![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Целью исследований является выяснение молекулярных механизмов зрительной рецепции в норме и при патологии. 1. Сравнительное исследование фотохромных реакций ретиналь-содержащих белков – зрительного родопсина, бактериородопсина и нового ретиналь-содержащего белка Exiguobacterium sibiricum в фемто- и пикосекундной шкалах времён. 2. Сравнительное исследование процессов фото- и темновой регенерации зрительных пигментов в глазах креветок морской и озерной популяций Mysis relicta. 3. Исследование действия ионизирующего излучения на ретиноидный состав сетчатки и ретинального пигментного эпителия (РПЭ) глаза. 4. Сравнительное исследование цитотоксичных свойств неокисленных и окисленных форм флуорофоров липофусциновых гранул из клеток РПЭ кадаверных глаз человека, а также исследование белково-опосредованной доставки каротиноидов в клетки РПЭ и сетчатки для их защиты от активных форм кислорода. 5. Оптогенетика и создание задела для протезирования дегенеративной сетчатки. Для решения поставленных задач будут использованы методы фемтосекундной лазерной спектроскопии, воздействия радиационного излучения на биологические объекты, высокоэффективной жидкостной хроматографии, пикосекундной лазерной флуориметрии, метода времяпролетной масс-спектрометрии вторичных ионов (TоF-SIMS). Результаты исследований фотоиндуцированных реакций зрительного пигмента родопсина и микробных родопсинов в фемтосекундном диапазоне времени могут быть использованы как модельные системы для создания сверхбыстрого молекулярного фотопереключателя. Результаты исследований состава и флуоресцентных свойств флуорофоров липофусциновых гранул РПЭ могут стать основой для усовершенствования современного неинвазивного метода диагностики зрительных патологий - метода аутофлуоресценции глазного дна. Исследование цитотоксичных свойств бисретиноидов липофусциновых гранул важны для понимания механизмов возникновения дегенеративных заболеваний сетчатки и РПЭ. Исследование белково-опосредованной доставки каротиноидов в клетки ретинального пигментного эпителия и сетчатки для их защиты от активных форм кислорода перспективно для профилактики и терапии возрастной макулярной дегенерации. Исследование радиационного воздействия на сетчатку и РПЭ глаза представляет существенный интерес для оценки рисков от космического излучения и лучевой терапии на зрительную систему. Одновременно сетчатка и РПЭ глаза могут рассматриваться в качестве удобной модели для изучения последствий воздействия различных видов радиации на организм в целом.
The aim of the research is to clarify the molecular mechanisms of visual reception in normal and pathological conditions. 1. Comparative study of photochromic reactions of retinal-containing proteins - visual rhodopsin and bacteriorhodopsin in femto- and picosecond time scales. 2. Comparative study of the processes of photo- and dark regeneration of visual pigments in the eyes of shrimp of sea and lake populations of Mysis relicta. 3. Investigation of the effect of ionizing radiation on the retinoid composition of the retina and retinal pigment epithelium (RPE) of the eye. 4. Comparative study of cytotoxic properties of non-oxidized and oxidized forms of fluorophores of lipofuscin granules from human cadaveric eye RPE cells, and investigation of protein-mediated delivery of carotenoids to RPE and retinal cells to protect them from reactive oxygen species. 5. Optogenetics and the creation of a foundation for prosthetics of the degenerative retina. Methods of femtosecond laser spectroscopy, radiation exposure to biological objects, high-performance liquid chromatography, picosecond laser fluorometry will be used to solve the tasks. The results of studies of photoinduced reactions of the visual pigment rhodopsin and microbial rhodopsin in the femtosecond time range can be used as model systems to create an ultrafast molecular photo-switch. The results of studies of the composition and fluorescent properties of the fluorophores of lipofuscin granules of RPE can become the basis for improving the modern non-invasive method of diagnosing visual pathologies - the fundus autofluorescence. The study of cytotoxic properties of bisretinoids of lipofuscin granules is important for understanding the mechanisms of degenerative diseases of the retina and RPE. The study of radiation effects on the retina and RPE of the eye is of significant interest for assessing the risks from cosmic radiation and radiation therapy on the visual system. At the same time, the retina and the RPE of the eye can be considered as a convenient model for studying the effects of exposure to various types of radiation on the body as a whole.
В результате исследования молекулярных механизмов зрительной рецепции в норме и при патологии 1. Будут получены новые данные по сравнительному исследованию фотохромных реакций ретиналь-содержащих белков – зрительного родопсина, бактериородопсина и нового ретиналь-содержащего белка Exiguobacterium sibiricum в фемто- и пикосекундной шкалах времён. 2. Будут получены новые данные о молекулярных механизмах фото- и темновой регенерации зрительных пигментов в глазах креветок морской и озерной популяций Mysis relicta. 3. Будет продолжено изучение влияния ионизирующего излучения на сетчатку и ретинальный пигментный эпителий глаза мыши. Будет проведен сравнительный флуоресцентный и хроматографический анализ бисретиноидов из сетчатки и ретинального пигментного эпителия после воздействия на глаз животного ускоренными протонами и светом. 4. Будут получены данные о степени прооксидантных свойств неокисленных и окисленных форм флуорофоров липофусциновых гранул из клеток РПЭ кадаверных глаз человека, а также данные о механизмах белково-опосредованной доставки каротиноидов в клетки РПЭ и сетчатки для их защиты от активных форм кислорода. 5. Будет создан задел для оптогенетического протезирования дегенеративной сетчатки.
Тема является продолжением темы государственного задания АААА-А16-116021660083-4 "Молекулярная физиология зрения в норме и при патологии" (2016-2020). В рамках государственного задания было проведено исследование фотохромных реакций ретиналь-содержащих белков в фемто- и пикосекундной шкалах времён. Feldman et al. Femtosecond spectroscopic study of photochromic reactions of bacteriorhodopsin and visual rhodopsin. Photochem PhotobiolB:Biology. 164 (2016) 296–305.89. Проведено исследование пространственной организации молекул родопсина в фоторецепторной мембране методом малоуглового рассеяния нейтронов и рентгеновских лучей. Feldman et al. Small-angle neutron and X-ray scattering analysis of the supramolecular organization of rhodopsin in photoreceptor membrane. BBA–Biomembranes, 1861: 10 (2019) 183000. Исследованы нарушения в периферическом (сетчатка глаза) и центральных отделах зрительной системы на молекулярном и поведенческом уровнях в результате действия ионизирующего излучения. Изучены спектрально-кинетические свойства флуорофоров липофусциновых гранул РПЭ глаза человека. Feldman et al. Spectral analysis of fundus autofluorescence pattern as a tool to detect early stages of degeneration in the retina and retinal pigment epithelium. EYE, 2018, 32:1440–1448. Yakovleva et al. Fluorescence characteristics of lipofuscin fluorophores from human retinal pigment epithelium. Photochem Photobiol Sci. 2020, 19, 920-930. Исследована динамика изменения изомерного состава ретиноидов в ходе темновой адаптации в глазах креветок Mysis relicta. Feldman et al. Dark-adaptation in the eyes of a lake and a sea population of opossum shrimp (Mysis relicta): retinoid isomer dynamics, rhodopsin regeneration, and recovery of light sensitivity. J Comp Physiol A (2020), 206:871–889. Подготовлено теоретическое обоснование для применения конкретных методов современной оптогенетики для оптогенетического протезирования дегенеративной сетчатки.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Молекулярная физиология зрения в норме и при патологии |
Результаты этапа: 1) Исследование зрительных и микробиальных родопсинов. Получены новые данные, касающиеся фотохимических свойств нового ретиналь-содержащего белка Exiguobacterium sibiricum. Сравнительный анализ с другим микробиальным родопсином, бактериородопсином, свидетельствует об уникальной структуре хромофорного центра в микробиальных родопсинах, который практически не изменился в ходе эволюции. 2) Сравнительное исследование механизмов фото- и темновой регенерации зрительных пигментов в глазах креветок морской и озерной популяций Mysis relicta. Получены данные, позволяющие предположить, что основным путем регенерации зрительного пигмента у исследуемых креветок является темновая регенерация, т.е. синтез новых молекул родопсина в фоторецепторных клетках. 3) Флуорофоры липофусциновых гранул (ЛГ) ретинального пигментного эпителия (РПЭ) и развитие неинвазивного метода аутофлуоресценции глазного дна для диагностики старческих изменений и дегенеративных заболеваний сетчатки. Получены флуоресцентные характеристики группы неокисленных бисретиноидов и группы продуктов фотоокисления и фотодеградации бисретиноидов. Обнаруженное в ЛГ образование карбонильных продуктов окисления бисретиноидов, проявляющих гидрофильные и амфифильные свойства, и их высвобождение из ЛГ в цитоплазматическую часть клетки РПЭ может иметь огромное значение в патогенезе многих, в том числе старческих, патологий глаза, при которых имеет место аккумуляция ЛГ в клетках РПЭ. 4) Исследование действия ионизирующего излучения на сетчатку и РПЭ глаза. Продолжено изучение влияния ионизирующего излучения на сетчатку и РПЭ глаза мыши. Показано, что радиационное воздействие вызывает в структурах глаза – сетчатке и РПЭ – окисление ретиноидов, которое регистрируется по изменению спектров их флуоресценции. Обнаруженное явление может позволить, используя диагностический метод регистрации аутофлуоресценции глазного дна, неинвазивно оценить уровень радиационного воздействия как на глаз, так и на весь организм непосредственно после воздействия ионизирующего излучения. Возможно также прогнозировать отдалённый результат радиационного воздействия – развитие возрастной макулярной дегенерации сетчатки. 5) Оптогенетика и протезирование дегенеративной сетчатки. Созданы экспрессионные векторы, несущие гены катионных (ChR2) и анионных (ACR2) канальных родопсинов вместе с кодирующими последовательностями экспортных и "нацеливающих" мотивов, обеспечивающих направленную субклеточную локализацию встраиваемых опсинов, необходимую для протезирования ON-OFF рецептивного поля ганглиозных клеток дегенеративной сетчатки глаза. | ||
2 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Молекулярная физиология зрения в норме и при патологии |
Результаты этапа: 1. Показано цитотоксическое действие окисленных форм бисретиноидов на клеточную культуру ARPE-19 при темновой адаптации. Следовательно, можно заключить, что продукты окисления бисретиноидов оказывают повреждающее действие на клетки РПЭ в темноте и могут рассматриваться как усугубляющий фактор прогрессирования ВМД. 2. Радиационное воздействие вызывает в структурах глаза, сетчатке и ретинальном пигментном эпителии, окисление ретиноидов, аналогично фотоокислению. Обнаруженное явление может позволить, используя диагностический метод регистрации аутофлуоресценции глазного дна, неинвазивно оценить уровень радиационного воздействия как на глаз, так и на весь организм непосредственно после воздействия ионизирующего излучения. Возможно также прогнозировать отдалённый результат радиационного воздействия – развитие возрастной макулярной дегенерации сетчатки. 3. Сравнение двух микробиальных белков – светоактивируемых катионных каналов: классического канального родопсина-2 из Chlamydomonas reinhardtii (CrChR2) и недавно описанного канального родопсина, выделенного из водоросли Platymonas subcordiformis (PsChR2) показало, что канальный родопсин PsChR2 и по своим частотным характеристикам, и по возможности его активирования коротковолновым (синим, 470 нм) светом может рассматриваться как перспективный оптогенетический инструмент для протезирование дегенеративной сетчатки. | ||
3 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Молекулярная физиология зрения в норме и при патологии |
Результаты этапа: 1. Исследование флуорофоров (бисретиноидов) липофусциновых гранул из клеток ретинального пигментного эпителия (РПЭ) глаза человека. На модельной системе культуры клеток АРПЭ-19 показано, что цитотоксическое действие окисленных форм бисретиноидов липофусциновых гранул на клетку РПЭ может инициировать в ней процесс апоптоза как по митохондриальному, так и по каспазному пути. При этом цитотоксический эффект имеет пролонгированный характер. Можно заключить, что продукты окисления бисретиноидов оказывают повреждающее действие на клетки РПЭ в темноте и могут рассматриваться как усугубляющий фактор прогрессирования ВМД. Показана возможность снижения уровня цитотоксического воздействия окисленных форм бисретиноидов липофусциновых гранул на РПЭ путем доставки каротиноидов в клетки РПЭ при помощи каротиноид-связывающего белка. Получены результаты исследования изменения химического профиля бисретиноидов и продуктов их фотоокисления в нативных и облученных видимым светом липофусциновых гранулах из клеток РПЭ при помощи метода времяпролетной масс-спектрометрии вторичных ионов (TоF-SIMS). Результаты исследований позволяют заключить, что содержащиеся в липофусциновых гранулах карбонильные соединения образуются не только за счет перекисного окисления липидов, но и за счет окисления самих бисретиноидов. Действие ионизирующего излучения вызывает окисление ретиноидов в сетчатке и РПЭ глаза мыши аналогично фотоокислению. Показано, что как ионизирующее излучение, так и видимый свет высокой интенсивности характеризуются пролонгированным эффектом. Обнаруженное явление может позволить, используя диагностический метод регистрации аутофлуоресценции глазного дна, неинвазивно оценивать уровень радиационного воздействия как на глаз, так и на весь организм непосредственно после воздействия ионизирующего излучения. Возможно также прогнозировать отдалённый результат радиационного воздействия – развитие ВМД. 2. Исследование динамики фотохимической реакции ретиналь-содержащего белка Exiguobacterium sibiricum в фемто- и пикосекундном диапазоне времен показало, что скорость и эффективность реакции зависит от рН среды. При более высоких рН реакция протекает значительно быстрее и эффективнее. Это подтверждает важную роль степени протонирования противоиона хромофорной группы в фотоактивируемых процессах родопсинов, в том числе как светоактивируемых «инструментов» для оптогенетических технологий. | ||
4 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Молекулярная физиология зрения в норме и при патологии |
Результаты этапа: | ||
5 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Молекулярная физиология зрения в норме и при патологии |
Результаты этапа: | ||
6 | 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. | Молекулярная физиология зрения в норме и при патологии |
Результаты этапа: | ||
7 | 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. | Молекулярная физиология зрения в норме и при патологии |
Результаты этапа: |
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".