Лаборатория клеточной физиологии и патологии научно-технологического центра биомедицинской фотоники (10)

Научные результаты:

Целью проведения научно-исследовательской работы в 2024 году выступали исследования связи между содержанием неорганического полифосфата и метаболизмом на клеточных культурах без патологий и клеточных культурах – моделях нейродегенеративных заболеваний (НДЗ), а также возможностей современных флуоресцентных методов для детализированного изучения процессов от клеточного до тканевого уровней.

Для этого в качестве объектов исследования выступали фибробласты кожи пациентов, iPS-нейроны и мыши с различными мутациями, ассоциированными с нейродегенерациями, а также первичные культуры головного мозга крыс, подвергнутые действию токсинов.

Было выявлено, что в большинстве нарушений, не связанных напрямую с метаболизмом полифосфата, происходит накопление полимера с высокой длиной цепи. При этом для клеток с мутацией в генах SBF1, а также обработанных ротеноном и бета-амилоидом клетках такое изменение сопровождается деполяризацией, а в случае мутации белка FUS – гиперполяризацей митохондрий. Для всех токсических моделей, а также клеток пациентов с болезнью Шарко-Мари-Тута показано снижение роли комплекса I дыхательной цепи митохондрий. Выявленные особенности функции митохондрий в большинстве случае ведут к снижению уровня АТФ в митохондриях.

Весьма значительные изменения клеточного метаболизма происходят при модуляции уровня полифосфата. В клетках с мутацией гена PRUNE1 происходит снижение митохондриального мембранного потенциала, а также развитие дисфункции комплекса I. Изменение содержания полимера за счет экспрессии генов дрожжевой полифосфатазы или полифосфаткиназы приводит к смещению окислительно-восстановительного баланса между образованием и нейтрализацией активных форм кислорода. Во многом это определяется связью полифосфата с метаболизмом НАДФН, играющего роль в образовании антиоксиданта – восстановленного глутатиона.

Накопление длинноцепочечного полифосфата в клетках с мутацией или нокаутом гена белка PINK1 приводит к нарушению работы натрий-кальциевого обменника, являющейся причиной возможной перегрузки митохондрий кальцием.

Физиологический эффект экзогенных образцов полифосфата значительно зависит от их степени полимеризации. Если в случае коротких молекул наблюдается токсический эффект даже в малых дозах, то для соединений со средней и большой длиной цепи характерно стимулирование пролиферации фибробластов кожи вплоть до концентрации 150 мкМ, что открывает значительные перспективы применения полифосфата в регенерационных процессах.

Работы на различных объектах показали, что технология микроскопии времени жизни флуоресценции является мощным инструментом в оценке флавин-содержащих белков, который в будущем может стать основой для малоинвазивных методов исследования метаболизма на клеточном, тканевом и организменном уровнях. Данный подход характеризуется селективностью в отношении различных флавопротеинов, что, в частности, позволило провести ex vivo картирование активности моноаминоксидазы по отделам головного мозга.

Образование и переподготовка кадров:

Дополнительная профессиональная программа повышения квалификации «Применение FLIM-микроскопии для биомедицинских исследований», внедрена в ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева»