Відділ фізико-хімічної біології клітинних мембран

Тематика досліджень

Наукова робота відділу зосереджена на дослідженні ролі мембранних білків, зокрема іонних каналів та рецепторів, у функціонуванні окремих нейронів, нейронних мереж та органів. Головними напрямками досліджень є:

• вивчення біофізичних властивостей каналів та рецепторів клітинних мембран, вплив різних хімічних сполук на їхнє функціонування
• вивчення механізмів епілептогенезу та пошук шляхів корекції наслідків епілептичних нападів
• вивчення ролі мембранних рецепторів та іонних каналів в формуванні синаптичної пластичності, навчання, системної активності нервової системи та поведінки
• вивчення периферійних та центральних механізмів формування болю та пошук шляхів його блокади
• дослідження біофізичних властивостей і фармакологічної чутливості високопровідних катіонних каналів (LCC-каналів) ядерної мембрани та зʹясування їх фізіологічної ролі
• застосування стовбурових клітин для корекції неврологічних розладів (хвороби Альцгеймера, Паркінсона, епілепсія, інсульт) та травматичних уражень спинного мозку

Методи

Методи, які ми використовуємо, дозволяють проводити дослідження від молекулярного до організмового рівнів організації:

• дослідження іонних каналів за допомогою patch-clamp на культурах клітин та на виділених нейронах (пірамідні нейрони гіпокампу, неокортекса, гіпоталамуса, нейрони Пуркіньє, зернисті клітини мозочка, нейрони спинальних гангліїв та спинного мозку, гліальні клітини, ракові клітинні лінії, HEK293, CHO та PC-12 лінії, тощо), а також ізольованих ядрах клітин
• дослідження експресії іонних каналів імуногістохімічним методом;
• дослідження Са²⁺-сигналізації з використанням флуоресцентної та конфокальної мікроскопії
• виділення та культивування стовбурових клітин та тканинна інженерія
• дослідження ноцицепції на шкірно-нервовому препараті
• дослідження пароксизмальної епілептогенної активності на виділених та культивованих мозкових зрізах
• широкий ряд поведінкових тестів (відкрите поле, лабіринти різних конфігурацій, водний лабіринт Морріса, тощо), які дозволяють оцінювати загальну локомоторну активність, тривожність та депресивно-подібну поведінку, пам'ять та навчання, соціальну поведінку
• реєстрація активності окремих нейронів, потенціалів ближнього поля, електроенцефалограми у тварин, в тому числі в умовах вільної поведінки

Колаж (за годинниковою стрілкою): Зміни довготривалої синаптичної потенціації у гіпокампі при блокуванні ASIC1a каналів (А. Бута та ін., J. Med. Chem. 2015); робота за петч-клемп установкою (В. Кулик); конфокальна мікроскопія культури нейральних стовбурових клітин та нейросфер - астроцити червоні, нейрони сині (О. Рибачук); запис електричної активності структур головного мозку у щура в умовах вільної поведінки та спектрограма сигналу (Р. Боговик); зустріч із колегами на конференції (А. Чернінський та Е. Кнапська); приготування штучної цереброспинальної рідини (О. Єгорова); у центрі — мікроскопічне дослідження зразків (М. Федорюк).

Співробітники відділу

Кришталь Олег Олександрович — завідувач відділу, д.б.н., акад. НАН України

Максимюк Олександр Петрович — пров.н.с., к.б.н., ст.досл.

Сторожук Максим Вікторович — пров.н.с., д.б.н.

Ісаєв Дмитро Сергійович — пров.н.с., к.б.н., ст.досл.

Чижмаков Ігор Володимирович — с.н.с., к.б.н.

Чернінський Андрій Олександрович — с.н.с., к.б.н., ст.досл.

Котлярова Анна Борисівна — с.н.с., к.б.н.

Рибачук Оксана Андріївна — н.с., к.б.н.

Кулик В’ячеслав Борисович — н.с., к.б.н.

Єгорова Олена Володимирівна — н.с., к.б.н.

Мельник Марія Ігорівна — н.с., к.б.н.

Дринь Дарія Олегівна- н.с., к.б.н.

Новосьолова Наталія Сергіївна - н.с., к.б.н.

Запухляк Ольга Сергіївна - к.б.н., м.н.с.

Романов Артур Костянтинович - к.б.н., м.н.с.

Федорюк Михайло Петрович - к.б.н., м.н.с.

Котик Олена Адамівна - к.б.н., м.н.с.

Судаков Олександр Олександрович - к.ф-м.н., пров. інж.

Волкова Тетяна Михайлівна - н.с.

Бута Андрій Зіновійович - н.с.

Ніколаєнко Людмила Михайлівна - м.н.с.

Хмиз Володимир Васильович - м.н.с.

Ткаченко Юрій Миколайович - м.н.с.

Лунько Олексій Олександрович - м.н.с.

Венгренюк Артем Васильович - пров.інж.

Стефаненко Марія Володимирівна - пров.інж.

Нестеренко Юлія Анатоліївна - пров.інж.

Аспіранти

Жованник Валерія Олегівна

Савченко Антон Васильович

Джума Ахмад Ахмадович

Надтока Сергій Олександрович

Клименко Марія Юріївна

Вибрані публікації

Rayevsky A, Platonov M, Maximyuk O, et al. Integrated workflow for the identification of new GABA positive allosteric modulators based on the in silico screening with further in vitro validation. Case study using Enamine's stock chemical space. Mol Inform. 2023; doi:10.1002/minf.202300156

Gutnick T, Neef A, Cherninskyi A, Ziadi-Künzli F, Di Cosmo A, Lipp HP, Kuba MJ. Recording electrical activity from the brain of behaving octopus. Curr Biol. 2023 Feb 15:S0960-9822(23)00145-8. doi: 10.1016/j.cub.2023.02.006. Epub ahead of print. PMID: 36827988.

Tkachenko Y, Khmyz V, Isaev D, Maximyuk O, Krishtal O. Temperature increase significantly enhances nociceptive responses of C-fibers to ATP, high K+, and acidic pH in mice. Front Cell Neurosci. 2023 Feb 9;17:1131643. doi: 10.3389/fncel.2023.1131643. PMID: 36846206; PMCID: PMC9948025.

Isaev D, Yang KS, Petroianu G, Lorke DE, Oz M. Methylene Blue Inhibits Cromakalim-Activated K+ Currents in Follicle-Enclosed Oocytes. Membranes (Basel). 2023 Jan 18;13(2):121. doi: 10.3390/membranes13020121. PMID: 36837624; PMCID: PMC9966726.

Soloviev A, Ivanova I, Sydorenko V, Sukhanova K, Melnyk M, Dryn D, Zholos A. Calcium-dependent modulation of BKCa channel activity induced by plasmonic gold nanoparticles in pulmonary artery smooth muscle cells and hippocampal neurons. Acta Physiol (Oxf). 2023 Mar;237(3):e13922. doi: 10.1111/apha.13922. Epub 2023 Jan 12. PMID: 36599422.

Rybachuk O, Savytska N, Pinet É, Yaminsky Y, Medvediev V. Heterogeneous pHPMA hydrogel promotes neuronal differentiation of bone marrow derived stromal cellsin vitroandin vivo. Biomed Mater. 2023 Jan 4;18(1). doi: 10.1088/1748-605X/acadc3. PMID: 36542861.

Cherninskyi A, Storozhuk M, Maximyuk O, Kulyk V, Krishtal O. Triggering of Major Brain Disorders by Protons and ATP: The Role of ASICs and P2X Receptors. Neurosci Bull. 2022 Nov 29. doi: 10.1007/s12264-022-00986-8. Epub ahead of print. PMID: 36445556.

Isaev D, Shabbir W, Dinc EY, Lorke DE, Petroianu G, Oz M. Cannabidiol Inhibits Multiple Ion Channels in Rabbit Ventricular Cardiomyocytes. Front Pharmacol. 2022 Feb 3;13:821758. doi: 10.3389/fphar.2022.821758. PMID: 35185573; PMCID: PMC8850628.

Isaev D, Yang KS, Shabbir W, Howarth FC, Oz M. Capsaicin Inhibits Multiple Voltage-Gated Ion Channels in Rabbit Ventricular Cardiomyocytes in TRPV1-Independent Manner. Pharmaceuticals (Basel). 2022 Sep 26;15(10):1187. doi: 10.3390/ph15101187. PMID: 36297299; PMCID: PMC9611941.

Qi X, Lu JF, Huang ZY, Liu YJ, Cai LB, Wen XL, Song XL, Xiong J, Sun PY, Zhang H, Zhang TT, Zhao X, Jiang Q, Li Y, Krishtal O, Hou LC, Zhu MX, Xu TL. Pharmacological Validation of ASIC1a as a Druggable Target for Neuroprotection in Cerebral Ischemia Using an Intravenously Available Small Molecule Inhibitor. Front Pharmacol. 2022 Mar 24;13:849498. doi: 10.3389/fphar.2022.849498. PMID: 35401212; PMCID: PMC8988055.

Storozhuk M, Cherninskyi A, Maximyuk O, Isaev D, Krishtal O. Acid-Sensing Ion Channels: Focus on Physiological and Some Pathological Roles in the Brain. Curr Neuropharmacol. 2021;19(9):1570-1589. doi: 10.2174/1570159X19666210125151824. PMID: 33550975.

Zapukhliak O, Netsyk O, Romanov A, Maximyuk O, Oz M, Holmes GL, Krishtal O, Isaev D Mecamylamine inhibits seizure-like activity in CA1-CA3 hippocampus through antagonism to nicotinic receptors // PLOS ONE, 2021, Vol. 16, Issue 3, Article Number e0240074 DOI 10.1371/journal.pone.0240074

Melnick I, Krishtal OA, Colmers WF Integration of energy homeostasis and stress by parvocellular neurons in rat hypothalamic paraventricular nucleus // JOURNAL OF PHYSIOLOGY-LONDON, 2020, Vol. 598, Issue 5, P. 1073-1092 DOI 10.1113/JP279387

Lai K, Song XL, Shi HS, Qi X, Li CY, Fang J, Wang F, Maximyuk O, Krishtal O, Xu TL Bilirubin enhances the activity of ASIC channels to exacerbate neurotoxicity in neonatal hyperbilirubinemia in mice // SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE, 2000, Volume 12, Issue 530, Article Number eaax1337 DOI10.1126/scitranslmed.aax1337

Melnyk MI, Dryn DO, Al Kury LT, Dziuba DO, Zholos AV Suppression of mI(CAT) in Mouse Small Intestinal Myocytes by General Anaesthetic Ketamine and its Recovery by TRPC4 Agonist (-)-englerin A // FRONTIERS IN PHARMACOLOGY, 2020, Volume 11, Article Number 594882 DOI 10.3389/fphar.2020.594882

Kulyk VB, Chizhmakov IV, Iegorova OV, Volkova TM, Kharytonenko GI, Drozd OO, Krishtal OA Ganglion-Specific Sensitivity of P2X3 Receptors to Leu-Enkephalin // NEUROPHYSIOLOGY, 2020, Volume 52, Issue 3, P. 186-191 DOI 10.1007/s11062-020-09869-y

Li, HS; Su, XY; Song, XL; Qi, X; Li, Y; Wang, RQ; Maximyuk, O; Krishtal, O; Wang, TT; Fang, HQ; Liao, LJ; Cao, H; Zhang, YQ; Zhu, MX; Liu, MG; Xu, TL Protein Kinase C Lambda Mediates Acid-Sensing Ion Channel 1a-Dependent Cortical Synaptic Plasticity and Pain Hypersensitivity // JOURNAL OF NEUROSCIENCE, 39 (29), 2019, P. 5773-5793 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0213-19.2019

Rybachuk, O; Kopach, O; Pivneva, T; Kyryk, V Isolation of Neural Stem Cells from the Embryonic Mouse Hippocampus for in vitro Growth or Engraftment into a Host Tissue // BIO-PROTOCOL, 9 (4), 2019, Article Number: e3165 DOI: 10.21769/BioProtoc.3165

Semenikhina, M; Bogovyk, R; Fedoriuk, M; Nikolaienko, O; Al Kury, LT; Savotchenko, M; Krishtal, O; Isaeva, E Inhibition of protease-activated receptor 1 ameliorates behavioral deficits and restores hippocampal synaptic plasticity in a rat model of status epilepticus // NEUROSCIENCE LETTERS, 692, 2019, P. 64-68 DOI: 10.1016/j.neulet.2018.10.058

Kopach, O; Rybachuk, O; Krotov, V; Kyryk, V; Voitenko, N; Pivneva, T Maturation of neural stem cells and integration into hippocampal circuits - a functional study in an in situ model of cerebral ischemia // JOURNAL OF CELL SCIENCE, 131 (4), 2018, pii: jcs210989 DOI: 10.1242/jcs.210989

Luo, JL; Qian, AH; Oetjen, LK; Yu, WH; Yang, P; Feng, J; Xie, ZL; Liu, SB; Yin, SJ; Dryn, D; Cheng, JZ; Riehl, TE; Zholos, AV; Stenson, WF; Kim, BS; Hu, HZ TRPV4 Channel Signaling in Macrophages Promotes Gastrointestinal Motility via Direct Effects on Smooth Muscle Cells // IMMUNITY, 49 (1), 2018, P. 107-119 DOI: 10.1016/j.immuni.2018.04.021

Kononenko, O; Galatenko, V; Andersson, M; Bazov, I; Watanabe, H; Zhou, XW; Iatsyshyna, A; Mityakina, I; Yakovleva, T; Sarkisyan, D; Ponomarev, I; Krishtal, O; Marklund, N; Tonevitsky, A; Adkins, DL; Bakalkin, G Intra- and interregional coregulation of opioid genes: broken symmetry in spinal circuits // FASEB JOURNAL, 31 (5), 2017, P. 1953-1963 DOI: 10.1096/fj.201601039R

Kononenko, O; Bazov, I; Watanabe, H; Gerashchenko, G; Dyachok, O; Verbeek, DS; Alkass, K; Druid, H; Andersson, M; Mulder, J; Svenningsen, AF; Rajkowska, G; Stockmeier, CA; Krishtal, O; Yakovleva, T; Bakalkin, G Opioid precursor protein isoform is targeted to the cell nuclei in the human brain // BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-GENERAL SUBJECTS, 1861 (2), 2017, P. 246-255 DOI: 10.1016/j.bbagen.2016.11.002

Feng, J; Yang, P; Mack, MR; Dryn, D; Luo, JL; Gong, X; Liu, SB; Oetjen, LK; Zholos, AV; Mei, ZN; Yin, SJ; Kim, BS; Hu, HZ Sensory TRP channels contribute differentially to skin inflammation and persistent itch // NATURE COMMUNICATIONS, 8, 2017, Article Number: 980 DOI: 10.1038/s41467-017-01056-8

Storozhuk, M; Kondratskaya, E; Nikolaenko, L; Krishtal, O A modulatory role of ASICs on GABAergic synapses in rat hippocampal cell cultures // MOLECULAR BRAIN, 9, 2016, Article Number: 90 DOI: 10.1186/s13041-016-0269-4

Liu, MG; Li, HS; Li, WG; Wu, YJ; Deng, SN; Huang, C; Maximyuk, O; Sukach, V; Krishtal, O; Zhu, MX; Xu, TL Acid-sensing ion channel 1a contributes to hippocampal LTP inducibility through multiple mechanisms // SCIENTIFIC REPORTS, 6, 2016, Article Number: 23350 DOI: 10.1038/srep23350

Tesoriero, C; Codita, A; Zhang, MD; Cherninsky, A; Karlsson, H; Grassi-Zucconi, G; Bertini, G; Harkany, T; Ljungberg, K; Liljestrom, P; Hokfelt, TGM; Bentivoglio, M; Kristensson, K H1N1 influenza virus induces narcolepsy-like sleep disruption and targets sleep-wake regulatory neurons in mice // Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America, 113 (3), 2016, E368-E377 DOI: 10.1073/pnas.1521463112

McGarvey L.P., Butler C.A., Stokesberry S., Polley L., McQuaid S., Abdullah H., Ashraf S., McGahon M.K., Curtis T.M., Arron J., Choy D., Warke T.J., Zholos, A Bradding P., Ennis M., Costello R., Heaney L.G. Increased expression of bronchial epithelial transient receptor 1 potential vanilloid 1 channels in severe asthma // Journal of Allergy and Clinical Immunology 133 (3), 2014, 704-712 DOI: 10.1016/j.jaci.2013.09.016

Krishtal O Receptor for protons: First observations on Acid Sensing Ion Channels // NEUROPHARMACOLOGY, 94, 2015, P. 4-8 DOI: 10.1016/j.neuropharm.2014.12.014

Ievglevskyi O, Isaev D, Netsyk O, Romanov A, Fedoriuk M, Maximyuk O, Isaeva E, Akaike N, Krishtal O Acid-sensing ion channels regulate spontaneous inhibitory activity in the hippocampus: possible implications for epilepsy // The Royal Society Phil. Trans. R. Soc. B, 2016, 371(1700). pii: 20150431 DOI: 10.1098/rstb.2015.0431

Buta A, Maximyuk O, Kovalskyy D, Sukach V, Vovk M, Isaev D, Ievglevskyi O, Isaeva E, Savotchenko A, Krishtal O Novel potent orthosteric antagonist of ASIC1a prevents NMDAR-dependent LTP induction // J Med Chem. 2015 Jun 11;58(11):4449-61 DOI: 10.1021/jm5017329