Биофизика

Пионерные транскрипционные факторы из «коктейля Яманаки» осуществляют репрограммирование клеток. Эти белки связываются с гетерохроматином, способствуют его открытию и привлекают белки для изменения эпигенетического ландшафта и активации транскрипции. Однако в литературе нет информации о том, какие белки хроматина привлекаются через прямые белок-белковые взаимодействия с пионерными транскрипционными факторами. В данной работе мы с помощью нейросетевых алгоритмов предсказали потенциальные белок-белковые комплексы трех белков из «коктейля Яманаки» (SOX2, ОСТ4 и KLF4), провели структурный и функциональный анализ полученных комплексов.

Цель работы – анализ взаимодействий метил-β-циклодекстрина и амфотерицина В со спектрином, актином и гемоглобином методом молекулярного докинга. Структуры белков взяты из РОВ. Полноатомные модели белков «очищены» от молекул воды и компонентов буфера, выполнена расстановка зарядов на поверхности, выбраны ячейки для «слепого» докинга. Структурные формулы метил-β-циклодекстрина и амфотерицина В взяты из PubChem, сконвертированы в HyperChem. Оптимизация геометрии проводилась с использованием модельного потенциала MM+, жесткие/фиксированные структуры оптимизированы полуэмпирическим квантово-химическим методом PM3. Взаимодействия белково-лигандных комплексов описывали с помощью PLIP. Полная энергия связывания для всех комплексов составила от –4.4 до –10.3 ккал/моль. Комплексы формировались за счет водородных, ван-дер-ваальсовых связей и солевых мостиков. Визуализация наиболее энергетически выгодных положений подтвердила, что и амфотерицин В, и метил-β-циклодекстрин локализовались в центральных полостях гемоглобина и актина и на дистальных участках α- и β-субъединии спектрина. Амфотерицин В образовывал более стабильные комплексы с каждым из белков: прочность водородных связей и количество гидрофобных контактов с белками были выше, чем для комплексов с метил-β-циклодекстрином.

Белковая корона оказывает существенное влияние на биораспределение, фармакокинетику и терапевтическую функциональность наносистем, что определяет необходимость глубокого изучения факторов, влияющих на ее образование. Входящие в состав наночастиц вспомогательные вещества, в частности поливиниловый спирт, могут влиять на их физико-химические свойства, тем самым влияя на формирование белковой короны. В данной работе наночастицы на основе сополимера молочной и гликолевой кислот, нагруженные паклитакселом, были синтезированы методом одинарного эмульгирования с использованием различных концентраций поливинилового спирта. Полученные наночастицы были охарактеризованы методами динамического и электрофоретического рассеяния света. Для описания процесса адсорбции белков на поверхности наночастиц были использованы модели адсорбции Ленгмора, Фрейндлиха, Ленгмора–Фрейндлиха и Брунауэра, Эммета и Теллера. Полученные данные указывают на то, что при увеличении остаточной концентрации поливинилового спирта на поверхности частиц наблюдается уменьшение концентрации адсорбированных белков. Выявленная взаимосвязь позволит оптимизировать дизайн наносистем на основе сополимера молочной и гликолевой кислот с целью повышения эффективности терапии.

Изучены функциональная активность и морфологические характеристики мускулатуры планарий. Физиологическое исследование, проведенное на изолированных мышечных клетках планарий Procerodes littoralis (Turbellaria, Platyhelminthes), показало, что кофеин в концентрации (1–10 мМ) и деполяризация, вызванная высоким содержанием ионов калия (20–75 мМ), оказали дозозависимое возбуждающее действие на мускулатуру планарий. Тапсигартин и циклопиазоновая кислота, блокаторы обратного захвата кальция в депо саркоплазматического ретикулума, уменьшали число мышечных ответов, индуцированных как кофеином, так и деполяризацией. Кроме того, сокращения единичных мышечных волокон P. littoralis, индуцированные средой с высоким содержанием ионов калия, ингибировались рианодином, который в миллимолярных концентрациях является блокатором рианодиновых кальциевых каналов саркоплазматического ретикулума. Полученные данные свидетельствуют в пользу того, что внутриклеточные кальциевые депо, как внутриклеточный источник ионов кальция, играют определенную роль в механизме сократительного мышечного ответа у плоских червей. Гистохимическое исследование с использованием замороженных срезов и окраски флуоресцентно-меченым фаллоидным продемонстрировало консервативную организацию мускулатуры тела планарий Schmidtea mediterranea. Мускулатура стенки тела содержит кольцевые, диагональные и продольные мышечные волокна. Наиболее тонкие кольцевые волокна плотно расположены в наружном слое мускулатуры. Продольные волокна – наиболее толстые и собраны в основном попарно. Диагональные волокна простираются в двух направлениях под углом 110–115 градусов друг к другу. Тело червя пронизывают дорзо-вентральные мышечные пучки. Просвет кишечника окружен тонкими продольными мышечными волокнами. Эксперименты показали, что планарии могут успешно использоваться в качестве модельного объекта для изучения механизмов мышечного сокращения у плоских червей.

Известно, что микрогравитация приводит к существенным изменениям в функционировании физиологических систем человека. Механиз чувствительные клетки in vitro также адаптируются к микрогравитации, демонстрируя перестройку элементов цитокслета и функциональной активности. На культивируемых мультипотентных мезенхимальных стромальных клетках ткани пупочного канатика изучено влияние длительной микрогравитации, моделируемой на приборе рандомизации положения Gravite^®. После 21 суток экспозиции клетки сохраняли высокую жизнеспособность и характерный стромальный фенотип. На их поверхности увеличивалась экспрессия маркеров CD90 и CD105, вовлеченных в адгезию «клетка–клетка» и «клетка–матрикс». Изменялся цитокиновый профиль, возрастала концентрация плейотропных цитокинов MCP-3, GM-CSF и PDGF-AA, потенцирующих активность металлопротеиназ. Экспрессия генов, кодирующих матриксную металлопротеиназу MMPI и остеокальцин, увеличивалась, а остеопонтин – снижалась. Основные белки внеклеточного матрикса – фибронектин, коллаген и остеопонтин – визуализировались в обеих экспериментальных группах, коллаген – более выраженно при микрогравитации. Описанные изменения свидетельствуют об адаптивном изменении локального микроокружения и ремоделировании внеклеточного матрикса в ответ на длительное воздействие моделируемой микрогравитации на фоне сохранения функциональной активности мезенхимальных стромальных клеток.

Представлен обзор данных по исследованиям разновекторной, а также сохраняющейся однонаправленной по эффекту синаптической модуляции в различных по типу двигательных единицах. Как известно, модуляторы синаптической передачи многочисленны. Из них можно выделить: непосредственно сам задействованный в данном синапсе основной медиатор, нейропептиды (эндорфины и энкефалины, кальцитонин, вещество Р и пр.), производные жирных кислот (арахидоновая кислота и эйкозаноиды), газообразные посредники (NO, CO и H₂S), а также пурины и пиримидины (внеклеточные АТФ, аденозин и пр.). На примере разбора данных по результатам оказываемого действия наиболее эффективных нейромодуляторов – пуринов – выявлены как их неизменное, так и вариабельное действие в синаптической модуляции различных типов скелетных мышц.

Изучены изменения активности ангиотензин-превращающего фермента и продукции активных форм кислорода в аорте крыс при индукции диабета введением аллоксана. Активность ангиотензин-превращающего фермента в отрезках аорты определяли по гидролизу гиппурил-L-гистидил-L-лейцина, а образование активных форм кислорода – по окислению дихлордигидрофлуоресценна. Показано, что активность ангиотензин-превращающего фермента возрастает с ростом концентрации глюкозы в крови до максимального значения при концентрации глюкозы 12 мМ и не увеличивается с дальнейшим ростом уровня глюкозы. В отличие от активности ангиотензин-превращающего фермента, образование активных форм кислорода увеличивается с ростом концентрации глюкозы во всем исследованном интервале концентраций (до 24 мМ). Опыты с эналаприлом, ингибитором ангиотензин-превращающего фермента, показали, что он полностью предотвращает увеличение скорости образования активных форм кислорода до концентрации глюкозы 12 мМ (100%-й вклад активации ангиотензин-превращающего фермента в увеличение образования активных форм кислорода), однако далее эффективность эналаприла падает (вклад активации ангиотензин-превращающего фермента в увеличение образования активных форм кислорода – около 30%).

Делеции митохондриальной ДНК являются признанным фактором митохондриальных расстройств и старения. Целью данного исследования было изучение распространенности крупномасштабных делеций митохондриальной ДНК в образцах периферической крови потомков, чьи родители – работники ПО «Маяк» в преконцептивном периоде подвергались сочетанному воздействию внешнего γ- и внутреннего α-излучения. Методом ПЦР-амплификации протяженных фрагментов выявляли делецию размером 4977 п.о. и делеции размерами от 7436 до 8044 п.о. Установлено, что распространенность делеций в изучаемых группах этих потомков обнаруживает тенденцию к повышению, но статистически значимых различий с контрольной группой не выявлено.

Получены ковалентные комплексы проурокиназы, миниплазмина и тромбина с QD-наночастицами, содержащими на поверхности альдегидные, амино- и карбоксильные группы. Показано, что при выбранных условиях иммобилизации перечисленные ферменты, иммобилизованые на QD-наночастицах, полностью сохраняли ферментативную активность, а образованные комплексы – стабильный коллоид. Плотность покрытия наночастиц ферментами достигала 50–100 молекул на частицу. Иммобилизация ферментов на карбоксильных наночастицах выполнялась с использованием кабодиимида. В отличие от технологии с карбоксильными группами, иммобилизация ферментов на альдегидных наночастицах не требует использования карбодиимида для образования ковалентного комплекса и не требует процедуры отмывки реагентов перед добавлением ферментов к наночастицам, что улучшает воспроизводимость процедуры иммобилизации. Показано, что частицы с иммобилизованным тромбином при инкубации с фибриногеном или плазмой крови образуют микрозмболь, которые in vitro полностью разрушаются плазмином при физиологической концентрации последнего.

Дисульфирам, хорошо известное антиалкогольное средство с минимальными побочными эффектами, а также другие дитиокарбаматы исследуются в рамках программы Drug repurposing с целью расширения их применения, в том числе в онкологии. В данной работе на примере опухолевых клеток человека ВТ474 установлено, что действие окисленных метаболитов дисульфирама, генерируемых при аэробном окислении диэтилдитиокарбамата в присутствии катализатора кобаламина (витамина В_12b), вызывает стресс эндоплазматического ретикулума, а интегрированный ответ на стресс приводит к гибели клеток путем параптоза. Способность веществ этого класса вызывать неапоптотические типы клеточной гибели представляет интерес для разработки новых подходов в онкотерапии.

Разработка новых персонализированных подходов к нелекарственной коррекции функциональных нарушений и расстройств соответствует приоритетным направлениям научно-технологического развития России. Обзор посвящен анализу инновационной линии исследований, использующих в лечебных целях автоматическую модуляцию неинвазивных сенсорных воздействий (транскраниальной магнитной и электрической стимуляции, акустических, оптических, аудиовизуальных воздействий) ритмическими компонентами электроэнцефалограммы субъекта. При рассмотрении многочисленных примеров успешного лечебного применения сенсорной стимуляции, автоматически модулируемой сигналами обратной связи от ритмических компонентов электроэнцефалограммы, предпринят анализ наблюдаемых эффектов в зависимости от условий и параметров организации этих управляемых электроэнцефалограммой воздействий. Рассмотрены основные достоинства рассматриваемого подхода, обусловленные оптимальным вовлечением механизмов нейропластичности и резонансных механизмов мозга в лечебный процесс. На примере собственных результатов намечены перспективы развития данной линии исследований.