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 23-25-00056

НазваниеАктивные формы кислорода: роль в регуляции тонуса системных артерий в период раннего постнатального онтогенеза

РуководительШвецова Анастасия Алексеевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова», г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2024 г.

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-104 - Физиология

Ключевые словаактивные формы кислорода, артерии, онтогенез, гладкая мышца, эндотелий, регуляция сосудистого тонуса

Код ГРНТИ34.39.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на выявление вазомоторной роли эндогенных активных форм кислорода (АФК) в артериях большого круга кровообращения в период раннего постнатального онтогенеза. АФК, молекулы с высокой реакционной способностью, на протяжении многих лет рассматривались в качестве негативных регуляторов, оказывающих пагубное влияние на функционирование многих систем, в том числе и сердечно-сосудистой. Действительно, развитие ряда сердечно-сосудистых заболеваний связывают с избыточной продукцией АФК. Новорожденный организм при переходе от плацентарного дыхания к легочному резко сталкивается с высоким количеством кислорода в окружающей среде, что повышает риск окислительного стресса. Гиперпродукция АФК в таком случае часто сопровождается развитием персистирующей легочной гипертензии новорожденных. В то же время, показано, что АФК обладают важной регуляторной ролью в тех же легочных сосудах новорожденных. Перераспределение кровотока к легким в момент рождения происходит за счет двух процессов, происходящих единовременно: снижения сопротивления легочных сосудов и сокращения артериального протока, соединяющего легочный ствол и аорту плода. Доказано, что данные процессы происходят с участием АФК. Тем не менее, практически ничего не известно о вазомоторной роли АФК в сосудах большого круга кровообращения, играющих ключевую роль в регуляции системного артериального давления, в период раннего постнатального онтогенеза, что определяет научную новизну предполагаемого проекта. Важно отметить, что и уровень системного артериального давления, и механизмы регуляции тонуса артерий у новорожденных в значительной степени отличаются от таковых у взрослых животных. Более того, исследования последних лет продемонстрировали важную регуляторную роль АФК в процессах роста и пролиферации клеток сосудов – процессах, активно протекающих в организме на ранних этапах постнатального онтогенеза. В то же время для нивелирования пагубных последствий окислительного стресса новорожденных в клинике применяют антиоксидантную терапию. Неизвестно, как такая терапия может повлиять на развитие сердечно-сосудистой системы и функционирование ее системного отдела. Таким образом, данный проект является актуальным как с фундаментальной, так и с практической точек зрения. При решении задач проекта будет использован комплекс современных функциональных, биохимических и молекулярно-биологических методик, что позволит составить наиболее полную картину физиологической роли АФК в регуляции тонуса артерий большого круга кровообращения у молодого организма по сравнению со взрослым.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения данного Проекта будет впервые комплексно охарактеризована роль эндогенных АФК в регуляции тонуса артерий большого круга кровообращения в период раннего постнатального онтогенеза. По нашим предварительным данным, АФК, продуцируемые NADPH-оксидазами (NOX), обладают выраженным просократительным влиянием в подкожной артерии (артерии системного кровообращения) 12-15-дневных крысят, но не взрослых крыс (см Файл с дополнительной информацией 1). В ходе выполнения ПЕРВОЙ ЗАДАЧИ данного Проекта мы планируем сравнить функциональный вклад АФК, продуцируемых как NADPH-оксидазами, так и другими важными ферментами в клетках сосудов – супероксиддисмутазами (SOD), в регуляцию тонуса артерий взрослых животных и животных на ранних этапах постнатального онтогенеза. Мы ожидаем, что вклад этих АФК будет различаться между взрослыми животными и крысятами. В рамках ВТОРОЙ ЗАДАЧИ Проекта мы планируем оценить, в каких клетках сосуда – гладкомышечных или эндотелиальных (или же и тех, и других) реализуется вазомоторное влияние АФК. Затем, при выполнении ТРЕТЬЕЙ и ЧЕТВЕРТОЙ ЗАДАЧ будет проведен поиск внутриклеточных сигнальных путей, опосредующих эффекты АФК в эндотелии и/или гладкой мышце. Мы ожидаем, что этими путями могут быть путь NO в эндотелии и путь Rho-киназы в гладкомышечных клетках, поскольку (1) влияние АФК на эти мишени показано в литературе для взрослого организма, (2) а также известно, что функциональный вклад обоих путей более выражен в сосудах организма в период раннего постнатального онтогенеза. Результаты экспериментов на изолированных сосудах будут дополнены молекулярно-биологическими исследованиями ПЯТОЙ ЗАДАЧИ Проекта, целью которой является сравнение экспрессии мРНК и содержания белка изоформ NOX и SOD в артериях крысят и взрослых крыс. Наконец, выполнение ШЕСТОЙ ЗАДАЧИ Проекта позволит нам оценить продукцию АФК в сосудах крыс разного возраста. Мы полагаем, что степень выраженности вазомоторной роли АФК, продуцируемых тем или иным ферментом, будет коррелировать как с их экспрессией/содержанием, так и с активностью. Полученные данные могут стать основой для разработки более корректных подходов к нивелированию последствий окислительного стресса у новорожденных («oxygen radical disease in newborn»). Отметим, что в настоящее время применяемая в клинике антиоксидантная терапия не учитывает особенности вазомоторной и регуляторной роли АФК в системных сосудах новорожденных ввиду неизученности данного вопроса. Очевидно, что адекватное кровоснабжение органов является условием для их правильного функционирования и развития, особенно в новорожденном организме, поэтому необходимо глубокое понимание как можно большего числа механизмов регуляции тонуса сосудов, в частности, опосредуемых АФК.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
На протяжении многих лет активные формы кислорода (АФК) рассматривались как негативные регуляторы функционирования сердечно-сосудистой системы. Действительно, в больших количествах АФК способствуют развитию ряда сердечно-сосудистых заболеваний, чему посвящено большое количество обзоров в мировой литературе (Incalza et al., 2018; Wedgwood et al., 2019; Zhang et al., 2020). Тем не менее, в последние годы не вызывает сомнений, что в «умеренном» количестве АФК обладают важной регуляторной ролью в системе кровообращения. Так, показано, что АФК способствуют дифференцировке и созреванию клеток сосудов (Clempus et al., 2007; Mittal et al., 2015; Chen et al., 2017), а также участвуют в регуляции тонуса сосудов (Knock, 2019; Tejero et al., 2019). Последнее изучено достаточно подробно, но лишь для взрослого организма. Вместе с тем, известно, что механизмы регуляции тонуса сосудов в периоде раннего постнатального онтогенеза обладают целым рядом особенностей по сравнению со взрослым (Gaynullina et al., 2019; Shvetsova et al., 2021). Несмотря на этот факт, вазомоторная роль АФК в резистивных сосудах большого круга кровообращения, играющих ключевое значение в регуляции системного артериального давления, в период раннего постнатального онтогенеза практически не изучена. В рамках первого года работы по настоящему Проекту удалось впервые оценить вклад основных АФК-продуцирующих ферментов – NADPH-оксидаз (NOXs) и супероксиддисмутаз (SODs), в регуляцию тонуса артерии большого круга кровообращения (подкожной артерии) у животных (крыс) в раннем постнатальном периоде. Нам удалось показать, что продуцируемые NOXs АФК обладают выраженным проконстрикторным влиянием в артериях 12-15-дневных крысят, но не взрослых крыс, что связано с большим количеством фермента в сосудах в период раннего постнатального онтогенеза. Примечательно, что это влияние реализуется на уровне гладкомышечных, а не эндотелиальных клеток подкожной артерии. Полученные нами результаты позволяют также предположить, что продуцируемый Cu,Zn-супероксиддисмутазами пероксид водорода также обладает проконстрикторным влиянием в сосудах крысят, но не взрослых крыс. При этом данное влияние обнаруживается лишь в условиях отсутствия эндотелия, что указывает на его модулирующее действие в отношении вазомоторной роли продуцируемого Cu,Zn-SODs пероксида водорода. Таким образом, в рамках реализации Проекта за первый год мы показали, что вазомоторная роль продуцируемых NOXs и SODs АФК в период раннего постнатального онтогенеза существенно выше, чем во взрослом возрасте. Эти принципиально новые данные необходимо учитывать ввиду широко применяемой антиоксидантной терапии новорожденных (Jankov et al., 2001; Lee and Davis, 2011). СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К РАЗДЕЛУ 1.5: 1. Incalza MA, D’Oria R, Natalicchio A, Perrini S, Laviola L, Giorgino F (2018) Oxidative stress and reactive oxygen species in endothelial dysfunction associated with cardiovascular and metabolic diseases. Vascul Pharmacol 100:1–19. https://doi.org/10.1016/j.vph.2017.05.005 2. Wedgwood S, Steinhorn RH, Lakshminrusimha S (2019) Optimal oxygenation and role of free radicals in PPHN. Free Radic Biol Med 142:97–106. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2019.04.001 3. Zhang Y, Murugesan P, Huang K, Cai H (2020) NADPH oxidases and oxidase crosstalk in cardiovascular diseases: novel therapeutic targets. Nat Rev Cardiol 17:170–194. https://doi.org/10.1038/s41569-019-0260-8 4. Mittal M, Urao N, Hecquet CM, Zhang M, Sudhahar V, Gao XP, Komarova Y, Ushio-Fukai M, Malik AB (2015) Novel role of reactive oxygen species-activated trp melastatin channel-2 in mediating angiogenesis and postischemic neovascularization. Arterioscler Thromb Vasc Biol 35:877–887. https://doi.org/10.1161/ATVBAHA.114.304802 5. Chen C, Li L, Zhou HJ, Min W (2017) The role of NOX4 and TRX2 in angiogenesis and their potential cross-talk. Antioxidants 6:. https://doi.org/10.3390/antiox6020042 6. Clempus RE, Sorescu D, Dikalova AE, Pounkova L, Jo P, Sorescu GP, Lassègue B, Griendling KK (2007) Nox4 is required for maintenance of the differentiated vascular smooth muscle cell phenotype. Arterioscler Thromb Vasc Biol 27:42–48. https://doi.org/10.1161/01.ATV.0000251500.94478.18 7. Tejero J, Shiva S, Gladwin MT (2019) Sources of vascular nitric oxide and reactive oxygen species and their regulation. Physiol Rev 99:311–379. https://doi.org/10.1152/physrev.00036.2017 8. Knock GA (2019) NADPH oxidase in the vasculature: Expression, regulation and signalling pathways; role in normal cardiovascular physiology and its dysregulation in hypertension. Free Radic Biol Med 145:385–427. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2019.09.029 9. Gaynullina DK, Schubert R, Tarasova OS (2019) Changes in endothelial nitric oxide production in systemic vessels during early ontogenesis—A key mechanism for the perinatal adaptation of the circulatory system. Int J Mol Sci 20:1–12. https://doi.org/10.3390/ijms20061421 10. Shvetsova AA, Gaynullina DK, Tarasova OS, Schubert R (2021) Remodeling of Arterial Tone Regulation in Postnatal Development: Focus on Smooth Muscle Cell Potassium Channels. Int J Mol Sci 22:5413. https://doi.org/10.3390/ijms22115413 11. Jankov RP, Negus A, Keith Tanswell A (2001) Antioxidants as therapy in the newborn: Some words of caution. Pediatr Res 50:681–687. https://doi.org/10.1203/00006450-200112000-00009 12. Lee JW, Davis JM (2011) Future applications of antioxidants in premature infants. Curr Opin Pediatr 23:161–166. https://doi.org/10.1097/MOP.0b013e3283423e51

Публикации

1. Швецова А.А., Борзых А.А., Кузьмин И.В., Кирюхина О.О., Селиванова Е.К., Гайнуллина Д.К., Тарасова О.С. ФИЗИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ САМОК КРЫС ВО ВРЕМЯ БЕРЕМЕННОСТИ ПРИВОДИТ К УВЕЛИЧЕНИЮ СОКРАТИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ АРТЕРИЙ ПОЧКИ НОВОРОЖДЕННОГО ПОТОМСТВА Рецепторы и внутриклеточная сигнализация. Сборник статей., Том 1, стр. 120-125 (год публикации - 2023)

2. Швецова А.А., Гайнуллина Д.К., Тарасова О.С. РОЛЬ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА В РЕГУЛЯЦИИ ТОНУСА КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ В ПЕРИНАТАЛЬНОМ И РАННЕМ ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, - (год публикации - 2023)