TASK-1 каналы: роль в регуляции тонуса артерий разных органов в норме и при нарушении кислотно- щелочного балансаНИР

TASK-1 channels: role in tone regulation of arteries from different organs under normal and acid-base balance disturbed conditions

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 23 июля 2020 г.-30 июня 2021 г. TASK-1 каналы: роль в регуляции тонуса артерий разных органов в норме и при нарушении кислотно- щелочного баланса
Результаты этапа: В соответствии с планом, заявленным на 2020-2021 гг., мы оценили антиконстрикторный вклад TASK-1 каналов в различных артериях большого круга кровообращения как в присутствии интактного эндотелия, так и в условиях фармакологической блокады эндотелиальных сосудорасширительных путей. Мы изучили, какой из путей релаксирующего влияния эндотелия оказывает наиболее существенное влияние на функционирование TASK-1 каналов. В дополнение к функциональным экспериментам на изолированных артериях, мы провели блок молекулярно-биологических исследований, в рамках которых сравнили экспрессию мРНК и белка TASK-1 канала в артериях разных органов. Кроме того, мы провели сравнительный анализ экспрессии мРНК белков-регуляторов локализации TASK-1 канала в клетке в артериях разных органов. Изменение сформулированного в заявке плана состоит в том, что задача по сравнению экспрессии TASK-1 каналов в артериях с интактным и удаленным эндотелием частично перенесена на следующий год. В связи с небольшим количеством материала (малый размер и тонкая стенка артерий сердца) на данный момент мы находимся в процессе набора образцов. Обработка и анализ данных образцов запланированы на следующий год проекта. Взамен этой задачи задача по сравнению экспрессии мРНК белков-регуляторов локализации TASK-1 канала в клетке была перенесена со второго года проекта на первый и полностью выполнена. Таким образом, общий объем исследований не уменьшился и мы считаем, что все запланированные на 2020-2021гг. задачи проекта выполнены. В УСЛОВИЯХ НАЛИЧИЯ ИНТАКТНОГО ЭНДОТЕЛИЯ TASK-1 КАНАЛЫ НЕ ИГРАЮТ СУЩЕСТВЕННОЙ АНТИКОНСТРИКТОРНОЙ РОЛИ В АРТЕРИЯХ БОЛЬШОГО КРУГА КРОВООБРАЩЕНИЯ Антиконстрикторный вклад TASK-1 каналов в регуляцию тонуса сосудов малого круга кровообращения не вызывает сомнений. Роль TASK-1 каналов в сосудах большого круга кровообращения, играющих ключевую роль в регуляции системного артериального давления, изучена в значительно меньшей степени по сравнению легочными сосудами. Функциональная активность TASK-1 каналов была показана только для некоторых областей системного сосудистого русла. В аорте и подкожной артерии взрослых крыс был продемонстрирован вклад TASK-1 каналов в поддержании мембранного потенциала гладкой мышцы. Участие TASK-1 каналов в рН-индуцированном изменении мембранного потенциала было показано на изолированных гладкомышечных клетках артерий брыжейки крыс. В рамках настоящего проекта впервые проведен обширный сравнительный анализ антиконстрикторной роли TASK-1 каналов в артериях разных органов: мозга, брыжейки, почки, скелетной мышцы и сердца. Важно отметить, что выбранные артерии имеют внутренний диаметр порядка 300 - 400 мкм и принимают участие в регуляции общего периферического сопротивления. Мы продемонстрировали, что в условиях интактного эндотелия TASK-1 каналы не проявляют выраженной антиконстрикторной роли. В дистальных сегментах артерии межжелудочковой перегородки мы наблюдали лишь тенденцию к усилению сократительных ответов. Совокупность наших наблюдений и данных литературы, демонстрирующих отсутствие эффекта AVE1231 на системное артериальное давление взрослой крысы, а также неизмененное давление в сонной артерии у крысы с мутацией, подавляющей активность TASK-1 канала, свидетельствует о том, что на системном уровне в нормальных условиях антиконстрикторный вклад TASK-1 каналов не проявляется. TASK-1 КАНАЛЫ ВНОСЯТ СУЩЕСТВЕННЫЙ АНТИКОНСТРИКТОРНЫЙ ВКЛАД В РЕГУЛЯЦИЮ ТОНУСА ДИСТАЛЬНОЙ ЧАСТИ АРТЕРИИ МЕЖЖЕЛУДОЧКОВОЙ ПЕРЕГОРОДКИ СЕРДЦА В УСЛОВИЯХ ФАРМАКОЛОГИЧЕСКОЙ БЛОКАДЫ ЭНДОТЕЛИЯ Мы предположили, что в условиях нормально функционирующего эндотелия антиконстрикторный вклад TASK-1 канала может не проявляться. Иными словами, релаксирующих эндотелиальных факторов оказывается достаточно, чтобы противодействовать возможным просократительным влияниям, одним из которых и является блокада TASK-1 канала. Для проверки этой гипотезы мы провели эксперименты с одновременной блокадой релаксирующих путей эндотелия и TASK-1 каналов. В большинстве исследуемых артерий одновременная блокада эндотелиальных влияний и TASK-1 каналов не привела к дополнительному росту базального тонуса и усилению сократительных ответов. Однако в дистальной части артерии межжелудочковой перегородки сердца в условиях фармакологической блокады сосудорасширительных путей эндотелия TASK-1 каналы проявляют ярко выраженную антиконстрикторную функцию. Наличие эффекта блокады TASK-1 каналов в дистальных, но не проксимальных сегментах может быть связано с гетерогенностью распределения TASK-1 каналов по ходу ветвления артерии межжелудочковой перегородки. Можно предположить, что функциональный вклад и экспрессия TASK-1 каналов выше в более мелких артериях, как это было показано для Kir каналов в артериях почки. Кроме того, в направлении от основания сердца к его верхушке артерия межжелудочковой перегородки истончается и глубже погружается в миокард. В связи с этим дистальные сегменты артерии могут подвергаться большим воздействиям со стороны метаболитов, выделяемых миокардом, в том числе влиянию рН. ПУТЬ NO ВНОСИТ НАИБОЛЬШИЙ ВКЛАД В «МАСКИРОВКУ» АНТИКОНСТРИКТОРНОГО ВЛИЯНИЯ TASK-1 КАНАЛОВ В ДИСТАЛЬНОЙ ЧАСТИ АРТЕРИИ МЕЖЖЕЛУДОЧКОВОЙ ПЕРЕГОРОДКИ СЕРДЦА Известно, что «классические» семейства (BKCa, Kv, Kir и KATP) калиевых каналов гладкомышечных клеток сосудов подвержены модулирующему влиянию со стороны эндотелия. Наиболее ярким примером такого влияния является оксид азота. Выделившийся из эндотелия оксид азота проникает в гладкомышечную клетку, где он запускает активацию растворимой гуанилатциклазы, которая синтезирует cGMP - активатор протеинкиназы G. Протеинкиназа G оказывает положительное влияние на активность BKCa, Kv, Kir и KATP каналов, что способствует расширению сосудов и увеличению кровотока. Регуляция активности TASK-1 каналов со стороны факторов, секретируемых эндотелием, практически не изучена, а немногочисленные результаты таких работ противоречивы. Так, несмотря на наличие в структуре сайтов фосфорилирования протеинкиназой G, не было продемонстрировано влияния NO на активность TASK-1 каналов в гладкомышечных клетках, изолированных из средней мозговой артерии крысы. Другая группа исследователей обнаружила, что активатор растворимой гуанилатциклазы способствует усилению TASK-1-опосредуемого тока в клеточной экспрессионной системе tsA201 (модификация эмбриональных клеток почки человека), что свидетельствует о потенциально положительном влиянии пути NO–sGC–cGMP–PKG на TASK-1 каналы. Принимая во внимание высокую экспрессию белка эндотелиальной NO-синтазы и выраженный вклад пути NO в регуляции тонуса артерий коронарного русла, мы предположили, что именно путь NO «маскирует» антиконстрикторный вклад TASK-1 каналов в дистальной части артерии межжелудочковой перегородки. Эксперименты с использованием ингибитора эндотелиальной NO-синтазы подтвердили данную гипотезу. Действительно, эффект AVE1231 на фоне фармакологической блокады эндотелия оказывается сопоставим с его эффектом на фоне одиночной блокады пути синтеза NO. Неизвестно, оказывает ли путь NO прямое влияние на активность TASK-1 канала путем его фосфорилирования протеинкиназой G или же количества NO, секретируемого эндотелием коронарных сосудов, оказывается просто достаточно, чтобы противодействовать возможным просократительным влияниям без вовлечения TASK-1 каналов. Данный вопрос выходит за рамки данного проекта и является предметом отдельных исследований. СОДЕРЖАНИЕ БЕЛКА ПОРООБРАЗУЮЩЕЙ СУБЪЕДИНИЦЫ TASK-1 КАНАЛА НАИБОЛЕЕ ВЫСОКО В АРТЕРИЯХ СЕРДЦА, А мРНК – В АРТЕРИЯХ ПОЧКИ Степень проявления антиконстрикторной роли калиевых каналов как правило соотносится с количеством мРНК и белка. В связи с этим, мы сравнили экспрессию порообразующей субъединицы TASK-1 канала в артериях разных органов и сопоставили ее с результатами функциональных экспериментов. Мы продемонстрировали, что на уровне мРНК содержание TASK-1 канала наиболее высоко в артериях легких, несколько меньше в междолевой артерии почки и значительно ниже в артерии брыжейки и сердца. Интересно, что профиль экспрессии на уровне белка отличается от такового на уровне мРНК: содержание белка TASK-1 канала крайне высоко в артериях сердца, ниже в артериях легких (практически в 50 раз), и еще ниже в артериях брыжейки и почки. Такой высокий уровень белка TASK-1 канала в артериях сердца согласуется с функциональными экспериментами о выраженной антиконстрикторной роли этих каналов в артерии межжелудочковой перегородки сердца. Интересно, что уровень мРНК TASK-1 канала в артериях сердца по сравнению с другими артериями оказывается достаточно низким. Возможно, в артериях сердца происходит негативная регуляция экспрессии преимущественно на уровне мРНК. Таким влиянием могут обладать некоторые микроРНК, например микроРНК-138, что было показано в изолированных гладкомышечных клетках легочных артерий человека. Содержание как белка, так и мРНК TASK-1 канала в легочных артериях достаточно высоко, что также согласуется с результатами наших функциональных экспериментов и данными литературы. В артериях брыжейки экспрессия как мРНК, так и белка оказалась достаточно низкой. Это соответствует результатам функциональных экспериментов, в которых нами также не было обнаружено антиконстрикторного вклада TASK-1 каналов ни в условиях интактного эндотелия, ни на фоне его фармакологической блокады. В междолевой артерии почки содержание белка TASK-1 канала оказалось сопоставимо с артерией брыжейки, а мРНК – значительно больше. Несмотря на отсутствие антиконстрикторного вклада TASK-1 каналов в междолевой артерии почки, относительно высокое содержание мРНК гена, кодирующего его порообразующую субъединицу, может служить «резервом», что ускоряет процесс синтеза белка в условиях, отличных от нормальных, например, при сдвиге кислотно-щелочного равновесия. СОДЕРЖАНИЕ мРНК БЕЛКОВ, РЕГУЛИРУЮЩИХ ЛОКАЛИЗАЦИЮ TASK-1 КАНАЛА В КЛЕТКЕ, ВЫШЕ В АРТЕРИЯХ БРЫЖЕЙКИ И ПОЧКИ ПО СРАВНЕНИЮ С АРТЕРИЯМИ СЕРДЦА Для большинства семейств калиевых каналов характерно наличие особых регуляторных субъединиц, оказывающих влияние на различные биофизические свойства канала. Подобных субъединиц не описано для TASK-1 каналов, однако существует ряд белков, способных регулировать положение канала в клетке. Такие белки как p11 (или S100A10), COPI и синтаксин-8, взаимодействуя с особыми участками в структуре TASK-1 канала, способствуют его эндоцитозу и удержанию в саркоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи. Взаимодействие TASK-1 с белком 14-3-3, напротив, приводит к встраиванию канала в наружную мембрану клетки. Таким образом, проявление антиконстрикторной роли TASK-1 канала может определяться именно количеством канала, встроенного в плазматическую мембрану. Последнее, в свою очередь, определяется балансом влияний от перечисленных выше регуляторных белков. В рамках данного проекта мы впервые сравнили экспрессию известных на сегодняшний момент белков, регулирующих локализацию TASK-1 канала в клетке, в артериях разных органов: сердца, брыжейки и почки. Интересно, что экспрессия мРНК белков, способствующих как встраиванию канала в наружную мембрану, так и белков, опосредующих его эндоцитоз, оказалась выше в артериях брыжейки и почки, чем в артериях сердца. Возможно, TASK-1 каналы артерий брыжейки и почки в большей степени подвержены как «положительным», так и «отрицательным» регуляторным влияниям, что проявляется в условиях сдвига кислотно-щелочного равновесия.
2 1 июля 2021 г.-30 июня 2022 г. TASK-1 каналы: роль в регуляции тонуса артерий разных органов в норме и при нарушении кислотно- щелочного баланса
Результаты этапа:

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".