Направленная регуляция энергообразующей, синтетической и сигнальной функций митохондрий путем воздействия на реакцию окислительного декарбоксилирования 2-оксоглутарата его синтетическими аналогамиНИР

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2010 г.-31 декабря 2011 г. Направленная регуляция энергообразующей, синтетической и сигнальной функций митохондрий путем воздействия на реакцию окислительного декарбоксилирования 2-оксоглутарата его синтетическими аналогами
Результаты этапа: Митохондрии являются органеллами, которые снабжают эукариотические организмы как энергией, так и биосинтетическими интермедиатами. В связи с этим митохондрии тесно связаны с сигнальными каскадами, реагирующими на уровень доставки питательных веществ. Однако конкретные системы митохондрий, участвующие в передаче таких сигналов, как и механизмы реализации сигналов на уровне их конечных мишеней – ферментов митохондриального метаболизма, практически не охарактеризованы. Задачей данной работы было выявление звеньев митохондриального метаболизма, регуляция которых может вести к переключению метаболических потоков в зависимости от потребностей жизнедеятельности. В результате такие ферменты могут быть мишенями действия сигнальных каскадов. Мы предположили, что одной из таких систем является митохондриальный полиферментный комплекс цикла Кребса, катализирующий энергообразующую реакцию в точке пересечения метаболизма сахаров и азотистых соединений, общим интермедиатом которых является субстрат комплекса 2-оксоглутарат. Для исследования влияния функции ОГДК на параметры жизнедеятельности in situ и in vivo мы применили разработанный нами способ регуляции активности фермента с помощью синтетического аналога 2-оксоглутарата, сукцинилфосфоната, и ряд современных методов регистрации дыхательной активности, биохимического состава, физиологического состояния и других характеристических параметров живых систем. Этот подход позволил определить условия, когда на уровне субклеточных структур, клеток и интактного организма функция ОГДК вносит существенный вклад в дыхание, продукцию энергии и биосинтетическую активность, а также сопоставить наблюдаемые изменения с физиологическими и поведенческими параметрами в экспериментах на животных. Одним из достижений примененного нами подхода является демонстрация необходимости функции ОГДК в жизнедеятельности в том числе и раковых клеток. Эти результаты расширяют современные представления о метаболизме при злокачественной трансформации, которые не предполагали существенной роли в нем ОГДК. Применяя методы современной метаболомики, мы исследовали изменение пула клеточных метаболитов для характеристики участия ОГДК в энергетической и биосинтетической функциях 2-оксоглутарата. Мы показали, что накопление 2-оксоглутарата в результате ингибирования ОГДК ведет к изменению потоков метаболитов по альтернативным путям за счет изменения концентраций участвующих в биохимических превращениях субстратов. Метаболические эффекты накопления 2-оксоглутарата при блокировании окислительного декарбоксилирования 2-оксоглутарата в животных и растительных системах in situ и in vivo включали не только накопление непосредственных производных 2-оксоглутарата, глутамата и гамма-аминобутирата, но и глобальные изменения метаболизма. Так, мы наблюдали усиление гликолиза, индикатором которого было накопление аланина, продукта трансаминирования пирувата. Существенные изменения при ингибировании ОГДК претерпевал весь пул аминокислот, причем такие изменения имели последствия для биосинтетической активности биологических систем. В частности, эксперименты с меченой глюкозой показали, что накопление синтезируемых из глюкозы аминокислот сопровождалось снижением синтеза белка. Таким образом, мы показали регуляцию переключения потока метаболитов в эукариотических системах путем фармакологического воздействия на одну из ключевых реакций энергетического обмена. По ряду регистрируемых параметров было показано, что влияние сукцинилфосфоната сходно с действием гипоксии\ишемии, однако совместный эффект ингибирования ОГДК и недостатка кислорода зачастую был антагонистическим. В связи с этим сукцинилфосфонат в низких дозах, при которых он по нашим результатам не обладает существенной токсичностью, может быть рекомендован к исследованию в качестве прекондиционирующего агента. Полученные результаты могут применяться при решении задач биотехнологии, биоинженерии и медицины.

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".