28 березня 2025 року в Інституті біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України відбудеться чергове засідання міждисциплінарного загальноакадемічного семінару у галузі природничих наук «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології». Керівник семінару – академік НАН України Сергій Костерін.
З доповіддю «Молекулярні механізми кальцієвої сигналізації в збудливих клітинах: функціональна роль ріанодинових рецепторів» виступить доктор біологічних наук В’ячеслав Шкриль (Інститут фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України).
Початок заходу – о 10:30.
Адреса: Київ, вул. Леонтовича, 9, актова зала Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України.
Посилання для дистанційного долучення до семінару
Про тему доповіді
Іони кальцію (Ca²⁺) є універсальним вторинним посередником, який у збудливих клітинах регулює багато фізіологічних процесів, зокрема збудження, м’язове скорочення, вивільнення медіаторів, синаптичну пластичність, секрецію, транскрипцію генів та апоптоз. Внутрішньоклітинна концентрація Ca²⁺ контролюється завдяки різноманітним молекулярним механізмам, які включають іонні канали, кальцій-зв'язувальні білки, канали вивільнення кальцію з внутрішньоклітинних депо, а також обмінники та помпи, що забезпечують видалення кальцію з цитозолю. У збудливих клітинах, таких як нейрони або м'язові клітини, стимульований збудженням вхід кальцію може додатково спричиняти підвищення його концентрації шляхом вивільнення Ca²⁺ із внутрішньоклітинних депо, що відіграє регуляторну роль у відповідних клітинних функціях.
Внутрішньоклітинна концентрація Ca²⁺ змінюється від 50 нМ у стані спокою до приблизно 10 мкМ під час пікових фізіологічних стимулів, що відображає зміни на кілька порядків. Надходження Ca²⁺ із позаклітинного середовища здійснюється через активацію різних мембранних каналів: потенціалзалежних кальцієвих каналів (VGCC), іонотропних рецепторів глутамату та ацетилхолінових рецепторів, а також каналів транзієнтного рецепторного потенціалу плазматичної мембрани. Крім того, в деяких випадках до цього процесу можуть залучатися Na⁺/Ca²⁺-обмінник або інші додаткові сигнальні шляхи. Основною внутрішньоклітинною органелою, що сприймає і обробляє кальцієві сигнали, які надходять від кальцієвих каналів плазматичної мембрани, є ендоплазматичний ретикулум (ЕР); у м'язових волокнах — саркоплазматичний ретикулум (СР).
Ріанодинові рецептори (RyRs) — це клас кальцієвих каналів, розташованих усередині клітини на мембрані ЕР або СР. Активність RyRs регулюється різними факторами, зокрема змінами концентрації кальцію, фосфорилюванням, а також взаємодією з іншими білками. Ріанодинові рецептори чутливі до внутрішньоклітинного кальцію, тому підвищення його концентрації в цитозолі може стимулювати вивільнення Ca²⁺ через ці рецептори — процес, відомий як кальцій-індуковане вивільнення кальцію (CICR). Вивільнення Ca²⁺ із ретикулуму відбувається у вигляді дискретних подій, що мають стереотипну форму та можуть бути візуалізовані за допомогою конфокальної флуоресцентної мікроскопії та флуоресцентних Ca²⁺-чутливих барвників. Ці події отримали назву Ca²⁺-спалахів (Ca²⁺ sparks).
Взаємодія VGCC та RyRs у скелетному м’язі є алостеричною, тобто активність ріанодинового рецептора може змінюватися не шляхом безпосередньої взаємодії з його активним центром, а через пряме зв'язування з кальцієвими каналами плазматичної мембрани. При цьому активація рецептора не вимагає механізму CICR. За фізіологічних умов Ca²⁺-спалахи, що є мініатюрними проявами CICR, майже не фіксуються в інтактних скелетних м'язових волокнах дорослих ссавців.
Мітохондрії виконують не лише функцію фабрики клітинної енергії у вигляді АТФ, а й відіграють ключову роль в інших клітинних процесах. Підвищення концентрації кальцію в мітохондріях посилює продукцію нікотинамідаденіндинуклеотиду, активує транспорт електронів, змінює рівень протонів і сприяє утворенню активних форм кисню. Вважається, що окислення або нітрозативна модифікація RyRs, викликана підвищеною концентрацією реактивних кисневих сполук, може бути однією з причин появи Ca²⁺-спалахів або активації механізму CICR у скелетних м’язах.
У кардіоміоцитах поява Ca²⁺-спалахів зумовлена CICR не лише для ініціації цієї події, але й для поширення активації серед групи RyRs. Спонтанний характер Ca²⁺-спалахів та невизначеність місця їх виникнення ускладнюють точне визначення параметрів таких мініатюрних сигналів. Сучасні методи швидкої конфокальної мікроскопії дають змогу детально досліджувати зміни внутрішньоклітинної концентрації кальцію у збудливих клітинах як на локальному рівні, так і в контексті швидких змін у межах всієї клітини.
Мобілізація Ca²⁺-сигналізації також спостерігається в нейронах головного мозку. Зокрема, RyRs у периферичних і центральних нейронах можуть підсилювати та подовжувати вхідні Ca²⁺-сигнали завдяки механізму CICR. Встановлено, що в сомі пірамідальних нейронів наявна ретикулярна мережа ЕР, яка простягається до дендритів та по всій довжині аксона, включаючи пресинаптичні бутони. Крім того, довготривала стимуляція пірамідальних клітин CA1-зони гіпокампу індукує вивільнення Ca²⁺ із дендритних або пресинаптичних ріанодинчутливих Ca²⁺-депо.
Дисфункція ріанодинових рецепторів може призводити до порушень у вивільненні кальцію з внутрішньоклітинних депо, що, своєю чергою, спричиняє м’язову слабкість і дегенерацію тканин. У серцевих клітинах неправильне функціонування RyRs може викликати порушення циклічних змін концентрації кальцію, необхідних для нормального скорочення серцевого м’яза, що підвищує ризик розвитку аритмій. Дисфункція RyRs також асоціюється з різними патологіями, включаючи м’язову дистрофію Дюшена, серцеві аритмії та нейродегенеративні розлади, такі як хвороба Альцгеймера.
* * *
Мета загальноакадемічного семінару полягає у періодичному заслуховуванні та обговоренні наукових доповідей, присвячених застосуванню сучасних експериментальних та теоретичних методів хімії, фізики та математики для вирішення нагальних проблем біології, зокрема – у галузі біохімії, біофізики, молекулярної та клітинної біології, молекулярної фізіології, біоенергетики, гномики , медичної біології, фармакології, нанобіотехнології, системної та синтетичної біології тощо.
Організація зазначеного семінару була обумовлена прогресуючим розвитком таких «перехресних» наук та наукових напрямів, як біофізична хімія, фізична біохімія, хімічна біофізика, біохімічна фізика, фізико-хімічна біологія, фізика живого, математична біофізика, теоретична біологія, біоінформатика, штучний інтелект в біології та медицині тощо.
З того часу, як був започаткований загальноакадемічний семінар (квітень 2023 року), на його засіданнях із міждисциплінарними науковими доповідями вже виступили 19 доповідачів.
Наступне засідання семінару заплановано на квітень 2025 року.
Пропозиції щодо виступів із доповідями (обсяг тез доповіді – 1–2 сторінки) надсилайте, будь ласка, на електронні скриньки керівника семінару – заступника директора з наукової роботи Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України, завідувача відділу біохімії м’язів цього Інституту академіка Сергія Олексійовича Костеріна: kinet@biochem.kiev.ua ; kosterin.serg@gmail.com.
За анонсами засідань семінару стежте також на сайті Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України.
За інформацією Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України