КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 21-14-00316

НазваниеБелки и пептиды из ядов змей, влияющие на сердечно-сосудистую систему – фундаментальная основа новых кардиопротекторных и гипотензивных препаратов.

РуководительУткин Юрий Николаевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2021 г. - 2023 г. 

Конкурс№55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-202 - Протеомика; структура и функции белков

Ключевые словабрадикинин-потенцирующие пептиды, васкулярные эндотелиальные факторы роста, гипертензия, ишемическая болезнь сердца, кардиопротектор, кардиотоксины кобр, никотиновые холинорецепторы, реперфузионный синдром, сердечно-сосудистая система, яды змей

Код ГРНТИ31.23.27


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) – весьма распространённый тип нозологий и ведущая причина смерти в мире. В частности, среди часто встречающихся состояний, сопровождающихся угрожающими жизни осложнениями, следует отметить реперфузионный синдром и артериальную гипертензию. Несмотря на имеющийся прогресс, задача разработки методов и средств их терапии остаётся весьма актуальной. Фундаментальной научной проблемой, на решение которой направлен предлагаемый проект, является раскрытие молекулярных механизмов повреждений органов и тканей в условиях нарушения кровоснабжения. Научная задача проекта в рамках указанной проблемы состоит в поиске среди компонентов ядов змей и исследовании соединений, способных уменьшить или предотвратить негативные последствия некоторых ССЗ. А именно, с использованием животных моделей сердечно-сосудистых заболеваний предполагается определить белки и пептиды ядов змей, обладающие кардиопротекторной и гипотензивной активностью, исследовать их возможности как прототипов лекарственных средств и установить структурные мотивы, ответственные за их эффективность. Залог успешного выполнения этой комплексной амбициозной задачи состоит в объединении опыта, навыков и разработок лабораторий из Москвы и Пущино. В качестве основных модельных систем будут использованы животные модели реперфузионного синдрома и артериальной гипертензии 3-й степени, разработанные и применяемые участниками проекта из лаборатории биологических испытаний ФИБХ. Объектами исследования будут служить токсины яда змей, выделение и характеристика которых, равно как и синтез их аналогов, являются сильной стороной участников проекта из лаборатории молекулярной токсинологии ИБХ РАН. Выбор объекта исследования основан на том факте, что змеиные яды являются природными библиотеками веществ (токсинов) пептидно-белковой природы с высокой биологической активностью и избирательностью действия, имеющих своими мишенями различные органы и системы организма жертвы, включая сердечно-сосудистую систему. В качестве основных кандидатов на роль кардиопротекторов рассматриваются компоненты яда змей, подобные дизинтегринам и васкулярному эндотелиальному фактору роста, а также лиганды никотинового холинорецептора альфа7 типа, для оценки эффективности которых будет использована модель реперфузионного синдрома. Основными кандидатами для оценки гипотензивного эффекта в модели артериальной гипертензии 3-й степени являются открытые нами токсин кобры WTX (планируется выявление активных фрагментов) и брадикинин-потенцирующие пептиды яда змеи Azemiops feae (планируется синтез аналогов с определением наиболее эффективного пептида). Инотропные эффекты змеиных токсинов и их аналогов, в частности, указанных выше соединений и кардиотоксинов яда кобр, будут исследованы на папиллярной мышце сердца, а сосудистые эффекты – на кольцах грудной аорты. Для повышения устойчивости в организме и усиления биологической активности впервые предполагается провести инкапсуляцию выявленных пептидов с желаемой эффективностью в наноматериалы, что может открыть путь к пероральному применению этих соединений. Такое комплексное исследование широкого круга токсинов змей с использованием сразу нескольких моделей in vivo и ex vivo будет проведено впервые. В практическом аспекте успешное выполнение данного проекта приведет к созданию целого ряда оригинальных соединений, которые заложат фундаментальную основу для дальнейшего конструирования новых лекарственных средств для лечения таких угрожающих состояний сердечно-сосудистой системы, как реперфузионный синдром и артериальная гипертензия 3-й степени. С учётом распространённости и социального значения последствий этих нозологий, планируемые результаты проекта, после проведения соответствующих прикладных исследований, будут иметь высокий потенциал выхода в практическую плоскость. Относительно молодой коллектив (средний возраст менее 38 лет, 6 из 10 участников моложе 39 лет) под руководством опытного и активно цитируемого учёного-токсинолога состоит из специалистов достаточно высокой квалификации, чтобы гарантировать получение заявляемых результатов мирового уровня и выхода не менее 9 публикаций, индексируемых в БД «Web of Science» и «Scopus».

Ожидаемые результаты
В результате выполнения предлагаемого проекта будут получены новые белки и пептиды, обладающие кардиопротекторными и гипотензивными свойствами, соответственно, и проведена оценка возможности их использования в качестве фундаментальной основы для создания кардиопротекторных и гипотензивных препаратов. Для достижения этого результата планируется выделение из ядов змей новых белков, обладающих кардтопротекторными свойствами, а также создание на базе ранее полученных из ядов змей и охарактеризованных пептидов ряда новых высоко селективных и эффективных аналогов. Биологическая активность полученных соединений будет исследована in vivo с использованием ряда моделей ССЗ. В частности, из ядов змей будут выделены аналоги белков альтернагина-С и васкулярных эндотелиальных факторов роста, для которых имеются указания на кардиопротекторную активность, и исследовано их кардиопртекторное действие при реперфузионном синдроме. Для этого на мелких грызунах будет создана соответствующая модель in vivo. С использованием этой же модели будет изучено действие селективных лигандов никотинового холинорецептора альфа7 типа в качестве кардиопротекторов. С целью создания более эффективных соединений на основе оригинальных брадикинин-потенцирующих пептидов, обнаруженных нами в яде гадюки Azemiops feae, будут синтезированы аналоги и исследована их гипотензивная активность. Будет проведено более детальное исследование обнаруженного нами ранее гипотензивного эффекта низкотоксичного токсина WTX и для локализации центра, отвечающего за гипотензивную активность, синтезированы его фрагменты. Гипотензивная активность соединений будет исследована на нормотензивных и гипертензивных крысах. С целью повышения стабильности и увеличения времени действия синтетические пептиды будут инкапсулированы в наноматериалы. Этот подход открывает перспективу перорального применения пептидов. Будут изучены молекулярные механизмы воздействия кардиотоксинов ядов кобр на сердце и сосуды и исследованы инотропные эффекты указанных выше соединений на папиллярной мышце сердца, а также сосудистые эффекты на кольцах грудной аорты. Одним из важных этапов данного проекта станут эксперименты in vivo, для которых будут использованы имеющиеся патологические модели (гипертензивные крысы, модель постишемической реперфузии), которые, при необходимости, будут адаптированы для исследования конкретных соединений. Исследования биологической активности in vivo будут выполняться сотрудниками Лаборатории биологических испытаний ФИБХ на базе Испытательного центра, имеющего международную AAALACi- аккредитацию по работе с лабораторными животными. Это одна из немногих лабораторий в мире, проводящих исследования на таком уровне. Коллектив участников проекта уже многие годы проводит на мировом уровне исследования, касающиеся биологической активности и структуры компонентов животных ядов. В связи с тематикой предлагаемого проекта нами впервые была продемонстрирована гипотензивная активность токсина WTX из яда кобры (Toxicon, 2005). Недавно нами опубликованы оригинальные структуры брадикинин-потенцирующих пептидов из яда редкой змеи Azemiops feae (Biomedicines, 2020). Эти, как и многие наши результаты, соответствуют уровню ведущих зарубежных лабораторий, проводящих исследования животных ядов. Поэтому можно полагать, что и результаты исследований, выполненные в рамках предлагаемого проекта и включающие идентификацию и характеристику новых пептидов и белков, а также определение их биологической активности, будут мирового уровня. Исследование механизма действия кардиотоксинов яда кобр, вызывающих нарушения сократительной активности сердца и сосудов, а также инотропных эффектов указанных выше соединений на папиллярной мышце сердца, а также сосудистых эффектов на кольцах грудной аорты станет существенным научным вкладом мирового уровня в понимание молекулярных механизмов регулирования сокращений сердечной мышцы и сосудов. Таким образом, основным научным результатом проекта будет идентификация и характеристика новых биоактивных пептидов и белков, обладающих гипотензивными и кардиопротекторными свойствами. В практическом аспекте успешное выполнение данного проекта приведет к созданию целого ряда оригинальных соединений, которые заложат фундаментальную основу для дальнейшего конструирования новых лекарственных средств для лечения таких угрожающих состояний сердечно-сосудистой системы, как реперфузионный синдром и артериальная гипертензия 3-й степени. С учётом распространённости и социального значения последствий этих нозологий, планируемые результаты проекта будут иметь высокий потенциал выхода в практическую плоскость после проведения соответствующих прикладных исследований.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Для выделения из ядов змей токсина WTX и аналогов альтернагина-С был использован подход, разработанный ранее участниками проекта и включающий три этапа жидкостной хроматографии. Первый этап – гель-фильтрация, позволяющая провести фракционирование соединений в зависимости от их молекулярной массы. Второй этап – ионообменная хроматография, при которой проводится фракционирование в зависимости от заряда молекулы, и третий этап - обращено-фазовая хроматография для разделения соединений по их полярности. Токсин WTX выделяли из яда кобры Naja kaouthia. Поскольку для выделения этого токсина адаптировали ранее использованные условия, в его полной структурной характеристике не было необходимости. Выделенный токсин по молекулярной массе соответствовал целевому продукту. Количество токсина, выделенное из 1200 мг яда, было достаточно для проведения запланированных экспериментов. Исследование влияния токсина WTX на артериальное давление гипертензивных крыс проведено на самцах крыс SHR (масса тела 230-250 г, Линия/Сток: SHR) В ходе эксперимента установлено, что внутривенная инъекция WTX в дозе 2 мг/кг индуцировала временное резкое снижение АД (более чем на 40%) в первую минуту после введения, после чего происходило постепенное плавное повышение, а через полчаса оно достигало исходных значений. Наблюдали также увеличение частоты сердечных сокращений (ЧСС), начавшееся с первой минуты введения, и достигший пика (11%) к пятой минуте. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в данных условиях WTX вызывает кратковременное сильное снижение АД и некоторое повышение ЧСС на период времени около 30 минут, после ЧСС плавно возвращается до исходных значений, а АД продолжает возрастать. Таким образом, токсин WTX оказывает существенное влияние на параметры гемодинамики наркотизированных гипертензивных крыс. Для более детальной фармакологической характеристики WTX исследовано его влияние на никотиновые холинорецепторы альфа9альфа10 типа. Установлено, что при концентрации 10 мкМ WTX не оказывал влияния на ток, индуцированный ацетилхолином в ооцитах Xenopus, экспрессирующих рецепторы альфа9альфа10 типа человека. По предварительным данным на линии клеток SH-SY5Y, экспрессирующих холинорецепторы альфа3 типа, WTX при концентрации 10 мкМ примерно на 30% ингибировал этот тип рецептора. Для выделения аналогов альтернагина-С использовали яд щитомордника Gloydius saxatilis. На первой стадии яд разделяли с помощью гель-фильтрации на колонке Superdex 75, и затем с использованием анионообменной хроматографии на колонке MonoQ 4.6/100 РЕ. В результате получены две фракции, которые по данным масс спектрометрии высокого разрешения содержат белки с молекулярными массами около 23.3 кДа, соответствующие массам известных гомологов альтернагина-С, в частности массе (23.1 кДа) белка «Disintegrin-like halysetin» из яда восточного щитомордника Gloydius halys, имеющего 87.2% идентичных остатков с альтернагином-С. Анализ выделенных белков методом LC-MS показал, что они являются аналогами альтернагина-С. Для анализа аминокислотных последовательностей были выбраны брадикинин-потенцирующие пептиды с известной биологической активностью и обладающие наибольшим сходством с нашими пептидами. На основании анализа предложено 5 вариантов замен аминокислотных остатков в наших пептидах: ZRPPRVYYPP (R-BPP-R), ZRPPGVKYPP (R-BPP-K), ZYLPPRPHYPP (Y-BPP-R), ZYLPPHPKYPP (Y-BPP-K) и ZYLPPRPKYPP (Y-BPP-KR). Пептиды синтезированы методом твердофазного пептидного синтеза и очищены методом обращено-фазной жидкостной хроматографии. Чистоту синтезированных пептидов подтверждали методом аналитической обращено-фазовой хроматографии, а структуру - методом масс спектрометрии. В результате синтезированы два исходных пептида и пять их аналогов. Для анализа кардиопротективной активности были выбраны D-аналоги L-6-бромогипафорина 6ND и 6ID, полученные в Отделе молекулярной нейроиммунной сигнализации ИБХ РАН и продемонстрировавшие более высокую активность как агонисты никотинового холинорецептора (нХР) типа α7, чем природный L-6-бромогипафорин. В опытах использовали самцов крыс аутбредной линии Sprague-Dawley возрастом 9-11 недель и массой 220-280 г. Животным воспроизводили острый инфаркт миокарда путем окклюзии левой коронарной артерии (ЛКА) с ее последующей реперфузией при искусственной вентиляции легких. Для оценки кардиопротективных свойств агонистов α7 нХР животных подвергали 30-минутной окклюзии ЛКА с последующей 90-минутной реперфузией. Кроме того, анализировали ионный состав крови до и после реперфузионного повреждения сердца. В момент снятия окклюдера, на первой минуте реперфузии крысам вводили внутривенно 6ND или 6ID в дозах 0,05 мг/кг. Установлено, что введение аналога 6ND на первой минуте реперфузии приводило к статистически достоверному снижению размера инфаркта до 26.8±11.5% от зоны риска по сравнению с контролем, в котором эта величина составила 43.2±8.8%. Введение 6ID также оказывало инфаркт-лимитирующее действие (33.3±12.3%), однако менее эффективно. Определение содержания электролитов в крови животных выявило изменение концентрации ионов калия и натрия после окклюзионно-реперфузионного повреждения. Так, в контрольной группе наблюдалось повышение уровня ионов калия на 19% относительно исходных значений и компенсаторное снижение ионов натрия на 4%, однако это изменение не было статистически значимым. Подобные изменения концентраций наблюдались в группе, получавшей 6ID, тогда как при введении 6ND изменения концентраций ионов были минимальными (снижение концентрации ионов натрия на 0,4 %), что свидетельствует о защитном действии соединения 6ND. Таким образом, результаты наших исследований позволяют сделать вывод, что введение агониста α7 нХР 6ND в раннем реперфузионном периоде уменьшает размер инфаркта миокарда, повышая резистентность кардиомиоцитов к ишемическим/реперфузионным повреждениям. Для анализа активности токсина WTX папиллярную мышцу (ПМ) правого желудочка готовили, используя сердца анестезированных крыс-самцов линии Вистар (масса тела 200-220 г). В ходе эксперимента регистрировали следующие параметры: сила сокращения, максимальное кратковременное увеличение силы сокращения в ответ на действие токсина и уровень диастолического напряжения (контрактуры). Аорту получали от анестезированных крыс-самцов Wistar (масса тела 200-220 г), помещали в раствор Тироде и очищали от жира и рыхлой соединительной ткани. Установлено, что токсин WTX в концентрации 0,1-10 мкМ вызывает небольшое снижение сократимости ПМ. WTX в концентрации в 1мкМ вызывал достоверное снижение эффекта потенциации паузой на 25±9% при её длительности в 2с, в то время, как на более продолжительных интервалах снижение нивелировалось 4±10% при 120с. Поскольку эффект потенциации паузой является качественным показателем содержания ионов Са2+ в саркоплазматическом ретикулуме, а также то, что при действии циклопиазоновой кислоты, ингибитора Са2+-АТФазы сарко/эндоплазматического ретикулума (SERCA 2A), происходит более выраженное снижение эффекта потенциации паузой именно на небольших длительностях, можно предположить, что WTX снижает активность SERCA 2A. WTX вызывал ускорение кинетических параметров сокращения, таких как время достижения максимума сокращения с 122±4 до 100±5; и с 99±2 до 93±1 мс при частоте стимуляции 0,1 и 3Гц, соответственно, а также время расслабления до уровня 50% от максимального с 68±4 до 56±4; и с 56±2 до 50±1 мс при частоте стимуляции 0,1 и 3Гц соответственно. WTX (1мкМ) не оказал влияния на эффекты изопротеренола (1мкМ), агониста бета-адренрецепторов, и ацетилхолина (10мкМ). Поскольку в опытах in vivo WTX демонстрировал гипотензивные эффекты было исследовано его влияние на тоническое напряжение колец грудной аорты крысы предсокращенных фенилэфрином, а также его влияние на вазорелаксантный эффект ацетилхолина 10 мкМ. WTX в концентрациях 0,1 и 1 мкМ не оказывал влияния на уровень тонического напряжения, вызванного фенилэфрином (10 мкМ) и на уровень вазодилатации, вызываемой ацетилхолином (10мкМ). Поскольку ранее было показано, что альтернагин-С влияет на регуляцию потоков кальция в мышцах сердца, что приводит к положительному инотропизму и хронотропизму, были исследованы кардиотоксины ядов кобр, влияющиt на кальциевый гомеостаз. Было изучено влияние кардиотоксинов СТХ-1 и СТХ-2 кобры Naja oxiana на сократительные параметры целого сердца крысы, перфузируемого по Лангендорфу. Исследования проводили на сердцах крысы линии Wistar весом 200-250г. Сердце быстро извлекалось из грудной клетки и канюлировалось через аорту для осуществления перфузии по Лангендорфу с гидростатическим давлением 70 мм рт. ст. Для измерения внутрижелудочкового давления в левый желудочек вставлялся небольшой латексный баллончик, соединенный катетером с датчиком давления. Оценивали уровень систолического внутрижелудочкового давления (СВЖД) и максимальный уровень конечного диастолического внутрижелудочкового давления (КДВЖД) то есть контрактуры, а также время достижения максимального уровня КДВЖД и время подавления сократительной активности левого желудочка (СВЖД менее 5 мм рт. ст.). При исследовании влияния токсинов на сократительную активность сердца было обнаружено, что оба токсина действовали сходным образом: после небольшого латентного периода в 6-8 минут у CTX-1 и 3-5 минут у CTX-2 происходил кратковременный рост систолического ВЖД до 103±4 мм рт. ст. под воздействием CTX-1 и до 123±14 мм рт. ст. под воздействием CTX-2, то есть сила сокращений левого желудочка увеличивалась немного более выраженно у СТХ-2, однако данное различие не было достоверным. Далее происходило снижение СВЖД вплоть до полной остановки сердца с одновременным ростом КДВЖД, который был значительно сильнее в случае CTX-2: 181±24 против 104±14 мм рт. ст. для CTX-1. Также следует отметить, что под воздействием CTX-1 для полного развития эффектов требовалось значительно больше времени, по сравнению с CTX-2. Так для подавления сократимости требовалось 676±13 и 413±35 с, а для достижения максимума КДВЖД 624±32 и 529±20 с для CTX-1 и CTX-2, соответственно. Таким образом, СТХ-1, относящийся к S-типу, обладает меньшей активностью, чем СТХ-2, относящийся к P-типу. По-видимому, более выраженная способность СТХ-2 нарушать липидный бислой in vitro приводит к его большей токсичности ex vivo.

 

Публикации

1. Цетлин В., Хауф И., Сафронова В., Серов Д., Шадармаршан П., Сон Л., Шелушина И., Кудрявцев Д., Крюкова Е., Кашеверов И., Нике А., Уткин Ю. Interaction of α9α10 nicotinic receptors with peptides and proteins from animal venoms Frontiers in Cellular Neuroscience, Том 15, Стр. 765541 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3389/fncel.2021.765541

2. Шайхутдинова Э.Р., Кондрахина А.Е., Иванов И.А., Кудрявцев Д.С., Дьяченко И.А., Мурашев А.Н., Цетлин В.И., Уткин Ю.Н. Синтетические аналоги 6-бромогипафорина, природного агониста никотиновых холинорецепторов, уменьшают реперфузионное повреждение сердца в модели ишемии миокарда у крыс Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, том 503, с. 138–143 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.31857/S2686738922020184


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Проведено детальное исследование эффективности цитизина (Cyt) и варениклина (Var), являющихся агонистами никотинового холинорецептора (нХР) α4β2 типа, в профилактике повреждения миокарда в условиях реперфузионного повреждения сердца крыс. Исследования проводили на модели острого инфаркта миокарда (ОИМ) у крыс Sprague-Dawley. В экспериментах использовали три группы животных, включавших контрольную группу, получавшую физиологический раствор хлорида натрия, а также группы Var и Cyt. Установлено, что размер инфаркта различался в контрольной и опытной группах. Так, введение Var или Cyt за 5 мин до окклюзии приводило к статистически значимому уменьшению размера инфаркта. Наши данные показывают, что антитабачные препараты цитизин и варениклин уменьшают реперфузионное повреждение сердца в модели ишемии миокарда у крыс. Эти соединения являются одобренными лекарственными средствами для лечения никотиновой зависимости и, следовательно, могут быть рекомендованы в качестве кардиозащитных средств. Однако необходимы испытания на людях, прежде чем эти соединения можно будет применять в качестве кардиозащитных средств. Ранее нами было показано, что токсин WTX, являющийся антагонистом нХР, снижает артериальное давление у крыс. Анализ имеющихся данных показал, что основной вклад во взаимодействие с нХР как и в случае других трех-петельных нейротоксинов вносит центральная петля токсина WTX. На основании этого были выбраны для синтеза два фрагмента центральной петли WTX (F1 и F2), ограниченные двумя остатками цистеина. Остатки цистеина добавлены для образования петлеобразной структуры. Эксперименты по влиянию фрагментов WTX на артериальное давление показали, что введение наркотизированным животным WTX F1 в дозе 1 мг/кг приводило к резкому падению давления и смерти животного. Доза 0,3 мг/кг вызывала снижение давления на 30-50% и гибель некоторых животных. При 0,1 мг/кг давление снижалось на 20-30%. Следует отметить, что вызванное WTX F1 снижение давления на возвращалось к исходному за все время наблюдения в течение 3 часов. Однако, после введения WTX в дозе 2 мг/кг давление возвращалось к нормальной величине в течение 10-20 мин. Проведено исследование активности WTX и синтетических фрагментов на культуре клеток нейробластомы человека SH-SY5Y, которые экспрессируют нХР, содержащие альфа3- и альфа7-субъединицы. Проведенные исследования показали, что и WTX, и его фрагменты ингибируют альфа3 никотиновый холинорецептор. Концентрации, вызывающие 50% ингибирование рецептора, составили 3 мкМ, 0,5 мкМ и 0,1мкМ для WTX, WTX F1 и WTX F2, соответственно. Т.е. фрагменты токсина оказались более активными, чем исходный токсин. Исследование влияние брадикинин-потенцирующих пептидов (БПП) на сократимость папиллярной мышцы и тоническое напряжение колец аорты крысы показало, что сам по себе БПП не оказывал заметного влияния на силу сокращения папиллярной мышцы. На его фоне брадикинин в концентрации 10 мкМ вызывал небольшой рост сократимости, который, однако, статистически значимо не отличался от эффекта брадикинина в контроле. В проведенных экспериментах БПП сам по себе не оказывал значимого влияния на тоническое напряжение колец аорты, при этом аппликация брадикинина в концентрации 100 нМ вызывала небольшое транзиентное увеличение напряжения. При предварительной обработке аорты в течение 20 минут БПП в концентрации 1 мкМ и 10мкМ рост напряжения составил 31±5% и 22±6%, соответственно. Таким образом, БПП потенцировал данный эффект. Далее тоническое напряжение через некоторое время возвращалось к исходному уровню. Для понимания молекулярных механизмов действия кардиотоксинов кобры Naja oxiana CTX-1 (S-тип) и CTX-2 (P-тип) на сердечно-сосудистую систему мы провели исследование влияния этих кардиотоксинов на сократимость папиллярных мышц (PM) и сокращение колец аорты (AR) в присутствии различных фармакологических препаратов. Было обнаружено, что СТХ-1 и СТХ-2 оказывали дозозависимые эффекты, проявляющиеся в контрактуре ПМ и сокращении АР. СТХ-2 сильнее, чем СТХ-1, нарушал функции ПМ и АР. Эффекты кардиотоксинов на PM были значительно уменьшены нифедипином, блокатором Ca2+ каналов L-типа, и KB-R7943, ингибитором обратного режима обмена Na+/Ca2+. Кроме того, 2-аминоэтоксидифенилборат, ингибитор депо-управляемого входа кальция, частично восстанавливал сократительную способность ПМ, поврежденную кардиотоксинами. Влияние кардиотоксинов на контрактуру AR было значительно уменьшено нифедипином и KB-R7943. Впервые показано участие обратного обмена Na+/Ca2+ в действии кардиотоксинов на аорту крыс. Полученные результаты свидетельствуют о том, что влияние кардиотксинов на ССС в основном связано с нарушением транспортных систем, ответственных за приток Са2+. Проведено исследование вазорелаксантного эффекта 5 кардиотоксинов с использованием колец аорты с нативным эндотелием, предсокращенных альфа1 адреномиметиком фенилэфрином. В дополнение к СТХ-1 и СТХ-2 изучали кардиотоксины СХ-1 (S-типа) кобры N. kaouthia, а также Nh-1 (S-типа) и Nh-2 (P-типа) кобры N. haje. Установлено, что только CX-1 оказывает достоверное вазорелаксантное действие, вызывая снижение сокращения на 45%, вместе с тем CTX-1 также показал тенденцию к проявлению данного эффекта (25%). Следует отметить, что транзиентный релаксантный эффект проявлялся только у CTX-2, достигая в некоторых экспериментах более 20%. Этот эффект достигал максимума через 10-15 минут после аппликации кардиотоксина. Вместе с тем обнаруженный нами эффект CX-1, отличался по своему характеру и развивался в течении 30-60 минут. Это позволяет предположить, что в его реализацию вовлечены альтернативные механизмы. В пользу этого предположения свидетельствует тот факт, что тенденция к вазорелаксации под воздействием CX-1 сохраняется на кольцах с удаленным эндотелием. Для проверки взаимосвязи концентрации внутриклеточного кальция и контрактуры были проведены исследования с использованием кардиомиоцитов. Чтобы определить воздействие кардиотоксинов, использовали измерение внутриклеточного Са2+ флуоресцентным кальций-чувствительным зондом Fura-2 и оценку формы клеток. Сравнительное исследование действия 5 кардиотоксинов, обсуждавшихся выше, на кардиомиоциты левого желудочка крысы показало, что при действии кардиотоксина после некоторого времени уровень внутриклеточного Са2+ начинает резко возрастать одновременно с этим кардиомиоцит начинает сокращение, которое затем переходит в гиперконтрактуру (ГК), далее клетка теряет характерную для нее структуру и уровень флуоресценции начинает снижаться, вследствие выхода красителя из клетки. CTX-2 и CX-1 вызывали ГК у 100% клеток, при этом для CTX-1 доля клеток с ГК составляла 89%, Nh-1и Nh-2 демонстрировали существенно меньшую способность вызывать ГК (18% и 7%, соответственно). Также следует отметить, что время наступления ГК и подъема внутриклеточного Са2+ было наименьшим для CTX-2, затем следовали CX-1 и CTX-1, Nh-2 и Nh-1 замыкали ряд. Для более точного сравнения активности токсинов нами были проведены опыты с другими концентрациями кардиотоксинов. Так, в концентрации 10 мкг/мл кардиотоксины CTX-2 и CX-1 вызывали ГК у 100% клеток, при этом для CTX-1 доля клеток с ГК составляла 24%. Время наступления ГК и подъема внутриклеточного Са2+ было наименьшим для CTX-2, незначительно больше для CX-1 и существенно больше для CTX-1, т.е. токсины CTX-2 и CX-1 весьма близки по своей способности вызывать ГК и Са2+ перегрузку в кардиомиоцитах и достоверно превосходят CTX-1. При сравнении токсинов Nh-2 и Nh-1, обладающих менее выраженными кардиотоксичскими свойствами, использовали более высокую концентрацию 100 мкг/мл. При этом кардиотоксин Nh-2 вызывал ГК у 100% клеток, а для Nh-1 доля клеток с ГК составляла 74%. Времена наступления ГК и подъема внутриклеточного Са2+ были существенно ниже для Nh-2, чем для Nh-1. Данные результаты позволяют сказать, что токсин Nh-2 превосходит по своей активности Nh-1. Обобщая полученные данные можно выстроить следующий ряд активности кардиотоксинов: CTX-2=CX-1>CTX-1>Nh-2>Nh-1.

 

Публикации

1. Аверин А.С., Гольтяев М.В., Андреева Т.В., Старков В.Г., Цетлин В.И., Уткин Ю.Н. S- and P-type cobra venom cardiotoxins differ in their action on isolated rat heart Journal of Venomous Animals and Toxins including Tropical Diseases, Том 28, Стр e20210110 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1590/1678-9199-JVATITD-2021-0110

2. Аверин А.С., Ненов М.Н., Старков В.Г., Цетлин В.И., Уткин Ю.Н. Effects of Cardiotoxins from Naja oxiana Cobra Venom on Rat Heart Muscle and Aorta: A Comparative Study of Toxin-Induced Contraction Mechanisms Toxins, том 14 стр. 88 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/toxins14020088

3. Аверин А.С., Тюрин Ф.В., Самодурова К.В., Старков В.Г., Андреева Т.В., Уткин Ю.Н. ЭФФЕКТЫ КАРДИОТОКСИНОВ КОБРЫ НА ПАПИЛЛЯРНОЙ МЫШЦЕ И СЕРДЦЕ КРЫСЫ, ПЕРФУЗИРУЕМОМ ПО ЛАНГЕНДОРФУ, НЕ СВЯЗАНЫ С ВЫБРОСОМ АДРЕНАЛИНА АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ, том 7, № 2, с. 280-285 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.29039/rusjbpc.2022.0515

4. Осипов А.В., Аверин А.С., Шайхутдинова Э.Р., Дьяченко И.А., Цетлин В.И., Уткин Ю. Н. МУСКАРИНОВЫЕ И НИКОТИНОВЫЕ ХОЛИНОРЕЦЕПТОРЫ В РЕГУЛЯЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ Биоорганическая химия, том 49, № 1, с. 3–22 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S0132342323010219


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Основываясь на данных протеомного анализа ядов гадюк (Kovalchuk et al., 2016), были предприняты попытки выделить васкулярный эндотелиальный фактор роста (VEGF) из ядов гадюки Никольского Vipera nikolskii и степной гадюки V. ursinii, оказавшиеся неудачными. Однако, были разработаны условия выделенияVEGF из яда шумящей гадюки Bitis arietans. Для выделения VEGF использовали анионообменною хроматографию и хроматографию на гепарин-содержащем носителе. Анализ выделенного белка методом масс-спектрометрии, что выделенный нами белок представляет собой VEGF бариетин, идентифицированный ранее в яде Bitis arietans. Проведена наработка белка, в настоящее время проводится определение его кардиопротекторной активности. Эксперименты по анализу кардиопротекторной активности синтетического фрагмента Ac-QVRPFLEVHERSA-NH2 васкулярного эндотелиального фактора (VEGF) провели на наркотизированных крысах (6 экспериментальных и 6 контрольных животных). После наступления наркоза животных подвергали операции и индуцировали инфаркт миокарда. После окклюзии продолжительностью в 40 минут вводили фрагмент VEGF в дозе 1 мг/кг. Продолжительность реперфузии составляла 90 мин. За 10 минут до окклюзии, во время окклюзии и реперфузии регистрировали электрокардиограммы (ЭКГ) и показатели гемодинамики. Анализ полученных данных показал, что размеры зоны инфаркта не отличались в эксперименте и контроле. Так установленная в контроле зона инфаркта оказалась равна 29,3% от зоны риска, а при введении пептида – 25,9%, однако разница статистически не достоверна. Также не выявлено различий в параметрах ЭКГ и показателях гемодинамики. Таким образом, не обнаружена кардиопротекторная активность пептида Ac-QVRPFLEVHERSA-NH2 в концентрации 1 мг/мл. В условиях, разработанных на предыдущем этапе выполнения проекта, проведено выделение препаративных количеств аналога альтернагина-С из яда каменистого щитомордника Gloydius saxatilis. Этот белок был назван глосаксин. Проведен анализ кардиопротекторной активности глосаксина в условиях реперфузионного повреждения сердца крыс. Модель острого инфаркта миокарда использовалась та же, что и на предыдущих этапах проекта. Глосаксин вводили внутривенно в дозе 0,5 мг/кг за 7 дней до проведения моделирования инфаркта и реперфузии сердца. Было использовано 8 животных в контроле и 8 – в опыте. При этом защитного действия глосаксина не обнаружено. Выбор дозы 0,5 мг/кг был основан на литературных данных для альтернагина-С и рыбы в качестве экспериментального животного и мог оказаться не оптимальным. Для выбора более оптимальных условий нами были проведены дополнительные эксперименты с различными дозами и временами введения препарата. Так для дозы 0,5 мг/кг исследовали времена введения за 4 и за 14 суток до инфаркта, для дозы 0,1 мг/кг исследовали времена введения за 4, 7 и 14 суток до инфаркта и для дозы 5 мг/кг – за 7 суток. Поскольку ранее было показано, что альтернагин-С индуцирует экспрессию фактора VEGF, определяли содержание фактора методом иммуноферментного анализа (ИФА). С этой целью в каждой временной точке каждой дозы отбирали образцы ткани левого желудочка сердца. Для каждой точки использовали 3 животных. Определение количества VEGF в гомогенатах ткани сердца проводили с помощью набора для ИФА. Результаты измерений показали отсутствие статистически достоверных различий между экспериментальными и контрольными животными. Поскольку не удалось обнаружить влияния глосаксина на содержание VEGF, исследование влияния глосаксина на сократимость папиллярной мышцы и тоническое напряжение колец аорты крысы не проводили. Проведено исследование взаимодействия глосаксина с никотиновыми холинорецепторами (нХР). Установлено, что глосаксин ингибирует связывание αBgt с мембранами Torpedo с величиной IC50, равной 50.9 мкМ. В концентрации 50 мкМ он ингибировал связывание αBgt с α7 нХР лишь на 20%. Были также проведены электрофизиологические эксперименты с использованием нейронного нХР подтипа α3β2, гетерологически экспрессированного в ооцитах лягушки. Глосаксин ингибировал ток, вызванный ацетилхолином, и ингибирование составляло примерно 20% при концентрации белка 100 мкМ. Следовательно, глосаксин является слабым анатагонистом нХР подтипа α3β2. Проведен анализ гипотензивной активности фрагментов WTX на бодрствующих крысах с использованием пептидов в дозах 0,3 и 1 мг/кг. Животных под наркозом подвергали операции по катетеризации общей сонной артерии и яремной вены с выводом концов катетеров на холку. После восстановительного периода в 24 часа животных подключали к установке «PowerLab» для регистрации артериального давления (АД) и частоты сердечных сокращений (ЧСС). WTXf1 и WTXf2 в дозах 1 мг/кг вызвали статистически значимое понижение АД до 47% и 18% от исходного уровня, соответственно. Через два дня после введения животные погибли. WTXf1 в дозе 0,3 мг/кг снижал АД на 35% на 5 минуте после введения. С 15 минуты АД восстановилось до первоначальных значений и не изменялось до конца записи. WTXf2 в дозе 0,3 мг/кг вызывал статистически значимое падение АД в 1-ю минуту после введения на 22%. С 10 минуты АД восстановилось до первоначальных значений и не изменялось до конца записи. WTXf1 при 0,3 мг/кг вызывал статистически значимое повышение ЧСС в первые минуты после введения. При введении WTXf2 в дозе 0,3 мг/кг статистически значимое отличие относительно контрольной группы наблюдалось на протяжении всей записи от момента введения вещества. Установлено, что введение WTXf1 и WTXf2 бодрствующим животным оказывает более кратковременный эффект, чем на наркотизированных крысах. Исследовано действие WTXf1 и WTXf2 на α9α10 нХР человека, гетерологически экспрессированные в ооцитах шпорцевой лягушки. Установлено, что пептиды примерно в 50 раз более эффективно ингибируют α9α10 нХР человека, чем токсин WTX. Было проведено несколько экспериментов с введением различных доз брадикинина крысам различных партий. Однако наблюдавшегося ранее статистически достоверного гипотензивного эффекта на уровне 20-30% обнаружить не удалость. Вследствие этого эксперименты с брадикинин-потенцирующими пептидами не проводились. Исследовано влияние гетеродимерной фосфолипазы А2 HDP-1 гадюки Никольского на папиллярную мышцу сердца (ПМ) и аорту крысы. Установлено, что HDP-1 увеличивала сократительную силу ПМ, при этом максимальное увеличение силы составило 42% при концентрации HDP-1 мкМ. Во всех экспериментах не наблюдалось контрактуры. Для изучения сосудорасширяющего действия HDP-1 проведены эксперименты на кольцах аорты крыс, предварительно сокращенных 10 мкМ фенилэфрина. Установлено, HDP-1 обладает сосудорасширяющим эффектом. Максимальный сосудорасширяющий эффект составил 57% при концентрации HDP-1 500 нМ. Таким образом, фосфолипаза А2 HDP-1 в широком диапазоне концентраций вызывала у ПМ длительный, стабильный во времени положительный инотропный эффект, не переходящий в контрактуру. Это первые данные о воздействия гетеродимерных фосфолипаз А2 настоящих гадюк на сердце и сосуды. Проведена инкапсуляция пептида WTXf1 в комплекс дендримера полиамидоамина (ПАМАМ) генерации G3.0 с сульфатированным полисахаридом фукоиданом. Методом УФ-спектроскопии установлено, что включение пептида в наноматериал составило менее 10%. Столь низкая эффективность инкапсуляции не позволила провести определение биологической активности инкапсулированного пептида. Проведен анализ полученных данных. В результате выполнения проекта установлено, что аналоги 6-бром-D-гипафорина и антитабачные препараты цитизин и варениклин, в число мишеней которых входят α4β2 нАХР, уменьшают реперфузионное повреждение сердца на крысиной модели ишемии миокарда. Последние два соединения, являющиеся лекарственными средствами, широко применяемыми для лечения никотиновой зависимости, могут быть предварительно рекомендованы в качестве кардиопротекторов. Однако необходимы доклинические исследования 6-бром-D-гипафорина и испытания на людях цитизина и варениклина, прежде чем эти соединения можно будет рекомендовать в качестве кардиозащитных средств.

 

Публикации

1. Аверин А.С., Бережнов А.В., Пименов О.Ю., Галимова М.Х., Старков В.Г., Цетлин В.И., Уткин Ю.Н. Effects of Cobra Cardiotoxins on Intracellular Calcium and the Contracture of Rat Cardiomyocytes Depend on Their Structural Types International Journal of Molecular Sciences, том 24, Стр. 9259 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/ijms24119259

2. Осипов А.В., Крюкова Е.В., Оджомоко Л.О., Шелухина И.В., Зиганшин Р.Х., Старков В.Г., Андреева Т.В., Цетлин В.И., Уткин Ю.Н. НОВЫЙ БЕЛОК, СОСТОЯЩИЙ ИЗ НЕКАТАЛИТИЧЕСКИХ ДОМЕНОВ МЕТАЛЛОПРОТЕИНАЗЫ ТИПА PIII, ИЗ ЯДА ЩИТОМОРДНИКА GLOYDIUS SAXATILIS ИНГИБИРУЕТ НИКОТИНОВЫЙ ХОЛИНОРЕЦЕПТОР Биоорганическая химия, - (год публикации - 2024)

3. Северюхина М.С., Измаилова А.М., Шайхутдинова Э.Р., Дьяченко И.А., Егорова Н.С., Мурашев А.Н., Цетлин В.И., Уткин Ю.Н. Synthetic Peptide Fragments of the Wtx Toxin Reduce Blood Pressure in Rats under General Anesthesia Doklady Biochemistry and Biophysics, Online ahead of print. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S1607672923700497

4. Шайхутдинова Э.Р., Северюхина М.С., Холошенко И.В., Гондаренко Е.А., Шелухина И.В., Крюкова Е.В., Измаилова А.М., Садовникова Е.С., Дьяченко И.А., Мурашев А.Н., Цетлин В.И., Уткин Ю.Н. Anti-smoking drugs cytisine and varenicline reduce cardiac reperfusion injury in rat model of myocardial ischemia Biochimie, Том 216, Стр. 108-119 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.biochi.2023.10.011

5. Кини Р.М., Уткин Ю.Н. Molecular Mechanisms of Animal Toxins, Venoms and Antivenoms International Journal of Molecular Sciences, Том 24, Номер 22, Стр. 16389 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/ijms242216389


Возможность практического использования результатов
не указано