Изменение функционального состояния митохондрий, белок-липидного состава и электрофизиологических свойств клеток в перитуморальной области и опухоли у пациентов с глиомами II-IV степенейНИР

Functional state of mitochondria, protein-lipid composition and electrophysiological properties of cells in peritumoral and tumoral regions in patients with II-IV grade gliomas

Соисполнители НИР

ФГБОУ ВО "ПИМУ" Минздрава России Соисполнитель
ИБХ РАН Соисполнитель
ННГУ Соисполнитель

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 19 февраля 2020 г.-26 декабря 2020 г. Изменение функционального состояния митохондрий, белок-липидного состава и электрофизиологических свойств клеток в перитуморальной области и опухоли у пациентов с глиомами II-IV степеней
Результаты этапа: Во время первого этапа данного проекта мы впервые установили, что спектроскопия комбинационного рассеяния (КР, рамановская спектроскопия) является перспективным неинвазивным методом, который может позволить детектировать границы перитуморальной области для глиом IV степени по КР-сигналу от восстановленных цитохромов митохондрий. Анализ полученных нами данных КР-спектроскопии показал, что в перитуморальной области во всех исследуемых клетках в дыхательной цепи митохондрий достоверно снижено относительное содержание восстановленных цитохромов С, В и А-типов. Мы также показали, что в раковых клетках опухоли достоверно увеличено относительное содержание белков по сравнению с липидами. Мы полагаем, что это связано с интенсивным синтезом белка в раковых быстро делящихся и растущих клетках. Предполагается, что повышенный синтез белка в раковых клетках приводит к быстрому потреблению АТФ и активации ЭТЦ митохондрий (для обеспечения клеток необходимым количеством АТФ). В результате этого электроны быстрее проходят по дыхательной цепи, что выражается как снижение относительного содержания восстановленных цитохромов. Мы впервые показали, что при глиомах II степени, которые характеризуются более медленным ростом опухоли, чем глиомы IV степени, раковые клетки не обладают повышенным уровнем синтеза белка, при этом в митохондриях увеличено относительное содержание восстановленных цитохромов, что свидетельствует о гипоксическом состоянии раковых клеток. Был разработан протокол иммунохимического окрашивания белка GFAP в астроцитах кортекса и перитуморальной области, совместимый с регистрацией спектров КР. В дальнейшем иммунохимическое окрашивание астроцитов будет использовано для их визуализации и регистрации спектров КР от астроцитов в кортексе и перитуморальной области. Впервые было установлено, что в астроцитах перитуморальной области и раковых клетках при глиомах IV степени увеличивается входное сопротивление, что свидетельствует о возможном уменьшении размеров клеток, снижении числа отростков и щелевых контактов между ними. При глиомах II степени подобные изменения свойств клеток не происходят. При глиомах IV степени в раковых клетках наблюдается изменение спонтанной динамики кальция, когда области со спонтанными повышениями концентрации Са2+ становятся меньше по площади, а амплитуда и частота флуктуаций концентрации ионов Са2+ становится выше, чем в нормальных астроцитах, Мы предполагаем, что подобное изменение площади кальциевых событий, их частоты и длительности может быть связано с уменьшением размеров раковых клеток по сравнению с астроцитами нормального кортекса, с изменением метаболизма и энергетического состояния митохондрий и уменьшением числа щелевых контактов между клетками, что в результате приводит к нарушению внутри-и межклеточных сигнальных процессов.
2 1 января 2021 г.-28 декабря 2021 г. Изменение функционального состояния митохондрий, белок-липидного состава и электрофизиологических свойств клеток в перитуморальной области и опухоли у пациентов с глиомами II-IV степеней
Результаты этапа: Во время второго этапа проекта были выполнены исследования морфологии астроцитов в нормальном кортексе и плотных опухолях у пациентов при глиомах II-IV степеней и продолжены детальные исследования изменений белок-липидного состава цитоплазмы и редокс-состояния митохондрий клеток неизмененного кортекса, предопухолевой области и плотной опухоли у пациентов при различных глиомах. Впервые мы установили, что у астроцитов из области нормального кортекса наблюдается наибольшее количество отростков при наибольшой максимальной площади астроцита по сравнению с клетками из области плотной опухоли при глиомах II и III-IV степеней. При этом уменьшение числа отростков происходит по мере увеличения степени злокачественности глиомы. Так, при глиомах II степени у клеток из области плотной опухоли больше отростков и больше площадь максимальной проекции, чем у клеток опухоли при глиоме IV степени. Изменение морфологии клеток может приводить к существенному нарушению их функции. Мы установили, что по параметрам спектров комбинационного рассеяния клеток, характеризующим редокс-состояние цитохромов митохондрий можно отличить предопухолевую область от кортекса и собственно плотной опухоли при глиомах II и III-IV степеней, при этом можно различить типы глиом (ангиогенные, высокой степени злокачественности (III-IV), и неангиогенные, низкой степени злокачественности(II)). Также по КР-параметрам, характеризующим относительное содержание белка, можно определить границы собственно плотной опухоли при глиомах любой степени. При этом полученные результаты не зависят от возраста пациентов и связаны только с типом глиомы. Данный результат является крайне важным для дальнейшего развития дальнейших подходов и методов для определения границ преопухолевой области, содержащей раковые клетки, но неидентифицируемой при помощи других методов, а также для интраоперационного определения границ плотной опухоли и установления ее типа. На срезах мозге мышей с активно растущими метастазами меланомы мы показали, что в околоопухолевой области в астроцитах происходит снижение относительного содержания восстановленных цитохромов, которое тем более выражено, чем меньше расстояние до метастаза. Таким образом, из всех представленных результатов следует, что снижение относительного содержания восстановленных цитохромов митохондрий вблизи опухоли является общим свойством всех активно растущих опухолей и, таким образом, КР-спектроскопия, дающая возможность оценить параметры, характеризующие редокс-состояние компонентов ЭТЦ митохондрий, является перспективным методом для определения границ предопухолевой области.
3 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Изменение функционального состояния митохондрий, белок-липидного состава и электрофизиологических свойств клеток в перитуморальной области и опухоли у пациентов с глиомами II-IV степеней
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. Статья SERS_cytochromeC_mitochondria_paper.pdf 1,3 МБ 9 февраля 2021 [NadiyaBrazhe]