ИСТИНА

Данный Проект направлен на комплексное исследование роли аденилатциклазного сигнального пути (каскада) в срочной адаптивной регуляции деформационных свойств эритроцитов. Способность эритроцитов обратимо изменять свои форму и размеры в соответствии с метаболическими запросами организма играет ключевую роль в осуществлении основной функции красных клеток крови – доставку кислорода в ткани. В системе кровообращения эритроциты испытывают значительные деформации как при прохождении узких капилляров, диаметр которых меньше линейных размеров самой клетки, так и в зонах кровотока с большими напряжениями сдвига. Различные патофизиологические процессы при некоторых социально-значимых заболеваниях, таких как сахарный диабет I и II типов, сердечно-сосудистые заболевания, артериальная гипертензия и др., могут вести к значительным изменениям деформируемости эритроцитов (ДЭ), что в большинстве случаев приводит к нарушениям оксигенации и необратимым повреждениям тканей. В этой связи понимание тонких молекулярных механизмов регуляции ДЭ является крайне важной задачей для эффективного контроля индивидуального микрореологического статуса пациента. В результате выполнения данного Проекта с помощью современных неинвазивных оптических методов будут получены новые данные об изменениях деформируемости эритроцитов при комплексной активации\инактивации различных компонентов аденилатциклазного каскада как на уровне ансамбля большого числа эритроцитов (с помощью метода лазерной дифрактометрии), так и на уровне отдельных клеток (с помощью лазерных пинцетов). Конформационные изменения молекулярных структур компонентов каскада при их перекрестном “cross-talk” взаимодействии будут исследованы с помощью методов флуоресцентной микроскопии.

The aim of the Project is a complex optical study of adenylyl cyclase cascade in the fast adaptive regulation of erythrocytes (red blood cells, RBC) deformability. Deformability is an intrinsic property of RBC which allows them to reversibly change shape and linear sizes according to the metabolic demands of the organism to provide effective realization of gas transport function. During the circulation throughout the body RBC are exposed to huge mechanical stress while passing through narrow capillaries which diameter is smaller than diameter of the cells as well as in zones with huge shear-stress of the blood flow. Various pathological processes that occur in some social important diseases such as diabetes mellitus type I&II, cardiovascular deceases, arterial hypertension and many other may lead to the significant alterations of RBC deformability which cause disturbances of the oxygenation processes and result in tissue necrosis. Understanding mechanisms of the RBC deformability regulation is an important task for effective monitor of the microrheological personal status of the patient. In the result of the Project with the usage of modern non-invasive optical techniques novel data on RBC deformability alterations will be obtained when different components of adenylyl cyclase cascade are activated or inhibited on the single cell level (using laser tweezers) as well as on the level of large ensemble of RBC (using laser diffractometry). Conformational changes of cascade components molecular structures at their “cross-talk”-interaction will be assessed using fluorescent microscopy methods.

Результаты in vitro исследования эффектов изменения активности (стимулирования и ингибирования) отдельных компонентов аденилатциклазного (АЦ) каскада на деформируемость эритроцитов (ДЭ) как на уровне отдельных клеток (с помощью лазерных пинцетов), так и на уровне ансамбля большого числа эритроцитов (с помощью метода дифрактометрии). Будут получены результаты исследований влияния компонентов АЦ каскада на всех уровнях сигнальной регуляции на деформируемость эритроцитов, в частности: - будет исследована роль рецепторного компонента на поверхности мембраны - будет исследована роль мембранных белковых комплексов при стимулировании АЦ-ассоциированных комплексов G-белков - будет исследован характера изменений ДЭ при прямом изменении активности АЦ и ассоциированной с ней протеинкиназы А - дополнительно внутриклеточный ответ будет исследован при изменении содержания ионов в среде инкубации путем изменения активности Ca2+-каналов и анионного мембранного транспорта.

Коллектив имеет большой опыт совместных исследований на стыке оптики и биомедицины. Участники коллектива принимали участие в разработке и применении новых оптических методик измерения и анализа микрореологических свойств эритроцитов человека в норме и при различных патологиях (сахарный диабет I и II типов [1,2], артериальная гипертензия). Была создана двухканальная система оптического захвата, оптимизированная для работы с красными клетками крови, с помощью которой был исследован синергетический характер воздействия белков плазмы крови на агрегацию эритроцитов, а также определены некоторые ключевые особенности взаимодействия эритроцитов при их взаимодействии в различных средах [3,4]. Коллектив обладает большим опытом разработки и применения оптических методик для измерения агрегационных и деформационных параметров крови [5]. Был разработан метод быстрого расчета рассеяния лазерного излучения биологическими частицами, в частности, эритроцитами и их агрегатами. Участники коллектива имеют опыт использования методов флуоресцентной микроскопии для исследования конформационных изменений белков [6,7]. [1] Семенов А.Н., Фабричнова А.А. и др. Изв. Сарат. ун-та. нов. сер. физика, № 17 (2), с. 85–97 (2017) [2] Fabrichnova A.A. et al. Journal of Biomedical Photonics & Engineering, vol. 3(3), pp. 0304021-0304026 (2017) [3] Muravyov A., Semenov A., et al. Proc. SPIE, vol. 10336, p. 1033605 (2017) [4] Muravyov A., Semenov A., Wagner C. et al. Proc. SPIE, vol. 10336, p. 10336056 (2017) [5] Ustinov V.D. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, vol. 178, pp. 315-324 (2016) [6] Zhdanova N. G., Shirshin E. A. et al. Photochemical and Photobiological Sciences, vol. 14(5), pp. 897-908 (2015) [7] Zhdanova N. G. et al. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, vol. 174, pp. 223-229 (2017)

В результате выполнения Проекта будут получены новые количественные данные об изменениях деформируемости эритроцитов и рассчитаны параметры, характеризующие вклад вязкости содержимого эритроцита в изменения деформируемости, при изменении активности отдельных компонентов аденилатциклазного каскада как по отдельности, так и в комплексе, на всех уровнях сигнальной регуляции: от рецептора на поверхности мембраны до молекулярных процессов внутри клетки.