Вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних мембран нейронiв
В основi внутрiшньоклiтинної кальцiєвої сигналiзацiї, яка вiдiграє важливу роль у рiзноманiтних фiзiологiчних та патологiчних процесах, лежить активнiсть iнозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторiв (InsP₃Rs). У даному дослiдженнi з використанням iзольованих ядер клiтин Пуркiньє мозочка щурiв показано, що...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2012
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/85339 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних мембран нейронiв / О.А. Федоренко, О.В. Лунько, С.М. Марченко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 12. — С. 168-171. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-85339 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-853392017-11-02T15:06:33Z Вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних мембран нейронiв Федоренко, О.А. Лунько, О.В. Марченко, С.М. Біофізика В основi внутрiшньоклiтинної кальцiєвої сигналiзацiї, яка вiдiграє важливу роль у рiзноманiтних фiзiологiчних та патологiчних процесах, лежить активнiсть iнозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторiв (InsP₃Rs). У даному дослiдженнi з використанням iзольованих ядер клiтин Пуркiньє мозочка щурiв показано, що кластеризацiя InsP₃Rs призводить до значного збiльшення їх активностi, зокрема зростає вiрогiднiсть їх вiдкритого стану. Причому нашi данi вказують на те, що причиною цього пiдвищення активностi каналiв є алостеричнi взаємодiї мiж близькорозташованими InsP₃Rs. Таким чином, утворення кластера пiдвищує вiрогiднiсть вiдкритого стану каналу i, вiдповiдно, збiльшує амплiтуду кальцiєвого сигналу. В основе внутриклеточной кальциевой сигнализации, которая играет важную роль в различных физиологических и патологических процессах, лежит активность инозитол-1,4,5-трифосфатных рецепторов (InsP₃Rs). В данной работе с использованием изолированных ядер клеток Пуркинье мозжечка крыс показано, что кластеризация InsP₃Rs приводит к значительному увеличению их активности, в частности, к возрастанию вероятности их открытого состояния. Причем наши данные указывают на то, что причиной этого повышения активности каналов являются аллостерические взаимодействия между близкорасположенными InsP₃Rs. Таким образом, формирование кластера увеличивает вероятность открытого состояния канала и, соответственно, приводит к возрастанию амплитуды кальциевого сигнала. The activity of inositol-1,4,5-triphosphate receptors (InsP₃Rs) is a base of the intercellular calcium signalization, which plays an important role in different physiological and pathological processes. We used the isolated nuclei of Purkinje cells from the rat cerebellum. Our results show that the clusterization of InsP₃Rs leads to the essential increase of their activity and, in particular, to the growth of the open state probability for their channels. We have demonstrated that the channel activity increases by the allosteric interaction of near situated InsP₃Rs. Thus, the formation of clusters increases the probability of the opened state of the channel and enhances the amplitude of a calcium signal. 2012 Article Вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних мембран нейронiв / О.А. Федоренко, О.В. Лунько, С.М. Марченко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 12. — С. 168-171. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/85339 577.352 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Біофізика Біофізика |
| spellingShingle |
Біофізика Біофізика Федоренко, О.А. Лунько, О.В. Марченко, С.М. Вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних мембран нейронiв Доповіді НАН України |
| description |
В основi внутрiшньоклiтинної кальцiєвої сигналiзацiї, яка вiдiграє важливу роль у рiзноманiтних фiзiологiчних та патологiчних процесах, лежить активнiсть iнозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторiв (InsP₃Rs). У даному дослiдженнi з використанням iзольованих ядер клiтин Пуркiньє мозочка щурiв показано, що кластеризацiя InsP₃Rs призводить до значного збiльшення їх активностi, зокрема зростає вiрогiднiсть їх вiдкритого стану. Причому нашi данi вказують на те, що причиною цього пiдвищення активностi каналiв є алостеричнi взаємодiї мiж близькорозташованими InsP₃Rs. Таким чином, утворення кластера пiдвищує вiрогiднiсть вiдкритого стану каналу i, вiдповiдно,
збiльшує амплiтуду кальцiєвого сигналу. |
| format |
Article |
| author |
Федоренко, О.А. Лунько, О.В. Марченко, С.М. |
| author_facet |
Федоренко, О.А. Лунько, О.В. Марченко, С.М. |
| author_sort |
Федоренко, О.А. |
| title |
Вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних мембран нейронiв |
| title_short |
Вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних мембран нейронiв |
| title_full |
Вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних мембран нейронiв |
| title_fullStr |
Вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних мембран нейронiв |
| title_full_unstemmed |
Вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних мембран нейронiв |
| title_sort |
вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних мембран нейронiв |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Біофізика |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/85339 |
| citation_txt |
Вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних мембран нейронiв / О.А. Федоренко, О.В. Лунько, С.М. Марченко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 12. — С. 168-171. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT fedorenkooa vplivmižmolekulârnoívzaêmodiínafunkcionalʹnivlastivostiinozitoltrifosfatnihreceptorivâdernihmembrannejroniv AT lunʹkoov vplivmižmolekulârnoívzaêmodiínafunkcionalʹnivlastivostiinozitoltrifosfatnihreceptorivâdernihmembrannejroniv AT marčenkosm vplivmižmolekulârnoívzaêmodiínafunkcionalʹnivlastivostiinozitoltrifosfatnihreceptorivâdernihmembrannejroniv |
| first_indexed |
2025-07-06T12:33:02Z |
| last_indexed |
2025-07-06T12:33:02Z |
| _version_ |
1836900871266369536 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
12 • 2012
БIОФIЗИКА
УДК 577.352
© 2012
О.А. Федоренко, О. В. Лунько, С.М. Марченко
Вплив мiжмолекулярної взаємодiї на функцiональнi
властивостi iнозитолтрифосфатних рецепторiв ядерних
мембран нейронiв
(Представлено академiком НАН України I. С. Магурою)
В основi внутрiшньоклiтинної кальцiєвої сигналiзацiї, яка вiдiграє важливу роль у рiзно-
манiтних фiзiологiчних та патологiчних процесах, лежить активнiсть iнозитол-1,4,5-
трифосфатних рецепторiв (InsP3Rs). У даному дослiдженнi з використанням iзольова-
них ядер клiтин Пуркiньє мозочка щурiв показано, що кластеризацiя InsP3Rs призво-
дить до значного збiльшення їх активностi, зокрема зростає вiрогiднiсть їх вiдкритого
стану. Причому нашi данi вказують на те, що причиною цього пiдвищення активно-
стi каналiв є алостеричнi взаємодiї мiж близькорозташованими InsP3Rs. Таким чи-
ном, утворення кластера пiдвищує вiрогiднiсть вiдкритого стану каналу i, вiдповiдно,
збiльшує амплiтуду кальцiєвого сигналу.
Кальцiєва сигналiзацiя вiдiграє важливу роль у рiзноманiтних внутрiшньоклiтинних фi-
зiологiчних та патологiчних процесах [1, 2]. Вiдомо, що порушення у механiзмах регуляцiї
концентрацiї Ca2+ в нейронах мають iстотне значення у розвитку нейродегенеративних
захворювань, таких як хвороба Альцгеймера, хвороба Хантiнгтона, цереброспiнальна ата-
ксiя тощо [3–5].
Одну з ключових ролей у регуляцiї внутрiшньоклiтинної кальцiєвої сигналiзацiї вiдi-
грають iнозитол-1,4,5-трифосфатнi рецептори (InsP3Rs) [6–8]. Вони необхiднi для вивiль-
нення Са2+ iз клiтинних депо у вiдповiдь на пiдвищення концентрацiї iнозитолтрифосфату
в результатi дiї рiзноманiтних стимулiв [6]. Активацiя InsP3Rs призводить до генерацiї так
званих блiпiв (коли активнi лише поодинокi InsP3Rs) або пафiв (коли активуються згрупо-
ванi у кластерi рецептори), або кальцiєвих хвиль, якi поширюються на всю клiтину [7, 8].
У своїх попереднiх роботах ми показали, що InsP3Rs у великiй кiлькостi знаходяться
на внутрiшнiй мембранi ядер нейронiв Пуркiньє мозочка щурiв [9], тому в данiй роботi
ми використовували iзольованi ядра саме цього типу клiтин (детально метод iзоляцiї ядер
нейронiв описаний у [9]).
Дослiдження струмiв через поодинокi канали InsР3Rs проводили з використаням ме-
тоду петч-клемп у конфiгурацiї “nucleus-attached” або “excised patches” у режимi фiксацiї
168 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №12
Рис. 1. Залежнiсть середнього значення вiрогiдностi вiдкритого стану каналу (Po) вiд загальної кiлькостi
каналiв у петчi (N — кiлькiсть каналiв)
потенцiалу. Для того щоб зареєструвати роботу InsP3Rs, ми додавали до розчину в робочiй
камерi ATФ — 0,5 ммоль/л та iнозитолтрифосфату — 1 мкмоль/л, що вважається опти-
мальним для активацiї InsP3Rs [6]. Концентрацiя вiльного Са2+ у цьому розчинi становила
150–170 нмоль/л. Сигнали з виходу пiдсилювача Visual Patch VP-500 (“Bio-Logic”, Францiя)
пропускали через низькочастотний фiльтр Бессела (частота зрiзу 2 кГц), оцифровували
з частотою 104 с−1 i зберiгали на жорсткому диску комп’ютера. Аналiз отриманих резуль-
татiв проводили з використанням програми “pClamp 9.0”. Статистична вiрогiднiсть резуль-
татiв визначалася за критерiєм t Стьюдента (P < 0,05 вважалося статистично вiрогiдним).
При аналiзi роботи активованих InsP3Rs було помiчено, що вiрогiднiсть вiдкритого ста-
ну каналу (Po) залежала вiд кiлькостi рецепторiв в петчi (дiлянка мембрани, обмежена
петч-пiпеткою). Зокрема, було чiтко продемонстровано, що збiльшення кiлькостi каналiв
у петчi пiд час реєстрацiї їх активностi призводило до значного росту середнього значен-
ня Po (рис. 1). Проте, коли ми дослiджували активнiсть декiлькох каналiв (бiльше одного),
то середнє значення отримували з великою похибкою. Тому наступним нашим кроком був
бiльш детальний аналiз розподiлу значень Po, для чого подiлили всi отриманi записи актив-
ностi InsP3Rs за кiлькiстю активних каналiв. Виявилося, що для однакового числа каналiв
у петчi ми спостерiгали рiзнi Po (рис. 2).
Цю розбiжнiсть ми спробували пояснити рiзними варiантами кластеризацiї InsP3Rs на
дослiджуванiй дiлянцi мембрани. У петчах, якi мiстили один рецептор, вiрогiднiсть вiдкри-
того стану InsP3Rs становила Po ≈ 0,03. Петчi, що мiстили два рецептори, за вiрогiднiстю
вiдкритого стану InsP3Rs чiтко дiлилися на двi групи, одна з яких мала середнє значення
Po ≈ 0,028, що практично збiгається з вiрогiднiстю вiдкритого стану групи з одним рецепто-
ром i свiдчить про те, що в данiй групi канали були не залежнi один вiд одного. В той же час
друга група мала набагато бiльшу вiрогiднiсть вiдкритого стану (Po ≈ 0,115), що, очевидно,
вiдповiдає кластеру iз двох взаємопов’язаних рецепторiв.
Для петча з трьома каналами картина ще бiльше ускладнювалася. Тут канали за вiрогiд-
нiстю вiдкритого стану дiляться на три групи: 1) група iз низькою вiрогiднiстю вiдкритого
стану (Po ≈ 0,03), що достовiрно не вiдрiзняється вiд Po для поодиноких каналiв; 2) група,
яка мала промiжне положення з Po ≈ 0,1, що приблизно вiдповiдає кластеру з двох каналiв;
3) група петчiв, де вiрогiднiсть вiдкритого стану каналiв збiльшувалась у декiлька разiв
i Po ≈ 0,26, що, ймовiрно, вiдповiдає кластеру з трьох каналiв.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №12 169
Рис. 2. Значення вiрогiдностi вiдкритого стану (Po) каналу при рiзнiй кiлькостi каналiв у петчi: чорним
позначенi поодинокi канали, сiрим — кластери з двох каналiв, бiлим — кластери з трьох каналiв (N —
кiлькiсть каналiв)
Збiльшення вiрогiдностi вiдкритого стану каналу в петчах, що мiстять бiльше нiж один
рецептор, вказують на взаємодiю мiж каналами, тобто один канал деяким чином впливав
на Po iншого.
Було чiтко показано, що InsP3Rs у кластерi взаємодiють пiд впливом кальцiю, який ви-
дiляється через вiдповiднi канали пiд час їх активацiї [7]. Тобто активнiсть одного InsP3Rs
призводить до видiлення кальцiю, що в результатi активує сусiднi рецептори. Але в по-
ставлених нами експериментальних умовах по обидва боки мембрани знаходилися розчини
з однаковим вмiстом Са2+. Таким чином, вiдкриття каналу InsP3Rs не могло бути викликане
збiльшеною концентрацiєю Са2+ з iншого боку мембрани. Вiдповiдно, кальцiєвий механiзм
взаємодiї мiж рецепторами був неможливий.
Альтернативною можливiстю пояснити це явище є алостерична взаємодiя мiж зв’язани-
ми рецепторами у кластерi. В цьому випадку конформацiйнi змiни, якi вiдбувалися з моле-
кулою каналу при його вiдкриваннi, впливають на сусiднi канали, збiльшують вiрогiднiсть
їх вiдкритого стану. Наявнiсть такого тiсного контакту мiж InsP3Rs створює можливiсть
для активацiї цiлого кластера при спрацьовуваннi лише одного каналу, а, отже, i генерацiї
значного кальцiєвого сигналу.
Таким чином, кластеризацiя не просто зближує рецептори, але й призводить до змiни
механiзма їх роботи. Утворення кластера пiдвищує вiрогiднiсть вiдкритого стану кожного
каналу i, вiдповiдно, збiльшує амплiтуду кальцiєвого сигналу.
Дослiдження виконанi в Державнiй ключовiй лабораторiї молекулярної та клiтинної бiологiї
(грант ДФФД F46.2/001).
1. Berridge M. J., Bootman M.D., Roderick H. L. Calcium signalling: dynamics, homeostasis and remodel-
ling // Nature Rev. Mol. Cell Biol. – 2003. – 4. – P. 517–529.
2. Clapham D.E. Calcium signalling // Cell. – 2007. – 131. – P. 1047–1058.
3. Bezprozvanny I. Role of inositol 1,4,5-trisphosphate receptors in pathogenesis of Huntington’s disease and
spinocerebellar ataxias // Neurochem Res. – 2011. – 36. – P. 1186–1197.
4. LaFerla F.M. Calcium dyshomeostasis and intracellular signaling in Alzheimer’s disease // Nat. Rev.
Neurosci. – 2002. – 3. – P. 862–872.
5. Foskett J. K. Inositol trisphosphate receptor Ca2+ release channels in neurological diseases // Pflugers
Arch. – 2010. – 460. – P. 481–494.
6. Bezprozvanny I. The inositol 1,4,5-trisphosphate receptors // Cell Calcium. – 2005. – 38. – P. 261–272.
7. Bootman M.D., Lipp P., Berridge M. J. The organization and functions of local Ca2+ signals // J. Cell
Sci. – 2001. – 114. – P. 2213–2222.
170 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №12
8. Berridge M. J. Elementary and global aspects of calcium signaling // J. Exp. Biol. – 1997. – 200. –
P. 315–319.
9. Marchenko S.M., Yarotskyy V.V., Kovalenko T.N. et al. Spontaneously active and InsP3-activated ion
channels in cell nuclei from rat cerebellar Purkinje and granule neurons // J. Physiol. – 2005. – 15, No 565. –
P. 897–910.
Надiйшло до редакцiї 16.05.2012Iнститут фiзiологiї iм. О.О. Богомольця
НАН України, Київ
Е.А. Федоренко, О.В. Лунько, С.М. Марченко
Влияние межмолекулярного взаимодействия на функциональные
свойства инозитолтрифосфатных рецепторов ядерных мембран
нейронов
В основе внутриклеточной кальциевой сигнализации, которая играет важную роль в раз-
личных физиологических и патологических процессах, лежит активность инозитол-1,4,5-
трифосфатных рецепторов (InsP3Rs). В данной работе с использованием изолированных
ядер клеток Пуркинье мозжечка крыс показано, что кластеризация InsP3Rs приводит к зна-
чительному увеличению их активности, в частности, к возрастанию вероятности их
открытого состояния. Причем наши данные указывают на то, что причиной этого по-
вышения активности каналов являются аллостерические взаимодействия между близко-
расположенными InsP3Rs. Таким образом, формирование кластера увеличивает вероят-
ность открытого состояния канала и, соответственно, приводит к возрастанию ампли-
туды кальциевого сигнала.
О.А. Fedorenko, О.V. Lunko, S.M. Мarchenko
The effect of intermolecular interaction on the functional properties of
inositol-triphosphate receptors of the nuclear membranes of neurons
The activity of inositol-1,4,5-triphosphate receptors (InsP3Rs) is a base of the intercellular calcium
signalization, which plays an important role in different physiological and pathological processes.
We used the isolated nuclei of Purkinje cells from the rat cerebellum. Our results show that the
clusterization of InsP3Rs leads to the essential increase of their activity and, in particular, to the
growth of the open state probability for their channels. We have demonstrated that the channel
activity increases by the allosteric interaction of near situated InsP3Rs. Thus, the formation of
clusters increases the probability of the opened state of the channel and enhances the amplitude of
a calcium signal.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №12 171
|