Анотація до роботи:

Степанова І.В. – Динамічна взаємодія кальцієвих каналів плазматичної мембрани з внутрішньоклітинними кальцієвими депо в сенсорних нейронах щура. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.02 – біофізика. Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України, Київ, 2005.

Дисертацію присвячено дослідженню взаємного внеску кальцієвих каналів плазматичної мембрани, мітохондрій та ендоплазматичного ретикулуму (ЕР) у кальцієву сигналізацію в нейронах спінальних гангліїв малого та середнього діаметра соми. Показано, що у контрольних умовах мітохондрії активно захоплюють Са²⁺, що надходить в цитозоль через потенціалкеровані канали плазмалеми, обмежуючі амплітуду кальцієвого транзієнта, викликаного деполяризацією плазмалеми на 39%. ЕР, навпаки, підсилює сигнал, викликаний аплікацією гіперкалієвого розчину на 35%. Показано наявність депоактивованих кальцієвих транзієнтів, що виникають у цих клітинах як при активації ріанодинчутливих або інозитол-трифосфатчутливих рецепторів ЕР, так і при спустошенні ЕР через канали витоку шляхом аплікації тапсигаргіну. Проаналізовано різницю в кінетичних характеристиках наростання депоактивованих кальцієвих сигналів і зроблено припущення про можливі причини наявності таких розбіжностей. Проведено дослідження капсаіциніндукованих кальцієвих сигналів, пов’язаних з наявністю ванілоїдних рецепторів на плазматичній мембрані і мембрані ЕР, показано, що чутливість рецепторів плазмалеми майже на порядок вище, ніж їх чутливість у внутрішній мембрані. Доведено участь мітохондрій у формуванні характеристик кальцієвих транзієнтів, пов’язаних з активацією депокерованих та рецепторкерованих кальцієвих каналів плазматичної мембрани.

У дисертації відповідно до поставленої мети та завдань проведено дослідження функціонування кальційрегулюючих механізмів у ноціцептивних нейронах спінальних гангліїв (СГ) та встановлено внесок кожного з механізмів у формування внутрішньоклітинних кальцієвих транзієнтів, що дозволяє значно розширити уявлення про роль різних Са²⁺-транспортних систем у кальцієвій сигналізації нейронів СГ малого та середнього діаметру.

1. З використанням флуоресцентної кальційметрії досліджено участь мітохондрій та ендоплазматичного ретикулуму (ЕР) у формуванні характеристик кальцієвих сигналів, викликаних надходженням Са²⁺ з позаклітинного середовища при деполяризації плазматичної мембрани, входом Са²⁺ з позаклітинного середовища в цитозоль нейронів при спустошенні ЕР шляхом активації його рецепторів або блокуванні АТФаз, а також активацією ванілоїдних рецепторів плазматичної мембрани в нейронах СГ малого та середнього діаметру, вірогідно залучених у процеси ноціцепції.

   Порівняння впливу внутрішньоклітинних кальційрегулюючих органел на зміни амплітудно-кінетичних характеристик кальцієвих транзієнтів показало, що в досліджуваних нейронах найбільш потужним механізмом регуляції концентрації вільного Са²⁺ в цитозолі є мітохондрії. Вони модулюють кальцієві сигнали, які виникають в цитозолі клітини, незалежно від джерела підвищення [Ca²⁺]_i.

   Аналіз функціонування ЕР виявив його вплив на характеристики внутрішньоклітинних кальцієвих сигналів не лише через вивільнення Са²⁺ шляхом активації відповідних рецепторів ЕР, а і шляхом забезпечення зворотнього зв’язку між вивільненням Са²⁺ з депо і активацією депозалежного входу Са²⁺ в досліджуваних нейронах.

   Дослідження входу Са²⁺ з позаклітинного середовища в цитозоль нейронів СГ малого та середнього діаметру виявило значні розбіжності в кінетичних характеристиках фази наростання відповідних транзієнтів в залежності від механізму, за допомогою якого відбувалось вивільнення Са²⁺ з депо ЕР. Наявність входу Са²⁺ з позаклітинного середовища, викликаного блокуванням АТФаз ЕР, свідчить, що підвищення концентрації інозитолтрифосфату в цитозолі не є необхідною умовою виникнення депозалежого входу Са²⁺ в досліджувані нейрони.

   Виявлено гетерогенність досліджуваних нейронів за чутливістю мембрани ЕР до капсаіцину, це може бути обумовлене наявністю різних підтипів ванілоїдних рецепторів на мембрані ЕР нейронів СГ малого та середнього діаметру соми. Виявлено участь мітохондрій у формуванні кальцієвих транзієнтів, викликаних активацією ванілоїдних рецепторів плазматичної мембрани.

   Отримані результати демонструють важливу роль взаємодії механізмів, за допомогою яких іони Са²⁺ надходять з позаклітинного середовища при деполяризації плазматичної мембрани, активації її рецепторів, при спустошенні депо ЕР з внутрішньоклітинними кальційрегулюючими органелами у кальцієвій сигналізації нейронів СГ, залучених у процеси ноціцепції. Порушення такої взаємодії є однією з причин зміни передачі сенсорних сигналів при патологічних станах.

   Перелік опублікованих праць здобувача за темою дисертації.

   Статті:

   1. П. Костюк, Е. Потапенко, И. Степанова. Щелочно-кислотное равновесие и функция нервной клетки. Весци нацианальной академии наук Беларуси 2003, Т.3, С.34-39.

   2. Е.П. Костюк, И.В. Степанова, В.О. Пинченко. Роль изменений кальциевой сигнализации в процессе ноцицептивной передачи в условиях стрептозотоцин-индуцированного диабета. Клин. и эксперим.патол. 2004, Т.3, №2, С.121-124.

   3. E.P. Kostyuk, P.G. Kostyuk, I.V. Stepanova. Intracellular mechanisms participating in the formation of neuronal calcium signals. Neurophysiology 2004, V36, №5/6, С.405 – 417.

   4. І.В. Степанова, П.Г. Костюк, О.П. Костюк. Динамічна взаємодія структур плазматичної мембрани з внутрішньоклітинними кальцієвими депо в сенсорних нейронах щура. Фізіол. Журн. Т51, №2, С. 14-22.

   5. И.В. Степанова. Депозависимый вход Са²⁺ в сенсорные нейроны крыс. Нейрофизиология 2005, Т.37, №3, С.277-283.

   Тези доповідей:

   1. E. Potapenko, P. Kostyuk, I. Stepanova, E. Kostyuk. Intracellular calcium homeostasis changes induced in rat spinal cord neurons by extracellular acidification. Physiological Society Spring Workshop “Receptors and Cell Signslling in Oxidative Stress”, Budapest 2003.

   2. Stepanova I., Dynamic interaction between plasma membrane structures and intracellular calcium stores in nociceptive neurons of rats, IBRO advanced school of neuroscience, IASN 2004, Crimea.

   3. Stepanova I., P. Kostyuk. Possible mechanisms of store-operated entry in rat primary nociceptive neurons, IBRO CEERC Summer school 2005, Hungary.