Роль ионных механизмов и внутриклеточного латерального транспорта в регуляции светозависимых мембранных процессов растительной клетки
В 14:00, в четверг, 24 марта 2016 г., в ауд. 306 состоится семинар ?Биофизика клетки?. Анна Владимировна Комарова представит доклад по материалам кандидатской диссертации. кандидатской диссертации.
Аннотация
Механизмы внутриклеточной регуляции представляют одну из важных проблем биологии. Ярким примером являются обратимые переходы между однородным и неоднородным распределением фотосинтетической активности и потоков протонов в клетках зеленых растений. В данной работе на модельном объекте Chara corallina рассмотрены механизмы регуляции светозависимых мембранных процессов растительной клетки, таких как фотосинтез, неравномерное распределение активности транспортных систем плазмалеммы, формирование щелочных зон при микроперфорации клеточной стенки и более глубоких клеточных структур (плазмалеммы, тонопласта), а также дистанционные взаимодействия между хлоропластами.
В работе показано участие внутриклеточного латерального транспорта и ионных механизмов в первичных реакциях растительной клетки на механический стресс, а также рассмотрены механизмы дальней регуляции фотосинтеза и мембранного транспорта и их роль в репарации микроповреждений.
Исследование ранних событий при точечном мех. повреждении клеточной стенки (КС) и более глубоких клеточных структур (плазмалеммы, тонопласта) выявило локальное образование наружных щелочных зон (с pH до 10.0), внешне сходных с щел. зонами, возникающими в физиол. условиях при общем или локальном освещении. Показано, что основными участниками первичных реакций в ответ на механический стресс являются растяжение плазматической мембраны, активность цитоскелета, потоки Са2+ и Н+(ОН-) через плазматическую мембрану, а также движение цитоплазмы. Быстрое локальное возрастание pH при мех. стимуляции отражает протекание малоизвестного мембранного процесса, который вероятно выполняет защитную функцию и повышает прочность КС. При внешней аналогии щелочных сдвигов, вызываемых светом и точечным повреждением, механизмы, лежащие в их основе, существенно отличаются.
Установлено, что в клетках Chara corallina происходит передача фотоиндуцируемых сигналов с потоком цитоплазмы на расстояния не менее 5 мм. Это проявляется в повышении или понижении максимальной флуоресценции хлорофилла Fm?, в отдаленных участках клетки в зависимости от фоновой освещенности, а также в возрастании фактической флуоресценции Ft. С помощью метода внутриклеточной перфузии исследовано влияние ионного состава цитоплазмы на фотосинтетическую активность хлоропластов. Выявлено влияние Н+ и Са2+ на эффективный квантовый выход фотореакции ФСII.
Сделан вывод, что трансмембранные потоки и латеральный транспорт веществ с потоком цитоплазмы играют важную роль в дальней сигнализации, в образовании пространственных структур, а также в предотвращении локального накопления токсичных продуктов при длительной фотостимуляции отдельных участков фотосинтезирующей клетки.
Метод микроспектроскопии комбинационного рассеяния для исследования свойств миелина нервных волокон
В 12:00, в среду, 09 марта 2016 г., в ауд. 306 состоится семинар «Биофизика клетки». Николай Кутузов представит доклад по материалам кандидатской диссертации.
Аннотация
В рамках данной работы был проведен детальный и комплексный анализ экспериментального подхода по измерению спектров КР с одиночных миелинизированных нервных волокон. Для того, чтобы адаптировать метод КР микро-спектроскопии для данной задачи необходимо было ответить на два главных вопроса, связанных со структурой объекта и особенностями измерительного метода: 1. Изменяются ли свойства спектров КР каротиноидов и липидов по длине нервного волокна? 2. Каким образом исследуемые молекулы ориентированы в мембранах миелина?
При исследовании зависимости интенсивности полос спектра КР от положения фокуса возбуждающего лазера относительно волокна было обнаружено неизвестное ранее оптическое свойство миелина, заключающееся в циклическом распространении света внутри миелина подобно кольцевому резонатору. Подобное распространение света сходно с известным в оптике эффектом возникновением особых пространственных мод электромагнитного излучения, называемых модами шепчущей галереи (МШГ). Используя данный эффект было показано, что разные участки интернодальной области нервного волокна можно разделить на типы, характеризующиеся наличием или отсутствием МШГ. Регистрация КР спектров позволила продемонстрировать, что данные участки отличаются конформационной упорядоченностью липидов и степенью насыщенности жирнокислотных остатков. Данные результаты свидетельствуют о наличии своеобразной микродоменной организации структуры миелина в пределах интернодальной области.
В данной работе количественная теория молекулярной ориентации была впервые применена для исследования живых клеток. Ряд модификаций классической теории был предложен для восстановления приближенного вида ОФР для каротиноидов и липидов в мембранах миелина. Рассчитанные ОФР указывают на упорядоченную ориентацию (перпендикулярно поверхности) каротиноидов в миелине. Модифицируя структуру миелина с помощью ряда воздействий нам удалось продемонстрировать применимость данного подхода для исследований функционирующих нервных волокон.
Для тестирования новых методик, а также для для рассмотрения всей последовательности разработанных экспериментальных подходов на конкретном примере, нами был выбран регуляторный процесс происходящий в нервных волокнах при активации их экстраклеточным АТФ или аденозином. Для данного исследования нами впервые был применен метод масс-спектрометрии совместно со спектроскопией КР для анализа химического состава нервных волокон. Согласно полученным данным, экстраклеточный АТФ может способствовать увеличению содержания холестерина и уменьшению фосфатидилхолина в мембранах миелина.
Атомно-силовая спектроскопия вирусных частиц и их субъединиц
В 14:00, в четверг, 3 декабря 2015 г., в ауд. 306 состоится семинар «Биофизика клетки». Денис Корнеев представит доклад об исследовании взаимодействия вирусных субъединиц с белками мембраны клеток-хозяев и конформационных изменений, сопровождающих это взаимодействие.
Рецепторные механизмы изменения конформации гемопорфирина гемоглобина эритроцита
В 14:00, в четверг, 26 ноября 2015 г., в ауд. 306 состоится семинар «Биофизика клетки». Светлана Бочкарева (Коваленко) представит доклад по материалам кандидатской диссертации.
Аннотация
При активации пуриновых рецепторов и рецепторов к ИФР-1, локализованных на клеточной поверхности, было выявлено изменение конформации гемопорфирина гемоглобина, а также ряда молекулярно-клеточных параметров эритроцита. С помощью метода спектроскопии комбинационного рассеяния исследовалась динамика изменения структуры гемоглобина не только в выделенных клетках, но и в эритроцитах в цельной крови. Кроме того, результаты модельных экспериментов при инкубации крови с ИФР-1 соответствовали результатам, полученным после терапии у детей с СТГ-дефицитом. Последовательная оценка изменений морфологической формы, микровязкости мембраны (ЭПР), структуры цитоскелета (АСМ), распределения гемоглобина (ЛИМ) и содержания внутриклеточного кальция позволила наиболее полно раскрыть механизм изменения кислородтранспортной функции эритроцитов и зафиксировать ряд общих ответных реакций, реализуемых в эритроците при активации рецепторов. Вероятно, зафиксированное в ответ на экстраклеточный сигнал увеличение содержания внутриклеточного кальция является одной из причин изменения транспортной функции эритроцита. Данная гипотеза подтвердилась в экспериментах на выделенных эритроцитах с кальциевым ионофором А23187. Применяемый в исследовании системный подход важен и эффективен, т.к. позволяет оценить вклад плазмы и прочих клеток крови в изменения свойств клетки, сопровождающие конформационные перестройки гемоглобина.
Определение цитотоксического потенциала Т-лимфоцитов CD8 (киллеров) методом когерентной фазовой микроскопии
В 15:00, в четверг, 19 ноября 2015 г., в ауд. 306 мы проведем очередной семинар «Биофизика клетки». Анастасия Болотова (МИРЭА) представит способо определения состояния Т-лимфоцитов с использованием метода когерентной фазовой микроскопии.
Авторы
Болотова А.А.(1), Вышенская Т.В.(1), Звержховский В.Д.(1), Василенко И.А.(2)
- Московский Государственный Технический Университет Информационных технологий, Радиотехники и Электроники (МИРЭА),
- ГБОУ РМАПО Российская Медицинская Академия Постдипломного Образования
Аннотация
Методом когерентной фазовой микроскопии и интегральных функций фазового изображения в живых Т-лимфоцитах (киллерах) выявлены перфориновые гранулы и предложен новый способ определения диагностически важного медицинского параметра, характеризующего состояние иммунной системы ? цитотоксического потенциала. Количественная оценка наличия в цитотоксических клетках перфориновых гранул ? важная задача современной клинической диагностики, решение которой позволяет оценить способность организма противостоять вирусным инфекциям, определить риск возникновения онкологического заболевания и прогноз его течения. Методом КФМ проведена количественная оценка площади, занимаемой гранулами в каждой клетке, и их ?сухой вес?. Выявлены значимые параметры ?фазового портрета?, свидетельствующие о наличии цитотоксических гранул в клетке: фазовая толщина на границе раздела толстой и тонкой цитоплазмы и величина фазового объема, проецируемого на площадь тонкой цитоплазмы. Показана эффективность метода интегральных функций, применяемого к фазовым изображениям, для определения параметров внутренних структур клетки, а также их функционального состояния.
Параллельное исследование морфологии и иммунофенотипа нормальных и патологических лимфоцитов с помощью клеточного биочипа
В 15:00, в четверг, 22 октября 2015 г., состоится семинар «Биофизика клетки» (ауд. 306). Алина Николаевна Хвастунова представит доклад по теме кандидатской диссертации.
Аннотация
Диссертационная работа посвящена разработке метода параллельного исследования морфологии и иммунофенотипа лимфоцитов периферической крови с помощью так называемого клеточного биочипа ? прозрачной пластиковой подложки с иммобилизованными антителами к поверхностным антигенам лимфоцитов человека. Основным достижением работы является описание способа подготовки связанных с биочипом клеток к окраске для последующего морфологического исследования, который позволил достичь максимальной схожести морфологии клеток на биочипе и в стандартных мазках. Сочетание морфологического исследования с определением поверхностных антигенов позволило получить новые данные о преимущественном иммунофенотипе различных морфологических подгрупп нормальных клеток периферической крови. Кроме того, исследована периферическая кровь большого количества пациентов с различными лимфопролиферативными заболеваниями и продемонстрирована возможность использования биочипа в их диагностике. Наиболее интересные результаты получены в области дифференциальной диагностики волосатоклеточного лейкоза, где удалось разработать и апробировать на большом количестве пациентов простой диагностический алгоритм, позволяющий с высокой точностью отличить волосатоклеточный лейкоз от лимфомы из клеток маргинальной зоны селезенки и лимфомы из клеток красной пульпы селезенки с лейкимизацией.
Исследование цитохромов дыхательной цепи митохондрий в клетках и органах в условиях in vitro и in situ
В 15:00, во вторник, 18 мая 2015 г., состоится семинар «Биофизика клетки». В этот раз мы проведем семинар в "Новой" аудитории. Надежда Браже представит результаты исследований цитохромов электрон-транспортных цепей митохондрий в изолированных и in situ кардиомиоцитах, полученные с использованием методов кобминационного рассеяния.
Аннотация доклада
Нормальное функционирование митохондрий и их патологические изменения, приводящие к генерации активных форм кислорода (АФК), инициации апоптоза и нарушениям в регуляции метаболизма, в большой степени зависят от окислительно-восстановительных свойств цитохромов ЭТЦ и, в особенности, цитохрома с. В последние годы появляется все больше данных, косвенно показывающих, что именно цитохром с является «узким местом», приводящим к генерации АФК и нарушению электронного транспорта при изменении парциального давления кислорода, а также при старении клеток. При этом практически не проводятся селективные исследования конформации и редокс-свойств цитохромов в митохондриях, клетках и тканях, что отчасти связано с отсутствием чувствительных неинвазивных методов.
В нашей группе при сотрудничестве с факультетом наук о материалах (МГУ) развивается новый методический подход для изучения цитохромов в условиях in vitro и in situ с применением спектроскопии резонансного комбинационного рассеяния (РКР), а также при помощи спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния (ГКР, англ. SERS ? surface enhanced Raman spectroscopy) с наноструктурами серебра.
В докладе будут показаны результаты РКР-исследований цитохромов ЭТЦ в живых кардиомиоцитах и перфузированном сердце, результаты ГКР-исследований очищенных изолированных мутантных форм цитохрома с, а также цитохрома с в функционирующих митохондриях, помещенных на серебряные наноструктуры.
Пуринергическая сигнализация между эритроцитами и кровеносными соудами
В 15:00, во вторник, 28 апреля 2015 г., в аудитории 306 состоится семинар «Биофизика клетки». С.Н. Орлов сделает доклад о пуринергической сигнализации между эритроцитами и стенкой кровеносного сосуда
Аннотация доклада
Кровеносные сосуды увеличивают свой диаметр в ответ на снижение парциального давления кислорода. Было установлено, что это уникальная функция изолированных сосудов реализуется только в условиях, когда перфузируемая жидкость содержит эритроциты. Получены данные о том, что сенсором кислорода является гемоглобин, которые в деоксигенированном состоянии взаимодействует с белком полосы 3, запуская не идентифицированные сигнальные каскады, влияющие на продукцию окиси азота и высвобождение из эритроцитов АТФ, взаимодействующего с Р2Y пуринергическими рецепторами эндотелия. В докладе рассматриваются системы, принимающие участие в высвобождении АТФ из эритроцитов, а также физиологическое и патофизиологическое значение этого явления.
Разработка системы доставки нуклеиновых кислот в клетки
В 15:00, во вторник, 14 апреля 2015 г., в аудитории 306 состоится семинар «Биофизика клетки». А.А. Розенкранц сделает доклад по теме: "Разработка системы доставки нуклеиновых кислот в клетки: наночастицы полиплексов на основе полиэтиленимина, их физико-химические свойства, особенности поведения в клетках и в тканях, возможные применения".
Экстраклеточные АТФ и аденозин как индукторы изменения свойств и состава мембран периферического миелина
В 15:00, в пятницу, 03 апреля 2015 г., в аудитории 306 состоится семинар «Биофизика клетки». Николай Кутузов сделает доклад о регуляторных функциях экстраклеточных пуринов в периферических нервных волокнах.
Аннотация доклада
АТФ и аденозин хорошо известны не только как соединения, поддерживающие внутриклеточный энергетический гомеостаз, но и как ключевые звенья регуляционной системы, известной как пуринергическая сигнализация (ПС). К настоящему времени накоплено большое количество данных о молекулярных процессах протекающих внутри клетки при ее активации пуринегическими агентами (ПА). С другой стороны, область мембранных процессов, связанных с ПС, остается малоизученной. Основной причиной этому, вероятно, является относительно малое количество данных о влиянии ПА на структуру и свойства биологических мембран. Тем не менее, с каждым годом количество таких исследований увеличивается, и некоторые из них заслуживают детального внимания.
Ярким примеров является серия экспериментальных работ (Shin et al. 2012), указывающих на то, что АТФ может замедлять процесс демиелинизации нервных волокон. Можно представить большое разнообразие путей, происходящих в нервной клетке, после ее активации экстраклеточным АТФ. Однако, вопрос о том, каким образом эти процессы приводят к изменению свойств самих мембран миелина, остается открытым.
В данном докладе будут описаны экспериментальные результаты, посвященные исследованию изменению состава и свойств мембран миелина, запускаемые основными компонентами ПС: АТФ и аденозином. Сочетание методов Рамановской микроспектроскопии и масс-спектрометрии позволило произвести изменения микровязкости бислоя, упорядоченности липидов и степени ненасыщенности жирных кислот миелина живых нервных волокон, а также напрямую исследовать химический состав миелина фиксированных препаратов.
Результаты показали, что добавление экстраклеточного АТФ приводит к увеличению содержания холестерина в миелине и уменьшению количества фосфотидилхолина. Изменения в спектрах комбинационного рассеяния свидетельствуют об увеличении упорядоченности липидов и уменьшении степени ненасыщенности жирных кислот.
В докладе будут отражены особенности процесса изменений производившихся на живых и фиксированных препаратах нервных волокон. Основные результаты будут рассмотрены в контексте рабочей гипотезы о везикулярной природе наблюдаемых изменений.