Биологический факультет в Фейсбук Биологический факультет в Инстаграм Биологический факультет в Ютубе Биологический факультет в Фейсбук Биологический факультет в Твиттер Биологический факультет ВКонтакте
 
Главная страница Карта сайта Контактная информация




Главная » Репортажи »
 

Неквантовая секреция – в самом сердце биологии

1 сентября 2014

Какой биологический механизм нужно исследовать сегодня, чтобы, через какой-то (возможно, очень большой) промежуток времени, это исследование позволило бы создать эффективное лекарство от опасного заболевания, уносящего жизни многих людей? Точного ответа никто, конечно же, не даст. Тем не менее, многие ученые занимаются такими вещами, которые вполне могут в дальнейшем радикально изменить подходы к лечению тех или иных заболеваний. Наибольшие шансы выиграть в такую «лотерею», пожалуй, у физиологов. В особенности это касается тех, кто занимается физиологией сердца, пусть даже объектом исследований на первых порах является вовсе не человек, а выловленная в холодных водах Белого моря рыба.


Как известно, Нобелевской премии по биологии не существует. Вместо этого премия выдается за достижения в области физиологии и медицины. И такая формулировка не случайна, ведь современная физиология – это прежде всего теоретическая основа медицины. Казалось бы, из этого должно следовать, что физиологи – люди приземленные, занятые сугубо практическими разработками. Однако, это не так, если говорить о физиологах Биофака МГУ. Университет – прежде всего вотчина фундаментальной науки, но несмотря на кажущуюся удаленность таких работ от практики, без сегодняшних фундаментальных исследований в области физиологии животных завтра остановятся уже медицинские разработки.

Одна из последних работ, проведенных на ББС, касалась механизмов адаптации сердца рыб к низким температурам. Оказалось, что в сердце наваги, которая как известно не только активно плавает, но и нерестится при температуре около 0°С, с наступлением зимы резко возрастает экспрессия калиевых каналов. В результате, длительность потенциалов действия в сердце снижается и рыба получает возможность ускорить сердцебиения для компенсации подавления сократительной активности в условиях низких температур.

Один из важнейших разделов физиологической науки – электрофизиология сердца. Ведь именно от стабильности электрических процессов в миокарде зависит жизнь человека, а нарушения нормальной электрической активности являются самой частой причиной смерти наших сограждан. В настоящее время исследователи используют три поколения электрофизиологических методов. Первое поколение – методики, предполагающие работу со стеклянными микроэлектродами на тканевых препаратах. Их принцип прост – в сердечное волокно с помощью микроманипулятора вводится тончайшая острая микропипетка, заполненная электролитом. При этом с помощью специального усилителя регистрируется разность потенциалов между этим микроэлектродом и электродом сравнения, находящимся в физрастворе, омывающем препарат. Однако, не так-то просто удержать кончик микроэлектрода внутри клетки, находящейся в бьющемся препарате миокарда! Эксперименты представляют собой многочасовую напряженную работу, требующую терпения, целеустремленности и крепких нервов. Вторая группа методов (patch-clamp) предназначена для работы на отдельных кардиомиоцитах, выделенных из ткани с помощью обработки ферментами. Стеклянная пэтч-пипетка, которая значительно толще микроэлектрода, присасывается к мембране клетки, после чего в данном участке мембраны делается дырка. Усилитель позволяет фиксировать мембранный потенциал на заданном экспериментатором уровне и регистрировать проходящие через мембрану клетки ионные токи. Наконец, так называемый имэджинг. Он предполагает обработку изолированных клеток флуоресцентными красителями, чувствительными к тем или иным физиологическим параметрам, например, концентрации кальция.

Легко заметить, что для современных электрофизиологических исследований нужна не только высокая квалификация, но и дорогостоящее оборудование. Возможно, что именно поэтому лабораторий, специализирующихся в этой области, в России меньше, чем пальцев на руке. Каких-то 6-7 лет назад у нашего Университета тоже не было таких специалистов, но теперь на кафедре Физиологии человека и животных плодотворно работает группа к.б.н. Галины Сергеевны Суховой, в том числе к.б.н. Владислав Кузьмин, а также к.б.н. Денис Абрамочкин и его аспирантки Анастасия Бородинова и Светлана Тапилина. За последние годы на кафедре появилось три установки для микроэлектродной регистрации, а в январе введена в строй установка patch-clamp для регистрации ионных токов.


Кроме того, кафедра получила новую электрофизиологическую лабораторию на Беломорской Биостанции МГУ. Там, где еще в 2006 году царила разруха, теперь стоят новые установки, на которых работают студенты и сотрудники кафедры. В прошлом году на ББС МГУ прошла Первая международная молодежная летняя школа по сравнительной физиологии морских животных. Учиться современным физиологическим методам приехали студенты и аспиранты из Великобритании, Франции, Сербии, Германии и других стран, чем остались очень довольны.


В отличие от московской лаборатории, на ББС благодаря наличию лазерного сканирующего конфокального микроскопа Nikon A1 удалось наладить кальциевый имэджинг кардиомиоцитов.

Медиаторами называют вещества-посредники, выделяющиеся в синапсе - том месте, где необходимо передать возбуждающий или тормозный сигнал от одной клетки к другой.

Зачем используются эти методы и в чем польза этих исследований? Основной научный интерес Д.В.Абрамочкина связан с механизмами холинергической (то есть опосредованной медиатором ацетилхолином) регуляции сердца. В качестве дополнительного направления работы группа совместно с коллегами из Финляндии и Великобритании изучает на ББС МГУ механизмы электрической активности сердца рыб.

Одно из главных достижений группы – открытие неквантовой секреции ацетилхолина в миокарде. Физиологам хорошо знаком квантовый способ секреции, который опосредован экзоцитозом везикул, наполненных медиатором, с высвобождением их содержимого в синаптическую щель. Тем не менее Бернард Катц, удостоенный Нобелевской премии за открытие квантовой секреции, описал и принципиально иной механизм выделения медиатора – неквантовый. Катц исследовал нервно-мышечный синапс лягушки, где основным медиатором является ацетилхолин. И лишь через 30 лет после этого открытия  в стенах биологического факультета МГУ было выяснено, что неквантовая секреция ацетилхолина существует не только в скелетной мышце, но и в сердце. Впервые показано это было на крысе, а подтверждено – на рыбах, пойманных и исследованных на Белом море. Вскоре после этого группа мексиканских исследователей обнаружила неквантовую секрецию АЦХ и в гладкой мускулатуре.

Механизм неквантовой секреции не полностью ясен, но основных кандидата на роль молекулы, транспортирующей ацетилхолин, два: везикулярный транспортер ацетилхолина и транспортер обратного захвата холина высокого сродства. Данные группы Абрамочкина указывают на верность второй гипотезы. Возникает вопрос о физиологическом значении неквантовой секреции ацетилхолина из сердечных парасимпатических нейронов, поскольку в норме они и так непрерывно выбрасывают медиатор квантовым способом. Тем не менее, в онтогенезе существует этап, когда ацетилхолин уже синтезируется во внутрисердечных нейронах, но механизм экзоцитоза везикул в ответ на возбуждение этих нейронов еще не работает. У крысы этот период длится с 19 по 21-й день внутриуробного развития. Удалось показать, что неквантовая секреция в этот период уже происходит, а значит она является в это время единственным путем выделения ацетилхолина, оказывающего трофическое влияние на кардиомиоциты, в миокард.

Перспективы возможного практического применения этих достижений связаны с защитным действием ацетилхолина на миокард. В частности, в работах академика Л.В.Розенштрауха было показано, что ацетилхолин, естественным образом выделяющийся из парасимпатических сердечных нейронов, многократно снижает вероятность развития летальных осложнений после инфаркта. Раскрытие механизмов секреции ацетилхолина в сердце и его воздействия на кардиомиоциты позволит найти способ использовать его кардиопротекторные свойства в клинической практике.

Текст, фото: Вадим Сухов, Степан Кромсалин



Все новости »





 

Ближайшая защита:
Павшинцев Всеволод Вячеславович
Простова Мария Андреевна

все защиты »





Магистратура
Магистерские программы биофака

СМИ о нас
ТВ, радио, газеты, журналы о биофаке

Реквизиты
Бюджетные и внебюджетные



  Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова



Почтовый адрес:
119234, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12,
Биологический факультет МГУ



Справочная телефонов МГУ +7 (495) 939-10-00

E-mail: info@mail.bio.msu.ru

© 2017 Биологический факультет
Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова


 
2009 создание сайта