При сахарном диабете в крови наблюдается избыток глюкозы, что негативно
сказывается на здоровье человека. Выяснилось, что улучшить состояние
пациентов можно, заблокировав транспортер VDAC1. Эксперименты показали, что
«выключение» VDAC1 в полтора раза снижает в клетках уровень активного
кислорода — молекулы, в высоких концентрациях повреждающей ДНК и приводящей
к гибели клеток.
Биологи выяснили, что улучшить состояние клеток, страдающих от избытка
глюкозы, можно, заблокировав транспортер VDAC1 во внешней мембране
митохондрий — «энергетических станций» клеток. VDAC1 обеспечивает обмен
веществ между митохондриями и цитоплазмой, подобно то открывающимся, то
закрывающимся воротам. Количество этих белков в некоторых тканях значительно
возрастает при сахарном диабете: это приводит к окислительному стрессу и
гибели клеток. Авторы предложили уменьшать число и активность транспортеров
с помощью технологии CRISPR/Cas9 и молекул-блокаторов. Результаты
исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ),
опубликованы в журнале Antioxidants.
Уровень глюкозы в крови — основной молекулы, из которой наш организм
извлекает энергию, — в норме строго контролируется. Сразу после приема пищи
он возрастает, после чего довольно быстро (в течение 3-4 часов) снижается до
исходного. Однако при нарушении обмена веществ, например сахарном диабете,
концентрация глюкозы постоянно остается высокой, и это состояние называют
гипергликемией. Она негативно сказывается на многих органах, увеличивая риск
сердечно-сосудистых заболеваний, поражения нервов, разрушения костей и
проблем со зрением. Этот эффект связывают с тем, что избыток глюкозы
приводит к нарушению окислительно-восстановительных процессов в клетках
из-за повреждения митохондрий — <энергетических станций> клетки.
Между митохондриями и всей остальной клеткой происходит постоянный обмен
питательными веществами и сигнальными молекулами, который обеспечивают
<встроенные> в мембрану митохондрий белки-транспортеры семейства VDAC. При
сахарном диабете в некоторых органах и тканях их число увеличивается, и это
приводит к тому, что в клетку из митохондрии в избыточном количестве
начинают поступать активные формы кислорода — молекулы, в высоких
концентрациях повреждающие мембраны и ДНК, — а также вещества, стимулирующие
программируемую клеточную гибель. Поэтому ученые предполагают, что, частично
заблокировав работу белков VDAC1, удастся бороться с негативными
последствиями гипергликемии.
Ученые из Марийского государственного университета (Йошкар-Ола)
с коллегами проверили эту гипотезу. Авторы использовали в экспериментах
культуры эндотелиоцитов мышей — клеток, выстилающих стенки сосудов, —
а также фибробластов человека — клеток соединительной ткани.
Исследователи протестировали два подхода, позволяющих добиться уменьшения
уровня или активности интересующего белка в клетках. В первом случае
биологи с помощью технологии геномного редактирования CRISPR/Cas9
<выключили> ген, кодирующий белок VDAC1. В результате в полученных клетках
осталось только 10% белка от нормы. Во втором случае клеточные культуры
просто обработали молекулой-ингибитором, связывающейся с белковыми каналами
VDAC1 и блокирующей их. Затем все клетки помещали на 36 часов в раствор
глюкозы для создания условий гипергликемии. В качестве контроля
использовались культуры, в которых уровень VDAC1 не изменяли.
Ученые сравнили состояние клеток и работу митохондрий в каждом случае,
подкрашивая интересующие структуры и молекулы флуоресцентными
(<светящимися>) красителями. Оказалось, что митохондрии со сниженным
количеством каналов VDAC1 производили почти в полтора раза меньше активных
форм кислорода по сравнению с контрольной группой, что пропорционально
уменьшало негативное влияние на клетки и риск их гибели от окислительного
стресса.
Кроме того, исследование показало, что при гипергликемии в клетках снижается
активность генов, участвующих в увеличении количества митохондрий. Это
может привести к нехватке энергии, необходимой для нормальной работы клеток.
В случаях, когда ген VDAC1 был заблокирован с помощью технологии
CRISPR/Cas9, этот негативный эффект пропадал.
Исследователи давно пытаются решить проблему нормализации работы митохондрий при
сахарном диабете, предполагая, что это важный подход для борьбы с
последствиями этой патологии. Снизив количество или активность транспортеров
VDAC1 в мембране митохондрий, действительно можно добиться улучшения
состояния клеток при гипергликемии. Потенциально наши результаты могут лечь
в основу создания новых лекарственных препаратов для терапии диабета>, —
рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Константин
Белослудцев, доктор биологических наук, проректор по инновационной
деятельности Марийского государственного университета.
В дальнейшем авторы планируют протестировать другие способы блокировки
белков VDAC1, чтобы понять, какой подход позволит наиболее эффективно
бороться с последствиями гипергликемии.
Пресс-служба Российского научного фонда
Нет комментариев