Ассоциированные с митохондриями мембраны: роль в нарушении ионного гомеостаза и мишень для терапии мышечной дистрофии Дюшенна

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 проекта 23-75-10006

НазваниеАссоциированные с митохондриями мембраны: роль в нарушении ионного гомеостаза и мишень для терапии мышечной дистрофии Дюшенна

Руководитель Дубинин Михаил Васильевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Марийский государственный университет" , Республика Марий Эл

Конкурс №85 - Конкурс 2023 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-401 - Молекулярная и клеточная медицина

Ключевые слова мышечная дистрофия Дюшенна, митохондрии, саркоплазматический ретикулум, ионы кальция, митохондриальная пора, апоптоз, ионный транспорт, терапия

Код ГРНТИ76.03.29; 76.03.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Миодистрофия Дюшенна (МДД) – наследственное заболевание, вызванное мутациями в гене, кодирующем белок дистрофин. Это одна из самых частых форм мышечных дистрофий – МДД диагностируют в среднем у 1 из 3,5-5 тысяч мальчиков. Патология характеризуется прогрессирующей мышечной слабостью, проявляется в раннем детстве и приводит к неспособности ходить уже во втором десятилетии жизни. При МДД отмечено поражение скелетной, сердечной и гладкомышечной мускулатуры, пищеварительной и выделительной систем, однако именно скелетная мускулатура поражается в первую очередь. Более чем у 90% пациентов в возрасте 18 лет, страдающих МДД, наблюдаются признаки кардиомиопатии, которая чаще всего становится основной причиной смерти. В настоящее время продолжаются клинические исследования, направленные на создание генной терапии, позволяющей восстановить нормальную экспрессию дистрофина, что может рассматриваться в качестве единственного пути настоящего лечения этой патологии. Однако такие подходы зачастую сталкиваются с множественными техническими проблемами и могут быть эффективны лишь при раннем начале терапии, до необратимого замещения мышечной ткани соединительной тканью. В связи с этим большое внимание уделяется коррекции вторичных эффектов МДД. Многочисленные исследования на модельных животных, представляющих собой приближенную патологическую модель МДД, а также биоптатах и аутоптатах тканей пациентов, страдающих этими патологиями, свидетельствуют о возможности коррекции патологии путем нормализации или, по крайней мере, улучшения гомеостаза ионов кальция, приводящего к более щадящему течению заболевания. За последние годы, в том числе при участии нашего коллектива, достигнут значительный прогресс в понимании роли внутриклеточных органелл, а именно саркоплазматического ретикулума и митохондрий, в нарушении кальциевого гомеостаза мышечных клеток. Выявлены перспективные мишени в этих органеллах, которые могут быть использованы для терапии МДД и, учитывая известную общность подобных патологий, других типов миопатий. Мнение ведущих исследовательских групп сводится в необходимости комплексной оценки функционирования саркоплазматического ретикулума и митохондрий мышечных клеток при этой патологии. В связи с этим, продолжая наши изыскания, настоящий проект будет сфокусирован на выяснении роли ассоциированных с митохондриями мембран, обеспечивающих функциональную взаимосвязь саркоплазматического ретикулума и митохондрий, в развитии МДД и поиске конкретных мишеней в этом регионе мышечных клеток, которые могут быть использованы для коррекции МДД и других подобных патологий. Для этого в проекте планируется оценить структуру и функционирование так называемых МАМ (mitochondria-associated membranes) контактов скелетных мышц и сердца при дистрофии Дюшенна на модели дистрофин-дефицитных мышей линии mdx. В этом случае также будет впервые изучено влияние фармакологических модуляторов одних из основных структурных компонентов МАМ-контактов и, в частности, инозитолтрифосфатного рецептора (IP3R) саркоплазматической мембраны, потенциал-зависимых анионных каналов (VDAC) внешней мембраны митохондрий и шаперона GRP75 (glucose-regulated protein 75), обеспечивающего физическую связь IP3R и VDAC и их функциональное сопряжение. Предварительные данные свидетельствуют об изменении характера IP3R-GRP75 и IP3R-VDAC взаимодействий в скелетных мышцах и сердце при развитии МДД. Наконец, в проекте планируется впервые оценить влияние терапии, связанной с восстановлением уровня дистрофина в тканях модельных животных, на функциональное состояние МАМ-контактов и сопутствующие этой патологии дефекты в системах, регулирующих гомеостаз ионов кальция. Это позволит предложить новые подходы для снижения интенсивности деструктивных процессов и улучшения функции мускулатуры больных, страдающих МДД и другими формами миопатий, а также закрепит приоритет нашей страны в области исследования причин быстрого прогрессирования врожденных и приобретённых мышечных патологий.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Согласно поставленным в проекте задачам, за отчетный период было изучено влияние ингибиторов VDAC-каналов митохондрий (VBIT-4 и TRO19622) на функциональные параметры митохондрий, ультраструктуру мышечных тканей и состояние МАМ-контактов у дистрофин-дефицитных мышей линий mdx и DmdDel8-34/DBA, а также исследованы механизмы действия производного родацианина MKT-077 на изолированные митохондрии скелетных мышц. Впервые проведены исследования на новой линии дистрофин-дефицитных мышей DmdDel8-34/DBA, которые демонстрируют более тяжелый фенотип по сравнению с mdx-мышами, включая выраженный фиброз и митохондриальную дисфункцию. Установлено, что митохондрии скелетных мышц дистрофин-дефицитных мышей характеризуются кальциевой перегрузкой, снижением эффективности дыхания и окислительного фосфорилирования, а также увеличением активности кальций-зависимых протеаз (кальпаинов). VBIT-4 снизил кальциевую перегрузку митохондрий у мышей линии DmdDel8-34/DBA с тяжелым фенотипом дистрофии Дюшенна, что сопровождалось улучшением их способности аккумулировать внешние добавки ионов кальция и снижением активности кальпаинов. В этом случае активность кальпаинов снизилась и в ткани, что может свидетельствовать о смягчении протеотоксического стресса под действием VBIT-4. Однако VBIT-4 не оказал аналогичного эффекта на мышей линии mdx с более мягким фенотипом патологии. TRO19622 не повлиял на кальциевый гомеостаз и функциональные параметры митохондрий. Ни один из ингибиторов не изменил уровень маркера окислительного стресса 4-HNE, что указывает на сохранение высокой интенсивности окислительных процессов. В митохондриях сердца у mdx-мышей сохранялась повышенная функциональная активность, тогда как у Dmd-мышей отмечалось снижение эффективности окислительного фосфорилирования и кальциевой емкости. Электронно-микроскопический анализ выявил выраженные дегенеративные изменения в скелетных мышцах дистрофин-дефицитных мышей, включая нарушение организации саркомеров и повреждение митохондрий. VBIT-4 улучшил морфологию митохондрий у Dmd-мышей, увеличив их количество и снизив признаки повреждения, но не восстановил ультраструктуру мышечных волокон. TRO19622 не оказал значимого влияния на ультраструктуру мышц. У контрольных животных оба ингибитора вызвали перестройку митохондриального аппарата, что может указывать на адаптационные изменения. Исследование МАМ-контактов показало, что у mdx-мышей их площадь увеличилась в 1,5 раза по сравнению с контролем, тогда как у Dmd-мышей она снизилась. VBIT-4 уменьшил площадь МАМ-контактов у mdx-мышей до уровня контрольных животных, что может быть связано с модуляцией кальциевого транспорта. TRO19622 не повлиял на МАМ-контакты. При этом ни один из ингибиторов не изменил уровень белка VDAC1 или экспрессию генов, кодирующих ключевые компоненты МАМ-контактов (IP3R1 и GRP75), что указывает на посттрансляционные механизмы их действия. Оценка стресса саркоплазматического ретикулума (СПР) выявила повышение уровня белка GRP78 у дистрофин-дефицитных мышей. VBIT-4 снизил экспрессию GRP78 у Dmd-мышей, что свидетельствует об уменьшении стресса СПР. TRO19622 не оказал влияния на этот параметр. VBIT-4 вызвал достоверное снижение уровня фиброза у дистрофин-дефицитных животных, что было наиболее выражено в случае Dmd-мышей и сопровождалось увеличением силы хвата этих животных, однако эффект нивелировался после физической нагрузки. TRO19622 не изменил функциональные параметры животных. Исследование MKT-077 выявило его дозозависимое подавление потребления кислорода изолированными митохондриями и снижение мембранного потенциала, что связано с ингибированием комплексов I и II дыхательной цепи. Соединение также снижало способность митохондрий аккумулировать ионы кальция и проявляло двойственное влияние на продукцию АФК: антиоксидантное при 1 мкМ и прооксидантное при 5 мкМ. Полученные данные свидетельствуют о дифференцированном влиянии модуляции VDAC-каналов на митохондриальную функцию в зависимости от типа ткани и тяжести патологии, а также подчеркивают перспективность дальнейшего изучения механизмов действия модуляторов митохондриальных транспортных систем. Все поставленные в отчетный период задачи выполнены. По результатам этапа опубликованы 3 статьи (включая журналы Q1), представлено 2 доклада на конференциях (устный и стендовый).

Публикации

1. Дубинин М.В., Степанова А.Е., Игошкина А.Д., Михеева И.Б., Таланов Е.Ю., Черепанова А.А., Белослудцев К.Н. Effect of 2-Aminoethoxydiphenyl Borate on the State of Skeletal Muscles in Dystrophin-Deficient mdx Mice Frontiers in bioscience (Landmark edition), Vol. 29(12), 428 (год публикации - 2024)
10.31083/j.fbl2912428

2. Дубинин М.В., Михеева И.Б., Степанова А.Е., Михеева И.Б., Сушенцов Д.В., Шарапов В.А., Черепанова А.А., Лоскутов В.В., Белослудцев К.Н. MKT-077 normalizes mitochondrial function and mitigates cardiac pathology in mdx mice Biocell, Vol. 48(12), 1815-1825 (год публикации - 2024)
10.32604/biocell.2024.058068

3. Дубинин М.В., Игошкина А.Д., Хорошавина Е.И., Степанова А.Е., Михеева И.Б., Белослудцев К.Н. Влияние производного родацианина mkt-077 на дисфункцию митохондрий скелетных мышц дистрофин-дефицитных mdx-мышей Генетика и биоэнергетика клетки - основа современной медицины и биотехнологии. Сборник материалов международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию со дня рождения Василия Николаевича Попова, Генетика и биоэнергетика клетки - основа современной медицины и биотехнологии. Сборник материалов международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию со дня рождения Василия Николаевича Попова. Воронеж, 2024. С. 37-41. (год публикации - 2024)

4. Дубинин М.В., Степанова А.Е., Михеева И.Б., Игошкина А.Д., Черепанова А.А., Таланов Е.Ю., Хорошавина Е.И., Белослудцев К.Н. Reduction of Mitochondrial Calcium Overload via MKT077-Induced Inhibition of Glucose-Regulated Protein 75 Alleviates Skeletal Muscle Pathology in Dystrophin-Deficient mdx Mice International Journal of Molecular Sciences, Vol. 25(18), 9892 (год публикации - 2024)
10.3390/ijms25189892

5. Игошкина А.Д., Попёнова Т.А., Шарапов В.А., Поликарпова А.В., Логинов В.А., Егорова Т.В., Дубинин М.В. Влияние ингибитора VDAC канала митохондрий vbit-4 на функцию органелл и состояние скелетных мышц в новой модели дистрофин-дефицитных мышей Dmddel8-34/DBA Х Российская, с международным участием, конференция по управлению движением: Сборник тезисов, Х Российская, с международным участием, конференция по управлению движением. Сочи, 2025. С. 67. (год публикации - 2025)