Исследование митохондрий в кардиомиоцитах и нефронах крыс при развитии хронической гипертонической болезниНИР

Study of mitochondria in cardiomyocytes and nephrons of rats during the development of chronic hypertension

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 27 июля 2021 г.-30 июня 2022 г. Исследование митохондрий в кардиомиоцитах и нефронах крыс при развитии хронической гипертонической болезни
Результаты этапа: • Разработан методический подход на основе ГКР для изучения свойств цитохромов С и В, липидов и белков в выделенных функционально активных митохондриях при модуляции активности дыхательной цепи и патологии сердечно-сосудистой системы (Рисунки 1, 2, 6, 12, 14). • Получены фундаментальные данные о конформационных превращениях гема цитС при функционировании ЭТЦ за счет субстратов окисления глюкозы и жирных кислот, а также при варьировании активности отдельных комплексов ЭТЦ (Рисунки 3–5,7). Впервые показано, что конформация гема окисленного гема цитС чувствительна к величине мембранного потенциала митохондрий: при снижении потенциала возрастает вероятность плоской конформации гема, при увеличении потенциала – деформированной конформации. Субстраты окисления глюкозы приводят к более выраженным эффектам, чем субстраты окисления жирных кислот в митохондриях сердца. Выдвинуто предположение о роли посттрансляционной модификации цитС в конформационных превращениях гема цитС. • Выявлены отличия в спектрах ГКР митохондрий кардиомиоцитов и нефронов, связанные с разной конформацией гема цитС в разных органах, что также может быть обусловлено различиями в сайте фосфорилирования и других посттрансляционных модификаций цитС (Рисунок 8). • Показано, что в митохондриях кардиомиоцитов и нефронов животных с гипертонией нарушена регуляция конформации гема цитС в ответ на изменение мембранного потенциала (Рисунки 9–11). • Подобраны условия исследования редокс-состояния цитохромов В и С с помощью лазера с длиной волны 488 нм (Рисунок 12), а также одновременной оценки состояния гема цитохромов, липидов и белков митохондрий с помощью лазера с длиной волны 785 нм (Рисунок 14, Таблица 1). • Разработан методический подход на основе ГКР для одновременного исследования свойств гемоглобина и мембран эритроцитов при развитии патологии сердечно-сосудистой системы (Рисунок 15). Определены особенности конформации гема мембран-связанного гемоглобина в эритроцитах и тенях эритроцитов крыс с нормотенией и гипертонией: подвижность гема гемоглобина в плоскости пиррольных колец снижается с увеличением артериального давления животных. Показана обратная зависимость конформации гема мембран-связанного гемоглобина от степени упорядоченности липидов (жесткости) мембран эритроцитов. Выявленные параметры могут стать перспективными маркерами раннего развития патологии сердечно-сосудистой системы (Рисунки 16–17). • Показано, что дыхательная активность митохондрий нерфонов и кардиомиоцитов у животных с нормотенией и гипертонией отличается незначительно (Рисунки 19–20). Для митохондрий кардиомиоцитов наиболее выраженным является отличие в скорости дыхания митохондрий в ответ на протонофор СССР, снижающий мембранный потенциал. У животных с гипертонией увеличение скорости потребления кислорода при действии СССР ниже, чем в контрольных животных, что может говорить о снижении общей емкости дыхательной цепи и нарушении регуляции активности ЭТЦ от мембранного потенциала, что хорошо подтверждает данные спектроскопии ГКР. • Продемонстрирована прямая зависимость скорости потребления кислорода митохондриями и вероятности нахождения гема цитС в плоской конформации (Рисунок 21). • С помощью флуоресцентного потенциал-чувствительного зонда мы сделали полуколичественную оценку взаимосвязи потенциала на внутренней мембране митохондрий и конформационных перестроек гема окисленного цитС (Рисунок 21). • Были определены морфологические особенности митохондрий сердца крыс с нормотенией и гипертонией начальной стадии: у больных крыс нарушена структура крист в митохондриях, увеличен относительный объем матрикса, снижено число мест контакта крист с внешней мембраной митохондрий (Рисунок 22). • Выявлено достоверное увеличение уровня церулоплазмина в плазме крови крыс с гипертонией, что свойственно животным с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Однако антиоксидантная активность и уровень окислительного стресса в плазме крови больных и здоровых животных отличались незначительно (Рисунок 23). По результатам первого года проекта опубликована одна научная статья в рецензируемом издании, индексируемом в базах данных Web of Science и Scopus: Nikelshparg, E. I. et al. Detection of Hypertension-Induced Changes in Erythrocytes by SERS Nanosensors. Biosensors 12, 32 (2022). Кроме этого, готовятся к публикации следующие материалы: (1) описание методических ГКР-подходов по исследованию редокс-статуса и конформации гемов цитохромов В и С, белков и липидов в интактных митохондриях с использованием разных длин волн лазеров; (2) исследование конформационных свойств гема цитС при развитии гипертонии.
2 1 июля 2022 г.-30 июня 2023 г. Исследование митохондрий в кардиомиоцитах и нефронах крыс при развитии хронической гипертонической болезни
Результаты этапа: • Разработан методический подход на основе ГКР для изучения свойств цитохромов С и В, липидов и белков в выделенных функционально активных митохондриях при модуляции активности дыхательной цепи и патологии сердечно-сосудистой системы; • Получены фундаментальные данные о конформационных превращениях гема цитС при функционировании ЭТЦ за счет субстратов окисления глюкозы и жирных кислот, а также при варьировании активности отдельных комплексов ЭТЦ. Впервые показано, что конформация гема окисленного гема цитС чувствительна к величине мембранного потенциала митохондрий: при снижении потенциала возрастает вероятность плоской конформации гема, при увеличении потенциала – деформированной конформации. Субстраты окисления глюкозы приводят к более выраженным эффектам, чем субстраты окисления жирных кислот в митохондриях сердца. Выдвинуто предположение о роли посттрансляционной модификации цитС в конформационных превращениях гема цитС; • Выявлены отличия в спектрах ГКР митохондрий кардиомиоцитов и нефронов, связанные с разной конформацией гема цитС в разных органах, что также может быть обусловлено различиями в сайте фосфорилирования и других посттрансляционных модификаций цитС; • Показано, что в митохондриях кардиомиоцитов и нефронов животных с гипертонией нарушена регуляция конформации гема цитС в ответ на изменение мембранного потенциала. С возрастом данные нарушения проявляются и в митохондриях кардиомиоцитов здоровых животных; • Подобраны условия исследования редокс-состояния цитохромов В и С с помощью лазера с длиной волны 488 нм, а также одновременной оценки состояния гема цитохромов, липидов и белков митохондрий с помощью лазера с длиной волны 785 нм; • Разработан методический подход на основе ГКР для одновременного исследования свойств гемоглобина и мембран эритроцитов при развитии патологии сердечно-сосудистой системы. Определены особенности конформации гема мембран-связанного гемоглобина в эритроцитах и тенях эритроцитов крыс с нормотенией и гипертонией: подвижность гема гемоглобина в плоскости пиррольных колец снижается с увеличением артериального давления животных. Показана обратная зависимость конформации гема мембран-связанного гемоглобина от степени упорядоченности липидов (жесткости) мембран эритроцитов. Выявленные параметры могут стать перспективными маркерами раннего развития патологии сердечно-сосудистой системы); • Показано, что дыхательная активность митохондрий нерфонов и кардиомиоцитов у животных с нормотенией и гипертонией отличается незначительно на всех исследуемых стадиях развития гипертонии, что говорит о большей чувствительности метода ГКР, чем классической респирометрии; • Продемонстрирована прямая зависимость скорости потребления кислорода митохондриями и вероятности нахождения гема цитС в плоской конформации; • С помощью флуоресцентного потенциал-чувствительного зонда мы сделали полуколичественную оценку взаимосвязи потенциала на внутренней мембране митохондрий и конформационных перестроек гема окисленного цитС; • Были определены морфологические особенности митохондрий сердца крыс с нормотенией и гипертонией начальной и умеренной стадии: у больных крыс нарушена структура крист в митохондриях, увеличен относительный объем матрикса, снижено число мест контакта крист с внешней мембраной митохондрий. С развитием гипертонии картина становится более выраженной. • Выявлено достоверное увеличение уровня церулоплазмина в плазме крови крыс с гипертонией, что свойственно животным с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Однако антиоксидантная активность В плазме крови повышалась только у животных с умеренной гипертонией; По результатам первого года проекта опубликованы две научные статьи в рецензируемых изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus: (1) Nikelshparg, E. I. et al. Detection of Hypertension-Induced Changes in Erythrocytes by SERS Nanosensors. Biosensors 12, 32 (2022); (2) Brazhe, N.A., Nikelshparg, E.I. et al. SERS uncovers the link between conformation of cytochrome c heme and mitochondrial membrane potential, Free Radical Biology and Medicine 196, 133-144 (2023).

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".