ИСТИНА

Изучение механизмов регуляции транскрипции генов при воздействии внеклеточных стимулов различной природы – одна их наиболее актуальных задач медико-биологических исследований. Предполагается, что изменение транскриптома клеток при действии деполяризующих агентов и ряда нейротрансмиттеров и гормонов опосредовано повышением внутриклеточной концентрации кальция ([Са2+]i). В недавних исследованиях нами было впервые обнаружено, что в клетках млекопитающих даже в безкальциевой среде и в пристутствии хелаторов Са2+ увеличение соотношения внутриклеточных концентраций натрия и калия ([Na+]i/[K+]i) сопровождается изменением трнанскрипции от 5 до 10% от общего число генов. Мы рассматривали эти данные как доказательство существования нового Са2+-независмого механизма регуляции экспрессии генов, опосредованного приростом [Na+]i и/или cнижением [K+]i. При анализе литературных данных мы обратили внимание на то, что добавление хелаторов Са2+ приводит к увеличению проницаемости плазматической мембраны для одновалентных катионов. Согласно нашим данным это явление само по себе является достаточным условием для регуляции экспрессии генов вне зависмости от обеднения клеток Са2+. Для проверки этой гипотезы мы сопоставим эффекты ингибиторов Na+,K+-АТФ-азы и хелаторов Са2+ на экспрессию генов и соотношение [Na+]i/[K+]i в контрольных условиях и при диссипации трансмебранных градиентов натрия и калия. Полученные результаты позворлят установить относительное участие классического (опосредованного приростом [Сa2+]i) и нового Са2+-независимого механизов в модификации генома клеток, вызванного увеличением соотношения [Na+]i/[K+]i. Выполнение этого проекта будет иметь первостепенное значение для понимания механизма регуляции транскриптома клеток при разнообразных физиологических и патофизиологических реакциях, связанных с долгосрочным приростом [Na+]i и потерей [K+]i, включая изменения транскриптома, вызванные повышенной активностью нейронов в процессе формирования памяти, иммунный ответ клеток скелетной мускулатуры при интенсивных физических нагрузках, ишемические состояния.

В первой части нашего проекта мы исследовали относительную роль соотношения [Na+]i/[K+]i в изменении транскриптома гладкомышечных клеток аорты крысы в безкальциевых условиях, вызванных добавлением внеклеточных (EGTA) и внутриклеточных (BAPTA-AM) хелаторов кальция. Инигибирование Na+/K+-АТФазы в безкалиевой среде в течение 3 часов приводит к повышению внутриклеточной концентрации Na+ ([Na+]i) и снижению внутриклеточной концентрации K+ ([K+]i) в ~7 и 10 раз соответственно, тогда как в безкальевая среда приводит к изменению этих параметров в ~3 and 2 раза соответсвенно. Ингибирование Na+,K+-АТФазы и бескальциевая среда привели к изменению экспрессии 3677 и 4610 транскриптов соответственно. Мы обнаружили статистически значимую положительную корреляцию между уровнем экспрессии 2071 транскриптов измененных при действии обоих стимулов более чем в 1.2 раза. Среди генов, экспрессия которых в бескальциевой среде была изменена в более чем 7 раз мы обнаружили Atf3 (сyclic AMP-dependent transcription factor), Egr1 (early growth response protein) и Nr4a1 (nuclear receptor subfamily 4, group A member). Таким образом, наши результаты показывают, что транскрипционные изменения, вызванные безкальциевой средой по крайней мере частично опопсредованны повышением [Na+]i/[K+]i соотношения и активацией Ca2+-независимого, [Na+]i/[K+]i –опосредованного механизма сопряжения возбуждения и транскрипции.