BioScience Blog – Научный Биологический блог

Васильева А.К., Плотников Е.Ю., Зоров Д.Б.

Огромное внимание в последнее время приобретает исследование механизмов гипоксического прекондиционирования и методов его фармакологической симуляции. Ключевую роль в сигнальных путях прекондиционирования играет киназа гликоген синтазы (GSK-3), активность которой регулирует развитие митохондриальной неспецифической проницаемости (МНП). Участие этого фермента в регуляции гибели клетки уже показано на моделях ишемии сердца и предполагается для мозга. Однако, существование данного сигнального каскада практически не описано для клеток нефрона почки.

Поскольку исследование почек на целом органе и интактном животном очень трудно методологически, моделью была выбрана первичная культура клеток канальцевого эпителия почки крыс. Основной целью данной работы было исследование изменений структуры и функционирования митохондрий при ишемии/реоксигенации, а также возможности предотвращения последствий окислительного стресса через регуляцию активности GSK-3.

Было показано, что ишемия, то есть гипоксия, совмещенная с глюкозной депривацией, вызывает гибель клеток почки. Гибель клеток составляла приблизительно 60 % по отношению к контролю. В случае гипоксии гибель клеток была очень незначительная. Центральная роль в процессах, направляющих клетки на путь гибели, принадлежит развитию митохондриальной дисфункции: после ишемии/реоксигенации выявлено снижение потенциала митохондрий и повышение продукции АФК. Очевидно, данные явления связаны с развитием МНП, так как циклоспорин защищает клетки от гибели, вызванной ишемией/реоксигенацией.

Олигомицин, ингибитор митохондриальной АТФ-синтазы, значительно усиливает гибель клеток в условиях гипоксии (менее 1% живых клеток по отношению к контролю), когда процессы окислительного фосфорилирования невозможны. Это указывает на важность для выживания клетки процессов поддержания потенциала за счет гидролиза АТФ, полученной в процессе гликолиза, АТФ-синтазой митохондрий. Инкубация клеток с ингибиторами GSK-3, например, ионами лития или инсулином, приводила к значительному уменьшению негативных последствий ишемии/реоксигенации, что выражалось в увеличении количества выживших клеток (гибель клеток составила менее 30%). При этом потенциал митохондрий повышался (флуоресценция ТМРЕ увеличивалась приблизительно на 5-7% после ишемии, которой предшествовала инкубация с литием и инсулином, по отношению к флуоресценции TMRE после ишемии). Генерация АФК в результате ишемии/реоксигенации после воздействия ионами лития и инсулином значительно снижалась (флуоресценция 2,7-DCF после ишемии/реоксигенации, которой предшествовала инкубация с LiCl или инсулином, уменьшалась почти в 2 раза по отношению к ишемии/реоксигенации). Таким образом, мы показали, что ишемия/реоксигенация вызывает гибель клеток почки в первую очередь за счет развития МНП и связанной с этим гиперпродукции АФК. При этом ингибирование активности GSK-3 способно предотвратить повреждение митохондриального аппарата и развитие окислительного стресса в клетках эпителия почки. Подобная стратегия подавления GSK-3 специфическими ингибиторами, позволяющая снижать негативные последствия ишемии и повышать выживание клеток почки указывает на перспективные направления разработки фармакологических агентов, предотвращающих острую почечную недостаточность в условиях ишемии в клинике.