Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Ионы кальция (Ca²⁺) регулируют широкий спектр физиологических процессов в клетках человека и других млекопитающих, таких как внутриклеточная передача сигнала от поверхностных рецепторов, сокращение сердечной, скелетной и гладкой мускулатуры, синаптическая передача, иммунные реакции, а также баланс между выживанием и гибелью клеток. Нарушение кальциевого сигналлинга связаны с множеством патологических состояний. В патогенезе неврологических расстройств нарушение гомеостаза Ca²⁺ способствует эксайтотоксичности, накоплению бета-амилоидов и синаптической дисфункции. В раковых клетках ионы Ca²⁺ влияют на пролиферацию опухоли, миграцию и устойчивость к апоптозу. При сердечно-сосудистой дисфункции нарушение Ca²⁺-сигналинга в кардиомиоцитах приводит к аритмиям и сердечной недостаточности, а дефекты Ca²⁺-сигналинга в иммунных клетках - к иммунодефицитам и аутоиммунным заболеваниям. Понимание молекулярных механизмов динамики ионов Ca²⁺ в различных типах клеток является важнейшим звеном в прояснении механизмов возникновения данных патологий и поиске потенциальных терапевтических стратегий. Метод оптогенетики, изначально разработанный для управления возбудимыми клетками с помощью света, представляет собой возможность изменять концентрации ионов в клетке с помощью экспрессии на плазматической мембране светочувствительных белков семейства микробных родопсинов. В предыдущем исследовании нами был разработан новый подход к использованию метода оптогенетики для высокоточного контроля рН цитозоля клеток человека с помощью экспрессии в плазматической мембране клеток родопсинов - протонных помп. Попутно была обнаружена взаимосвязь между оптогенетическим изменением рН цитозоля и концентрацией Ca²⁺ в клетке. Данный проект направлен на всестороннее изучение обнаруженного нами явления - изменения концентрации кальция в цитозоле клеток при оптогенетическом защелачивании цитозоля. Основной целью данного проекта является прояснение механизма гибели клеток при оптогенетическом защелачивании цитозоля, которое также было показано ранее в литературе. В ходе работы над проектом были получены необходимые генетические конструкции и отработана методика наблюдения динамики кальция в цитозоле, ЭПР, митохондриях клеток человека при помощи флуоресцентных белковых сенсоров в реальном времени во время оптогенетического эксперимента. Само явление оптогенетического изменения концентрации кальция было показано нами на широком диапазоне клеточных линий, в то числе на первичных культурах астроцитов, а также на культурах иммунных клеток. В ходе исследования также было показано изменение концентрации кальция в митохондриях клеток а также изучено воздействие на уровень кальция освещения светодиодом различной длительности, повторяющегося освещение, освещения в импульсном режиме. Также в ходе работы над проектом было обнаружено повышение концентрации активных форм кислорода при длительном оптогенетическом защелачивании цитозоля. Нарастание количества активных форм кислорода было показано в митохондриях и цитозоле клеток. Данный результат особенно важен, т.к. лавинообразное нарастание концентрации активных форм кислорода может являться триггером или эффекторным механизмом процесса клеточной гибели. Разработанный в ходе работы над проектом оптогенетический подход к контролю рН цитозоля и опосредованному контролю концентрации кальция и активных форм кислорода является важным для понимания взаимосвязи этих базовых физиологических параметров в здоровой клетке, а также роли нарушения баланса этих параметров в патогенезе сердечно-сосудистых, нейродегенеративных, аутоиммунных заболеваний, иммунодефицитов и рака.