrasting the effects of nifedipine on subtypes of endogenous and recombinant T-type Ca2+ channels. Biochem Pharmacol. 2005 Mar 1;69(5):841-54.
7. Dosenko VE, Lyubanova OP, Shcheglovitov AK, Boldyryev AI, Shuba YaM. [Expression of RNA of subunits of low-threshold calcium channels in the laterodorsal nucleus of the rat thalamus: an ontogenetic aspect]. Neurophysiology (Kiev) 2005 May 37(3):201-5. Russian.