Диссертация (1144759), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Хотя фракция 2-изоформы доминирует и достигает 87% от общегоколичества Na,K-АТФазы в скелетной мышце (Orlowski, Lingrel, 1988; He et al.,2001), она в покое малоактивна и базовую насосную функцию в основномвыполняет 1-изоформа (Krivoi et al., 2003; Heiny et al., 2010). Однако показанаважная роль локализованного в Т-системе пула 2-изоформы в поддержаниимышечной работоспособности при интенсивной нагрузке, когда происходитнакопление К+ в узких пространствах Т-системы (Radzyukevich et al., 2013;8DiFranco et al., 2015).
Особенности локализации, функционирования и регуляции2-изоформы Na,K-АТФазы в постсинаптической области мембраны (концеваяпластинка) не исследованы.2. Выявлены функциональные и межмолекулярные взаимодействия междуNa,K-АТФазой и белками (рецепторы, транспортеры и др.), вовлеченными врегуляцию синаптической функции (Hazelwood et al., 2008; Matos et al., 2013;Illarionavaetal.,2014),включаявзаимодействиесникотиновымихолинорецепторами (Кривой и др., 2004; Park et al., 2010; Bao et al., 2015;Matchkov, Krivoi, 2016), механизм которого требует специального анализа.3. Роль холестерина в компартментализации, стабилизации и регуляцииNa,K-АТФазы изучена достаточно подробно (Chen et al., 2011; Haviv et al., 2013;Cornelius et al., 2015), однако изоформ-специфичность этих взаимодействий вомногом остается неясной и исследована в основном на экспрессионныхклеточных системах (Lifshitz et al., 2007; Kapri-Pardes et al., 2011).
На скелетноймышце подобные исследования не проводили.4. Немногочисленные данные свидетельствуют об изоформ-специфичностивлияния двигательной активности в отношении Na,K-АТФазы и в основномкасаются долговременных нарушений, связанных с травмами и возрастом(Clausen, 2013; Wyckelsma, McKenna, 2016). Только начинает изучатьсяфункционированиеNa,K-АТФазывскелетныхмышцахгибернирующихживотных (Guo et al., 2017). Факты серьезных нарушений в постуральныхмышцах в ходе космического полета (гравитационная, двигательная разгрузка)(Шенкман,2016: Kozlovskaya et al., 1988) также настоятельно требуют подобныхисследований, причем, с точки зрения поиска ключевых сигнальных событий,запускающих атрофическую программу, особый интерес представляет начальныйэтап двигательной разгрузки (Vilchinskaya et al., 2017).5.
Ультраструктура концевой пластинки пластична и ее нарушениянаблюдаются после продолжительной двигательной разгрузки при возрастныхизменениях, миодистрофии и других формах мышечной патологии (Nishimune et9al., 2014; Tintignac et al., 2015; Rogers, Nishimune, 2017); структурные измененияна начальных этапах двигательной дисфункции не изучены.6. Хорошо известна изоформ-специфичность регуляции 2-изоформы Na,KАТФазыскелетныхмышцтиреоиднымигормонами,инсулином,глюкокортикоидами и др.
Однако лишь единичные исследования посвященыизучению эффектов эндогенных кардиотонических стероидов в скелетныхмышцах (Radzyukevich et al., 2009), хотя этот вопрос детально разработан вотношении сердечной и гладкой мышц (Blaustein et al., 2016).Цель настоящей работы – исследование функционального разнообразияNa,K-АТФазы в скелетной мышце, основанного на особенностях локализации,регуляции и функциональных взаимодействий с молекулярным окружением 1- и2-изоформ ее -субъединицы.Основные задачи исследования:1) Исследовать особенности локализации 2-изоформы Na,K-АТФазы вобластиконцевойпластинкииеёфункциональноговзаимодействиясникотиновыми холинорецепторами.2) Исследовать возможность влияния циркулирующего никотина нафункционирование Na,K-АТФазы в скелетной мышце.3) Изучить возможность функционального взаимодействия между 2изоформой Na,K-АТФазы и мембранным холестерином.4) Исследовать изоформ-специфичность влияния двигательной разгрузки вотношении Na,K-АТФазы в период, предшествующий развитию атрофии.5) Исследовать возможность структурных нарушений концевой пластинки наранних этапах двигательной разгрузки.6) Проверить возможность регуляции сократительной функции скелетноймышцы кардиотоническими стероидами в концентрациях, соответствующихуровню их циркулирующих эндогенных аналогов.10Положения, выносимые на защиту:1) Особенностью распределения и функционирования 2-изоформы Na,KАТФазы является локализация одного из её пулов в области концевой пластинкии участие в специализированном физиологическом механизме поддержанияпостсинаптического электрогенеза.2) Изоформ-специфичность 2-изоформы Na,K-АТФазы проявляется в еёфункциональных взаимодействиях с никотиновыми холинорецепторами имембранным холестерином, специфическойзависимости от двигательнойактивности, а также в регуляции мышечного сокращения кардиотоническимистероидами.3) В скелетной мышце 1-изоформа Na,K-АТФазы функционально стабильнапосравнению2-изоформой,садаптационнаяпластичностькоторойопределяется изоформ-специфичностью локализации и регуляции её различныхпулов, а также функциональных взаимодействий с молекулярным окружением.Научная новизна.
Новизна данной работы заключается в первой попыткекомплексного исследования функционального разнообразия Na,K-АТФазы вскелетной мышце, основанного на особенностях локализации и механизмоврегуляции,атакжефункциональныхвзаимодействийсмолекулярнымипартнерами изоформ -субъединицы этого белка.Впервые выявлена специфика локализации 2-изоформы Na,K-АТФазы вобласти концевой пластинки, где эта изоформа функционально взаимодействует сникотиновыми холинорецепторами и мембранным холестерином, что лежит восновефизиологическогопостсинаптическоймеханизмамембраны.Впервыеподдержанияустановленыпотенциалаособенностипокояэтихвзаимодействий: модулирующим сигналом для 2-изоформы Na,K-АТФазыявляется конформационный переход никотиновых холинорецепторов в состояниедесенситизации; получены доказательства реципрокного взаимодействия между2-изоформой и холестерином липидных плотиков (рафтов). При исследованииначального периода двигательной разгрузки скелетной мышцы впервые выявлен11рядструктурно-функциональныхперестроек.Установленадаптационныйхарактер функциональных изменений 2-изоформы Na,K-АТФазы; эти измененияпроявляются по-разному для постсинаптического и внесинаптического пулов 2изоформы без нарушения её локализации в сарколемме.
Наблюдаемые изменениясопровождаются дестабилизацией липид-упорядоченной фазы сарколеммы засчет частичной утраты мембранного холестерина, а также нарушениямираспределения никотиновых холинорецепторов и структуры концевых пластинок.Получено подтверждение возможности участия 2-изоформы Na,K-АТФазы врегуляциисократительнойкардиотоническимифункциистероидами.скелетнойПроведенныймышцыэндогеннымикомплексныйанализсвидетельствует о функциональной пластичности 2-изоформы Na,K-АТФазы посравнению с функционально стабильной 1-изоформой.Научно-теоретическоеипрактическоезначение.Выяснениефункциональной специализации разных молекулярных форм одного и того жебелка является важной теоретической и практической задачей современнойфизиологии. Именно на выявлении таких новых механизмов физиологическихфункций основаны современные стратегии поиска эффективных лекарственныхпрепаратов и путей профилактики и коррекции различных патологическихсостояний.
Данное исследование направлено на разработку этой проблемы напримерах молекулярного и функционального разнообразия транспортного белкаNa,K-АТФазы. Этот белок является витальным, нарушения функционированиякоторого приводят к тяжелым последствиям вплоть до смертельного исхода.Выявленный в данной работе принцип регуляции за счет функциональноговзаимодействия 2-изоформы Na,К-АТФазы с никотиновыми холинорецепторамии холестерином применим также для анализа эффективности синаптическихсвязей и молекулярного разнообразия Na,К-АТФазы в ЦНС.
Этот принцип важендля более глубокого понимания механизмов побочных эффектов применяемых вклинике антихолинэстеразных препаратов, при отравлении такими веществами, атакже для изучения механизмов никотиновой зависимости и интоксикации.12Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых методовпрофилактики и коррекции двигательных расстройств при травмах, возрастныхнарушениях, в авиационной и космической медицине (проблемы адаптации кгравитационной разгрузке). Выявленное влияние сверхнизких концентрацийкардиотоническихстероидовнасократительнуюфункциюскелетноймускулатуры следует учитывать при использовании этих препаратов в клиникесердечно-сосудистых заболеваний.Результаты могут быть использованы академическими и медицинскимиучреждениями,атакжеуниверситетамиинаучно-исследовательскимиинститутами, могут быть востребованы при написании учебников, учебныхпособий и руководств; при подготовке диссертаций и курсов лекций длястудентов бакалавриата и магистратуры.Апробация работы.
Материалы исследований доложены и обсуждены нароссийских и международных конференциях: 12th International ATPase Conference«Na,K-ATPase and Related Transport ATPases of P-type: Structures, Mechanisms, andRoles in Health and Disease» (Denmark, 2008); International Symposium «BiologicalMotility» (Pushchino, 2008; 2010); 17th IAA Humans in Space Symposium (Moscow,2009); PENS Summer Course «Contemporary problems of Neurobiology: Molecularmechanismsofмеждународнымsynapticучастиемplasticity»(Kazan,2007);Школа-конференция6-яВсероссийская«Системныеисклеточныемеханизмы в физиологии двигательной системы и мышечной деятельности»(Москва, 2011); 14th International Conference on Na,K-ATPase and Related TransportATPases: Structure, Mechanism, Cell Biology, Health and Disease (The Netherlands,2014), 10th и 11th International Interdisciplinary Congress «Neuroscience for Medicineand Psychology» (Sudak, Crimea, 2014; 2015); Съезды Физиологического обществаим.
И.П. Павлова (Москва, 2007; Калуга, 2010; Волгоград, 2013; Воронеж, 2017).Публикации. По результатам исследований опубликовано 25 статей визданиях, рекомендованных ВАК РФ, из которых 20 входят в международныебазы научного цитирования Web of Science Core Collection и Scopus; 5 статей вдругих изданиях; 27 публикаций в сборниках тезисов – всего 57 работ.13Личный вклад автора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
