Моделирование холестаза in vitro и in vivo: изучение эффектов желчных кислот как основных модификаторов энергетических функций митохондрий печени при холестазе

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 25-24-00030

НазваниеМоделирование холестаза in vitro и in vivo: изучение эффектов желчных кислот как основных модификаторов энергетических функций митохондрий печени при холестазе

Руководитель Самарцев Виктор Николаевич, Доктор биологических наук

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

Конкурс №102 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-204 - Биофизика

Ключевые слова холестаз, желчные кислоты, митохондрии печени, окислительное фосфорилирование, разобщение, детергентное действие, активные формы кислорода

Код ГРНТИ34.15.35

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут получены следующие значимые результаты: 1. Будет определено, в каком соотношении разобщение желчными кислотами окислительного фосфорилирования связано с их возможным протонофорным, ионофорным и детергентным эффектами на внутреннюю мембрану митохондрий. 2. При проведении сравнительных исследований будет установлено, как влияют желчные кислоты на дыхание, окислительный синтез АТР и состояние мембран митохондрий: 1) в средах инкубации различного ионного состава; 2) в присутствии амфифильных соединений способных изменять плотность отрицательных зарядов на поверхности мембран и некоторых метаболитов энергетического обмена; 3) при инкубации органелл с бычьим сывороточным альбумином. 3. Будет выяснено, способны ли желчные кислоты ингибировать образование активных форм кислорода в митохондриях, как это характерно для протонофорных разобщитей. 4. Будут определены оптимальные условия моделирования холестаза in vivo. Путем моделирования холестаза in vivo будут выяснены механизмы нарушений дыхания, окислительного синтеза АТР и состояния мембран митохондрий при развитии холестаза и роль желчных кислот в развитии этих нарушений. 5. Будет создан метод, позволяющий дать количественную оценку распределения желчных кислот между изолированными митохондриями и водной фазой среды инкубации при сохранении функциональной активности этих органелл. 6. Будут выяснено, как эффекты различных желчных кислот на окислительное фосфорилирование митохондрий зависят от их физико-химических свойств: степени гидрофобности, критической концентрации образования мицелл, количества и ориентации гидроксильных групп стероидного ядра, а также от величины их распределения между митохондриями и водной фазой среды инкубации. Таким образом, при выполнении настоящего проекта будут получены новые важные научные данные о молекулярных механизмах действия желчных кислот, как основных модификаторов энергетических функций митохондрий печени при холестазе. Важным результатом проекта будет создание алгоритмов, позволяющий предсказать структуры модифицированных желчных кислот и других стероидных соединений, способных в различной степени влиять на функциональное состояние митохондрий, как одного из перспективных направлений создания новых лекарственных средств при лечении заболеваний печени. Поставленные в работе задачи могут быть выполнены на экспериментальной базе лаборатории и сравнимы с задачами, решаемыми в других ведущих лабораториях мира. Коллектив имеет большой опыт работы связанной с изучением функционального состояния изолированных митохондрий и располагает для решения поставленных задач необходимым оборудованием. Результаты работы будут опубликованы в форме 3 статей в высокорейтинговых зарубежных и ведущих российских журналах, индексируемых в базах данных WOS и Scopus.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2025 г. в соответствии с планом работы были проведены исследования, связанные с моделированием холестаза in vitro. Основными объектами исследования были митохондрии печени крыс, изолированные общепринятым методом дифференциального центрифугирования. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований создан оригинальный метод, позволяющий дать количественную оценку распределения желчных кислот: холевой (ХК), хенодезоксихолевой (ХДХК), урсодезоксихолевой (УДХК) и литохолевой (ЛХК) — между изолированными митохондриями и водной фазой среды инкубации при сохранении функциональной активности этих органелл. С помощью этого метода установлено, что разобщающая активность желчных кислот зависит не только от их гидрофобности, но также в значительной степени от структуры их молекул. Изучено детергентное действие желчных кислот как фактора, увеличивающего количество митохондрий с поврежденной внутренней мембраной. Относительное количество митохондрий с поврежденной внутренней мембраной определяли путем измерения стимуляции дыхания митохондрий при добавлении NADH, который не способен транспортироваться через внутреннюю мембрану интактных органелл. Установлено, что разобщающее действие желчных кислот, прежде всего УДХК и ХК и в меньшей степени ХДХК и ЛХК, может быть частично связано с их способностью разрушать внутреннюю мембрану митохондрий, т.е. с детергентным действием. В отличие от желчных кислот эффективная стимуляция дыхания митохондрий пальмитиновой кислотой не связана с разрушением внутренней мембраны митохондрий. Сформулирована гипотеза о том, что наличие жесткой стероидной кольцевой системы желчных кислот является существенным фактором, определяющим их детергентное действие по отношению к внутренней мембране митохондрий. Наряду с этим выяснено, что при условии инкубации митохондрий в средах, содержащих ионы калия, разобщающее действие желчных кислот может быть частично связано и с их ионофорной активностью. Установлено, что желчные кислоты: ХК, ХДХК, УДХК и ЛХК, в концентрациях, вызывающих стимуляцию дыхания в состоянии 4 не более чем в 1,8 раза, в митохондриях печени, инкубируемых в сахарозной среде, частично снижают показатели эффективности окислительного фосфорилирования (скорость синтеза АТФ, коэффициент дыхательного контроля и ADP/O). Таким образом, желчные кислоты влияют на окислительное фосфорилирование митохондрий также, как классические протонофорные разобщители. Исследовано влияние желчных кислот: ХК, ХДХК, УДХК и ЛХК на генерацию H₂O₂ в митохондриях печени, измеренного с помощью флуоресцентного индикатора Amplex Red. Установлено, что указанные желчные кислоты в концентрациях, при которых они в равной степени стимулируют дыхание митохондрий, ингибируют генерацию H₂O₂ митохондриями печени приблизительно в равной степени — на 30–40%. Таким образом, желчные кислоты, в концентрациях, при которых проявляется их разобщающее действие без ингибирования транспорта электронов по дыхательной цепи, снижают генерацию H₂O₂ митохондриями печени, как это характерно для протонофорных разобщителей. В результате проведенных сравнительных исследований получены данные, свидетельствующие о том, что наличие гидроксильной группы на выпуклой гидрофобной β-поверхности (7β) стероидной структуры существенно изменяет характер взаимодействия желчных кислот с митохондриями: приводит к снижению разобщающей активности, детергентного эффекта и антиоксидантного действия. Сформулирована гипотеза о том, что подобное изменение в структуре гидрофобной β-поверхности может быть существенным для проявления терапевтического эффекта, что открывает перспективы для разработки новых синтетических аналогов желчных кислот с направленно измененной структурой и улучшенным профилем эффективности и безопасности. Все поставленные в отчетном периоде задачи выполнены. При проведении дополнительных исследований получены новые научные данные о механизме взаимодействия желчных кислот с митохондриями. По результатам опубликованы 2 статьи в журналах Journal of Bioenergetics and Biomembranes и Biochimica et Biophysica Acta — Biomembranes.

Публикации

1. Павлова С.И., Самарцев В.Н., Чулков А.В., Хорошавина Е.И., Дубинин М.В. α,ω-Hexadecanedioic acid induces proton-translocating decoupling at complex III via Q-cycle disruption: evidence from kinetic and structural analyses Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, Том 1868, №1, 184476 (год публикации - 2026)
10.1016/j.bbamem.2025.184476

2. Павлова Е.К., Самарцев В.Н., Павлова С.И., Дубинин М.В. Interaction of bile acids with functionally active liver mitochondria: uncoupling activity, detergent effect, and antioxidant action Journal of Bioenergetics and Biomembranes , https://doi.org/10.1007/s10863-025-10077-8 (год публикации - 2025)
10.1007/s10863-025-10077-8