Изучение динамических процессов в биохимических и клеточных системахНИР

Studies of dynamical processes in biochemical and cellular systems

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Изучение динамических процессов в биохимических и клеточных системах
Результаты этапа: Установлено, что растительный пептид pCLV3 из Arabidopsis thaliana в диапазоне концентраций от 10(Е-7) до 10(Е-18) М снижает интенсивность стимулированной люминесценции водных бикарбонатных растворов, в которых спонтанно протекают свободно-радикальные реакции с участием активных форм кислорода (АФК). pCLV3 значительно усиливает интенсивность люцигенин-зависимой люминесценции (ЛЦЛ) в цельной неразведенной крови человека, причем наиболее выраженный эффект наблюдался в высоких разведениях. Поскольку ЛЦЛ отражает интенсивность генерации супероксидного анион-радикала, можно сделать вывод, что, что растительный пептид pCLV3 способен воздействовать на процессы с участием АФК в различных водных системах. Действие этого пептида на процессы с участием АФК, играющие важнейшую роль в биологической сигнализации показано впервые. Исследовано влияние антиоксидантного лекарственного средства этилметилгидроксипиридин малата (ЭМГПМ) на ЛЦЛ цельной неразведенной крови человека у больных с хронической ишемией головного мозга. При лечении данным антиоксидантом у больных статистически значимо ускоряется процесс генерации супероксидного анион-радикала в цельной неразведенной крови, увеличивается активность супероксид-дисмутазы и снижается концентрация продукта перекисного окисления липидов - малонового диальдегида. ЭМГПМ, вероятно, способен нормализовать механизмы регуляции обмена АФК в организме, что делает обоснованным его использование в терапии ишемической болезни. При использовании 8-оксо-2’-дезоксигуанозина (8-oxo-dG) в качестве биомаркера при оценке уровня окислительного стресса и заболеваний, связанных с ним, было выявлено быстрое повышение его уровня в ДНК клеток печени экспериментальных животных при остром токсическом стрессе, что коррелирует с воспалением и патологическим изменением тканей печени. С другой стороны, в экспериментах на клеточных линиях было показано, что экзогенный 8-oxo-dG снижает уровень окислительного повреждения ДНК в клетках. В экспериментах на мухах Drosophila melаnogaster показано, что экзогенный 8-oxo-dG защищает личинки мух от кратковременного воздействия теплового шока.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Изучение динамических процессов в биохимических и клеточных системах
Результаты этапа: Установлено, что малые растительные пептиды из Arabidopsis thaliana и мха Physcomitrella patens в широком диапазоне концентраций, включая сверхнизкие (до 10Е-18 М) влияют на процессы, протекающие в биологических (рост корней А. thaliana и кровь человека) и физико-химической (водный раствор бикарбоната) модельных системах. Концентрационная зависимость действия пептидов на модельные систем немонотонна, а знак эффекта (стимуляция или ингибирование) может быть противоположным в разных диапазонах концентраций. Эффекты пептидов влияют на реакции с участием активных форм кислорода в крови и бикарбонатных водных системах, где эти реакции сопровождаются эмиссией фотонов проявляются сразу после их добавления даже в самых низких концентрациях. Эти наблюдения трудно объяснить в рамках традиционной парадигмы «ключ-замок». Совместно с группой академика А.И. Коновалова с использованием комплекса физико-химических методов показано, что ниже пороговой концентрации 1.0•10E–7 моль•л–1 дисперсная фаза водных систем на основе пептида мха PpCLE2 претерпевает перестройку домен—наноассоциат, что отражается на немонотонных концентрационных зависимостях удельной электропроводности и рН, а также может обусловливать разнонаправленное действие пептидов в модельных системах в разных диапазонах концентраций. В ходе исследования свойств нуклеиновых кислот в условиях окислительного стресса синтезированы окисленные производные пуринов 8-оксо-2'-дезокси аденозин и 8-оксо-2'-дезоксигуанозин. Проведена оценка их токсичности на клеточных культурах. Показано, что добавление экзогенного 8-оксо-2'-дезоксигуанозина в культуральную среду дрожжей Saccharomyces cerevisiae снижает уровень этого нуклеозида в ДНК клеток. Также наблюдается уменьшение уровня, окисленного гуанозина в ДНК плодовой мушки Drosophila melanogaster при выращивании насекомых на среде содержащий 8-оксо-2’-дезоксигуанозин. Предполагается, что добавление экзогенного 8-оксо-2’-дезоксигуанозин активирует репарационную систему организмов.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Изучение динамических процессов в биохимических и клеточных системах
Результаты этапа: В отчетный период продолжено исследование действия растительных пептидов семейства CLE, контролирующих баланс между размножением стволовых клеток и их дифференцировкой в различных растительных тканях, на животные биологические системы, в частности, на регенерацию плоских червей планарий и на обмен активных форм кислорода (АФК) в ходе их регенерации. Исследования проводили в кооперации с ИТЭБ РАН (Пущино). Установлено, что в присутствии пептида CLV3 в концентрации 1 нМ интенсивность люцигенин-зависимого сверх-слабого излучения, сопровождающего регенерацию планарий, возрастает в 2 раза, что совпадает по времени с характерными морфогенетическими изменениями в планариях. Продолжено исследование окислительно-восстановительных процессов с участием АФК, протекающих в бикарбонатных водных системах, в частности, в природных питьевых водах, и влияния на эти процессы различных физико-химических факторов , включая физические факторы сверх-низкой интенсивности, и сверх-малых доз биологически активных соединений. Проведено сравнение нескольких бутилированных питьевых минеральных вод по интенсивности протекания в них окислительно-восстановительных реакций с целью выяснения возможности их использования как тест-систем для исследования действия на воды биологически активных факторов. Изучено влияние растительных пептидов и препаратов гидратированного фуллерена С60 в широком диапазоне концентраций на интенсивность протекания окислительно-восстановительных реакций в бикарбонатных водных растворах -- модели биологических жидкостей и питьевых вод. В ходе исследования свойств нуклеиновых кислот в условиях окислительного стресса изучено образование 8-оксо-2’-дезоксигуанозина (8-oxo-dG) на разных стадиях роста клеточной культуры Saccharomyces cerevisiae. Показано, что добавление экзогенного 8-оксо-2’-дезоксигуанозина в культуральную среду дрожжей Saccharomyces cerevisiae снижает уровень этого модифицированного нуклеозида в ДНК клеток. Показано различное влияние экзогенного 8-оксо-2’-дезоксигуанозина на скорость образования и уровень окисленного гуанозина в зависимости от времени добавления 8-oxo-dG к клеточной культуре. Предполагается, что добавление экзогенного 8-oxo-dG активирует репарационную систему организмов и снижает уровень окислительного повреждения ДНК.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Изучение динамических процессов в биохимических и клеточных системах
Результаты этапа: РЕФЕРАТ Ключевые слова: активные формы кислорода, 8-оксо-дезоксигуанозин, дыхательный взрыв, бикарбонат, хемилюминесценция, водные системы Ключевые слова по-английски: bicarbonate, reactive oxygen species, 8-oxo-deoxyguanosine, chemiluminescence, aqueous systems, respiratory burst Продолжено исследование влияния биорегуляторов, обладающих ан- тиоксидантными свойствами, включая производные нуклеозидов, в част- ности, 8-оксо-2’-дезоксигуанозина (8-oxo-dG), в широком диапазоне кон- центраций на биологические объекты животного и микробного происхож- дения, а также на модельные системы, в которых спонтанно протекают окислительно-восстановительные процессы. Исследовано влияние стресс- факторов и биорегуляторов, обладающих антиоксидантными свойствами, на повреждения ДНК в биологических модельных системах. Изучено влия- ние экзогенного 8-оксо-2’-дезоксигуанозина на продолжительность жизни и устойчивость к тепловому стрессу Drosophila melanogaster. Данный окис- ленный нуклеозид повышал выживаемость мух в условиях теплового шока в 2 раза. У насекомых, получавших 8-oxo-dG с кормом, соотношение 8-oxodG/ dG в ДНК не увеличивалось, не наблюдалось никаких токсических эф- фектов этого соединения. Более того, экзогенный 8-oxo-dG не только увели- чивал выживаемость мух при тепловом шоке, но и снижал уровень индуци- рованных температурным стрессом окислительных повреждений их ДНК. Полученные результаты могут представлять ценность для понимания ме- ста 8-oxo-dG в системе биологической сигнализации и регуляции В ходе ис- следования свойств нуклеиновых кислот в условиях окислительного стрес- са продолжалось изучение образования 8-oxo-dG на разных стадиях роста клеточной культуры Saccharomyces cerevisiae. Подтвердилось что добавле- ние экзогенного 8-оксо-2’-дезоксигуанозина в культуральную среду дрож- жей Saccharomyces cerevisiae снижает уровень этого модифицированного нуклеозида в ДНК клеток. Показано различное влияние экзогенного 8-оксо- 2’-дезоксигуанозина на скорость образования и уровень окисленного гуано- зина в зависимости от времени добавления 8-oxo-dG к клеточной культуре. Однако предположение о том, что добавление экзогенного 8-oxo-dG активи- рует репарационную систему организмов, не подтвердилось, и полученные результаты можно объяснить прямым антиоксидантным действием 8-oxodG.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Изучение динамических процессов в биохимических и клеточных системах
Результаты этапа: В отчетный период (2020 г.) продолжено исследование сопровождающихся люминесценцией окислительно-восстановительных процессов, протекающих в активированных перекисью водорода бикарбонатных водных системах с участием активных форм кислорода (АФК). Установлен нетривиальный характер их развития. Эти процессы не затухают в течение многих месяцев. Сравнение развития реакций в идентично приготовленных образцах указывает на то, что эти водные системы представляют собой развивающиеся нелинейные активные среды, различные части которых ведут себя по-разному на этапе развития, но в дальнейшем стремятся к общему аттрактору. Изучено также влияние гидратированных фуллеренов С60 (HyFn) на протекание подобных реакций с участием АФК в крови и установлено, что они интенсифицируют продукцию АФК в широком диапазоне концентраций. Эти результаты согласуются с результатами исследований динамических процессов с участием АФК, протекающих в клеточных и биохимических модельных системах и влияния на них биологически активных соединений различной природы, в частности растительных пептидов, проведенных ранее (2016-2019) в ходе выполнения данной НИР. В ходе выполнения данной НИР начиная с 2016 г. изучалась также возможность использования 8-oxo-dG в качестве биомаркера старения, и характера воздействия экзогенного 8-oxo-dG на ряд биологических моделей. 8-Оксо-2'-дезоксигуанозин (8-oxo-dG) – окисленная модификация 2'-дезокси-гуанозина, которая встречается в составе ДНК и нуклеотидного пула практически всех аэробных организмов – распространенный биомаркер окислительного стресса и сопряженных с ним заболеваний. Как правило, его содержание в клеточной ДНК увеличивается при патологии и после стрессовых воздействий и возвращается к нормальным величинам при назначении адекватной терапии или устранении стрессового фактора. Образование 8-oxo-dG протекает по неферментативному механизму, в результате окисления dG активными формами кислорода. Основным ферментом, выполняющим репаративное удаление 8-oxo-dG из ДНК, является 8-оксо-гуанин-ДНК-гликозилаза (OGG-1). Биологическая роль 8-oxo-dG не сводится лишь к функции побочного продукта окислительного метаболизма и маркера повреждений. Мы исследовали как возможность использования 8-oxo-dG в качестве биомаркера старения, так и характер воздействия экзогенного 8-oxo-dG на ряд биологических моделей. С помощью разработанного нами ранее метода определения 8-oxo-dG было выявлено быстрое повышение его уровня в ДНК клеток печени экспериментальных животных при остром токсическом стрессе, что коррелирует с воспалением и паталогическим изменением тканей печени. Поскольку для проведения экспериментов требуются значительные количества 8-oxo-dG, в нашей лаборатории был разработан препаративный метод синтеза этого соединения, который был защищен патентом РФ. Изучено влияние экзогенного 8-oxo-dG на пролиферацию и «стационарное старение» (накопление «возрастных» изменений клеток при замедлении скорости размножения в пределах одного пассажа и дальнейшем их пребывании в стационарной фазе роста) культивируемых клеток китайского хомячка и на разных стадиях роста клеточной культуры Saccharomyces cerevisiae. Показана зависимость количества 8-oxo-dG в ДНК от времени жизни культуры клеток и условий культивирования. Мы впервые оценили влияние экзогенного 8-oxo-dG на выживаемость и уровни окислительных повреждений ДНК Drosophila melanogaster в условиях теплового шока. В экспериментах отмечен выраженный протекторный эффект 8-oxo-dG при превентивном применении. Кроме того, с помощью разработанной нами методики была оценена активность репарационных ферментов, влияющих на уровень 8-oxo-dG в ДНК.

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".