ИСТИНА

Митохондриология стала одной из самых динамически развивающихся биологических наук, о чем говорит резкий рост числа статей в этой дисциплине. Хотя большая часть митохондриальных исследований проводилась по фундаментальным проблемам, в настоящее время прослеживается тенденция медицинской направленности митохондриальных исследований, учитывая ведущее значение митохондрий в патогенезе разных заболеваний. Эти патологии в значительной степени сопряжены с возникновением окислительного стресса, являющегося результатом неправильного функционирования митохондрий, во-первых, потому что они сами являются источником активных форм кислорода, и, во-вторых, при внешнем воздействии эти формы усиливаются в митохондриях по механизму ROS-induced ROS release. Терапия этих заболеваний требует огромных затрат на госпитализацию и реабилитацию, приводя к раннему выходу на пенсию и выплатам пособий по болезни и инвалидности. Не менее важна научная значимость митохондриальных исследований как отдельного раздела фундаментальной биологии, занимающегося проблемами биоэнергетики и ее адаптации к агрессивным проявлениям со стороны внешних воздействий, включая физические (например, термические), химические (влияние токсинов или низкого уровня кислорода) и биологические (воздействие бактерий или вирусов) факторы. В проекте будут исследованы аспекты митохондриальной деятельности в раковых клетках, до сих пор не нашедшие должного внимания. Предполагается использовать механизмы устойчивости к гипоксии опухолевых клеток для разработки фармпрепаратов, устраняющих эти механизмы и переводящих онкологические клетки на традиционные кислород-зависимые механизмы, которые будут для этих клеток фатальными. Другим значимым моментом будет возможность управления редокс-состоянием клетки за счет недопущения гетерогенности редокс потенциала в клетке и ткани, который определяет патогенез. Третьей возможностью будет оценка и степень возможности регуляции водного гомеостаза в митохондрии как для нормального протекания физиологических процессов, так и для направленного изменения этого гомеостаза с целью уничтожения митохондрий ненужных клеток. В данном проекте в угол зрения встает решение проблем соотношения структуры и функций митохондрий, считая, что таким образом можно определять и правильность функционирования митохондрий. В проекте будут поставлены следующие задачи. 1. Исследовать возможность применения низких концентраций митохондриальных и клеточных ядов для приобретения генеральной устойчивости системы к патогенному внешнему воздействию. 2. Изучить механизмы устойчивости клеток глиомы к гипоксии с фокусом на возможную активацию фумарат редуктазы и сравнение метаболизма опухолевых клеток с таковым у исходных астроглиальных клеток. Осуществить поиск ингибиторов фумарат редуктазы для уничтожения опухолевых клеток с одновременным поиском ферментов, метаболизирующих ксенобиотики в опухолевой клетке. 3. Изучить возможность сохранения энергетических свойств митохондрий на ранних этапах деградации малофункциональных органелл, в частности, на стадии образования аутофагосомы, для обеспечения клетки энергией для уничтожения этих митохондрий. 4. Оценить возможность функционирования протяженных митохондрий как передатчиков окислительно-восстановительного потенциала в клетке через оценку редокс состояния флавиновых нуклеотидов (оцениваемых по соответствующей аутофлуоресценции) и уровня метаболитов цикла Кребса (оцениваемых биохимическими методами). 5. Изучить структурные перестройки митохондрий in vitro с оценкой объема матрикса и внутрикристного пространства в изолированных митохондриях в разных функциональных состояниях. Оценить роль транспорта воды в матрикс митохондрий и возможные механизмы транспорта внутрь и наружу митохондрий. Большинство из указанных задач до сих пор не ставилось, а если ранее и исследовались, то были прекращены из-за отсутствия понимания направления продолжения работ в рамках имеющихся на тот момент технологий и подходов.

Mitochondriology has become one of the most dynamically developing biological sciences, as evidenced by the linear growth in the number of scientific articles in this discipline. Although most of the mitochondrial research was conducted on fundamental problems, now there is a trend of medical orientation of mitochondrial research, given the leading importance of mitochondria in the pathogenesis of various diseases. These diseases are largely associated with the occurrence of oxidative stress, which is the result of improper functioning of mitochondria, firstly, because they themselves are a source of reactive oxygen species, but even with external exposure, these forms are amplified in mitochondria by the mechanism of ROS-induced ROS release. The treatment of these diseases requires huge costs for hospitalization, early retirement, sickness and rehabilitation benefits and disability. No less important is the scientific significance of mitochondrial research as a separate and very important section of fundamental biology dealing with the problems of bioenergetics and its adaptation to aggressive manifestations from external factors including physical (e.g. thermal), chemical (e.g. exposure to toxins or low O2) and biological (exposure to bacteria or viruses) challenges. The project will investigate aspects of mitochondrial activity in tumor cells that have not yet received proper attention. It is proposed to use the mechanisms of resistance to hypoxia of tumor cells to develop pharmaceuticals that eliminate these mechanisms and transfer cancer cells to traditional oxygen-dependent mechanisms that will be fatal for these cells. Another significant point will be the possibility of manipulating the redox state of the cell by preventing the heterogeneity of the redox potential in the cell and tissue, which determines the pathogenesis. The third possibility will be the assessment and degree of possibility of regulation of water homeostasis in mitochondria both for the normal course of physiological processes, and for the targeted change of this homeostasis for the destruction of mitochondria of unnecessary cells. In this project, the solution of the problems of the relationship between the structure and functions of mitochondria comes into view, considering that in this way it is possible to determine the correct functioning of mitochondria. The following tasks will be solved in the project. 1. To explore the possibility of using low concentrations of mitochondrial and cellular poisons to acquire general resistance of the system to pathogenic external challenge. 2. To study the mechanisms of resistance of glioma cells to hypoxia with a focus on the possible activation of fumarate reductase and comparison of the metabolism of tumor cells with that of derived astroglial cells. Search for fumarate reductase inhibitors to destroy tumor cells while simultaneously searching for enzymes that metabolize xenobiotics in the tumor cell. 3. To study the possibility of preserving the energy properties of mitochondria at the early stages of degradation of low-functional mitochondria, in particular at the stage of autophagosome formation to provide energy for the destruction of these mitochondria. 4. To assess the possibility of functioning of extended mitochondria as transmitters of redox potential in the cell through the assessment of the redox state of flavin nucleotides (assessed by appropriate autofluorescence) and the level of Krebs cycle metabolites (assessed by biochemical methods). 5. To study the structural rearrangements of mitochondria in vitro with an assessment of the volume of the matrix and intracrystae space in isolated mitochondria in different functional states. To evaluate the role of water transport in the mitochondrial matrix and possible mechanisms of transport in and out of mitochondria.