Телефонний довідник

Ukrainian English French German Italian Latvian Lithuanian Polish Spanish

 ВІДДІЛ БІОХІМІЇ М'ЯЗІВ

Завідувач – академік НАН України, д. б. н., професор Костерін Сергій Олексійович

Тeл.:+(044) 234 16 53, E-mail:kinet@biochem.kiev.ua

Відділ біохімії м’язів було створено (спочатку – у форматі лабораторії) у травні 1944 р. Організатором та незмінним керівником відділу до січня 1970 р. був видатний біохімік член-кор. АН СРСР та АН УРСР, д.б.н., проф. Д.Л. Фердман. Із січня 1970 р. до травня 1973 р. обов’язки завідувача відділу виконувала к.б.н. В.А. Григор’єва, а з травня 1973 р. відділ очолював д.б.н. проф. М.Д. Курський. У вересні 1988 р. в інституті, відповідно до рішення Вченої ради після кадрової реорганізації відділу біохімії м’язів, було створено новий відділ – біохімічної кінетики (завідувач – С.О. Костерін), а у липні 1996 р. після структурної реорганізації інституту, відповідно до рішення Вченої ради Інституту,відділ біохімії м’язів було розформовано, а відділ біохімічної кінетики перейменовано у відділ біохімії м’язів.

На теперішній час у складі відділу працюють: 7 докторів та 8 кандидатів наук, 3 інженери, 2 аспіранти.

Найвагоміші результати за 2010-2015 рр.:

У звітний період наукові дослідження відділу були присвячені подальшому з’ясуванню біохімічних та біофізико-хімічних механізмів спряження збудження і скорочення в гладеньких м’язах (переважно – на прикладі гладенького м’яза матки). Зокрема, проводився науковий пошук, спрямований на порівняльне вивчення властивостей систем енергозалежного транспорту іонів Са та Na, що локалізовані у субклітинних мембранних структурах.

Доведено, що іони Са індукують деполяризацію мембрани мітохондрій гладенького м’яза матки. Цей процес пригнічується рутенієвим червоним або за умов наявності у середовищі інкубації Mg2+ і АТР. Збільшення концентрації органічного полікатіона сперміну (1-10 мМ) також призводило до деполяризації мембрани мітохондрій міометрія. Антагоністи кальмодуліну (трифлуопіразин, кальмідазоліум) гальмували активність кальцієвого уніпортеру та деполяризували внутрішню мембрану мітохондрій.

В мітохондріях міометрія щурів доведено існування переносника іонів К+, що має властивості К+АТР–каналу (блокується глібенкламідом та АТР і активується діазоксидом).

Доведено, що при однакових коефіцієнтах трансляційної дифузії DT (що призводить до тотожності функцій розподілу гідродинамічного діаметру частинок, зокрема, мітохондрій) відмінність форми частинок від сферичної можна виявити за відмінністю кількості рахункових імпульсів, які реєструються при дискретизації флуктуацій інтенсивності розсіяного частинками світла і співвідносяться з певним значенням гідродинамічного діаметру частинок.

Встановлено, що окисли азоту стимулюють Na++-АТРазну активність сарколеми міометрія цГМФ-залежним шляхом. В умовах безпосередньої дії на цей мембранозв’язаний ензим вони концентраційно-залежно і високоафінно інгібують Na++-АТРазу за безконкурентним або змішаним механізмом. Інгібувальний ефект пов’язаний із хімічною модифікацією нітрозактивними сполуками функціонально-важливих тіольних залишків.

Розроблено та досліджено математичну модель, яка імітує поведінку гладеньком’язової клітини в умовах її стимуляції агоністом. Встановлено, що в залежності від значень параметрів моделі можна спостерігати як поодинокі сплески концентрації Ca2+ у цитозолі, так і періодичні її коливання.

У співпраці із співробітниками ІОХ НАН України (чл.-кор. НАНУ В.І.Кальченко та колеги) розроблено біохімічні технології, необхідні для пошуку, вивчення властивостей та механізму дії нових біологічно активних оборотних ефекторів (на прикладі каліксаренів, зокрема, калікс[4]аренів) – потенційно можливих регуляторів трансмембранного обміну іонів, перш за все - іонів Са, в гладеньких м’язах матки та процесу „скорочення-розслаблення” останніх.

Доведено, що каліксарен С-91 стимулював Mg2+,АТР-залежне накопичення іонів Са в мітохондріях, але практично не впливав на активність кальцієвих помп саркоплазматичного ретикулума та плазматичної мембрани. Попередня інкубація пермеабілізованих дигітоніном клітин міометрія з каліксаренами С-136 та С-137 призводить до збільшення рівня поляризації внутрішньої мембрани мітохондрій. Зазначені каліксарени на нижньому вінці каліксаренової молекули містять 2 амідохалконові групи. Каліксарени С-136 та С-137 відрізняються наявністю ефірних чи гідроксильних груп, відповідно, на нижньому вінці каліксаренової платформи, а також довжиною алкільного спейсера між амідохалконовими групами та макроциклом. Було продемонстровано, що у водному середовищі та у розчині DMF каліксарени здатні до утворення міцел. Опромінення міцел аргоновим лазером на проточному цитометрі призводило до появи автофлуоресценції. У водному середовищі міцели каліксаренів здатні до взаємодії з позитивно зарядженим потенціалчутливим флуоресцентним зондом TMRM. Одначе каліксарени, що були розчинені в DMF, не взаємодіють із зондом TMRM. Рівень поляризації мітохондріальних мембран тестували за допомогою флуоресцентних зондів MTG та TMRM на конфокальномиу мікроскопі та зонда TMRM на проточному цитометрі. Досліди провадили з використанням клітин міометрія у культурі та суспензії пермеабілізованих дигітоніном міоцитів матки. Максимальний ефект гіперполяризації становив 173 % відносно контроля.

Продемонстровано, що метод лазерної конфокальної мікроскопії можна використовувати з метою візуалізації розподілу потенціалочутливого флуоресцентного зонда DіО(С6)-3 в енергезованих мітохондріях міоцитів матки. Із застосуванням цього методу підтверджено здатність каліксаренів С-99 та С-107 викликати зростання мембранного потенціалу мітохондрій. Ці експериментальні факти можуть бути корисними для подальшого вивчення ролі мітохондрій у контролі внутрішньоклітинного кальцієвого гомеостазу в гладеньких м’язах, біохімічних аспектів спряження збудження і скорочення в них.

У дослідах проведених на фракції плазматичних мембран міоцитів матки та суспензії сперматозоїдів показано, що каліксарени С-97, C-99 та С-107 ефективніше за уабаїн, інгібують активність Na+,K+-АТРази як у випадку скоротливих, так і рухливих клітин. У той же час каліксарен С-99, який пригнічує Na+,K+-АТРазну активність гладеньком’язевих клітин, практично не впливає на неї у випадку сперматозоїдів. В цілому ці дані вказують, що зазначені каліксарени, практично не впливаючи на „базальну” Mg2+-АТР-азну активність, є ефективними інгібіторами Nа++-АТР-азної активності у плазматичній мембрані (принаймні, у випадку скоротливих та рухливих клітин).Виявилося, що інгібітор натрієвої помпи калікс[4]арен С-90 здатний до формування в мембрані Сl--провідних структур (дослідження, що були проведені спільно з д.б.н. О.Шатурським).

З’ясовано, що за присутності каліксаренів С-99 та С-107, а також окислів азоту, зростають характеристичні розміри міоцитів матки, які вимірювались із використанням методу фотонної кореляційної спектроскопії. Даний ефект корелює із здатністю досліджуваних сполук викликати релаксацію міометрія.

Доведено, що каліксарен С-90 цілком може претендувати на роль селективного інгібітора Са2+,Mg2+-АТРази плазматичної мембрани: значення I0,5 становить 20–30 мкМ, ефект на інші АТР-гідролази плазматичної мембрани практично відсутній. Інгібіційний ефект каліксарену С-90 на активність Са2+,Mg2+-АТРази пов’язаний з кооперативною дією чотирьох трифторметилфенилсульфониліминових (сульфониламидинових) груп, односпрямовано орієнтованих на верхньому вінці калікс[4]аренового макроциклу (калікс[4]аренової чаші). Одержані експериментальні дані можуть мати значення для дослідження, з використанням каликс[4]арену С- 90, молекулярних та мембранних механізмів регуляції концентрації Са2+ у гладеньком’язових клітинах, вивчення ролі Са2+-помпи плазматичної мембрани в контролі електро- та фармакомеханічного спряження в міоцитах.

Результати порівняльних експериментів із каталітичного титрування каліксаренами С-97 та С-99 АТР-ази актоміозину та Nа++-АТР-ази плазматичних мембран міометрія вказують на значно більшу чутливість Nа+-помпи до цих ефекторів порівняно з АТР-азою скоротливого комплекса. Величина уявної константи інгібування АТР-ази актоміозину каліксаренами С-97 та С-99 (I0,5 становить 88+9 та 86+8 мкМ відповідно) на три порядки більше, ніж у випадку Nа++-АТРази плазматичної мембрани (I0,5 дорівнює 33+4 та 98+8 нМ відповідно). Зазначені каліксарени навіть у концентрації 100 мкМ практично не впливають на активність “базальної” Mg2+-АТР-ази плазматичної мембрани.

Доведено, що вибрані каліксарени впливають на активність АТР-ази скоротливих білків шляхом взаємодії із субфрагментом-1 міозину. З використанням методів комп’ютерного моделювання (докінг, молекулярна динаміка із залученням грід-технологій) розбудовано молекулярну модель комплексоутворення між субфрагментом-1 міозину та каліксаренами С-99 та С-97. З’ясовано структурні основи міжмолекулярної взаємодії каліксаренів із субфрагментом-1. Продемонстровано, що суттєве значення у стабілізації комплексу “каліксарен-субфрагмент-1” мають гідрофобні та електростатичні сили, π-π (стекінг) взаємодії, а також водневі зв’язки. Ідентифіковано амінокислотні залишки, які беруть участь у зв’язуванні каліксаренів С-99 та C-97 із субстрат-зв’язувальним доменом субфрагмента-1 міозину.

І, нарешті, доведено, що каліксарен С-107, функціоналізований двома трет-бутильними та двома аміно-(2-піридил)метилфосфоновими групами, які знаходяться в дистальних положеннях верхнього вінця каліксаренової молекули, є комплексоутворювачем для АТР у розчинах і здатний до гідролізу цього нуклеозидтрифосфату.

У фундаментальному аспекті накопичені дані є суттєвими для розуміння біохімічних та біофізичних механізмів іонного (перш за все кальцієвого) контролю функціонування гладеньких м’язів як складної рецепторної електромеханохімічної системи. У практичному аспекті одержані результати є перспективними для подальшої розбудови нових нетоксичних (малотоксичних) оборотних ефекторів (на основі каліксаренів) - селективних та високоафінних регуляторів (інгібіторів, активаторів) каталітичної та транспортної активності АТР-гідролаз. Потенційно такі ефектори можуть слугувати “супрамолекулярними платформами” для створення ліків нового покоління – модифікаторів активності АТР-гідролазних систем у випадку її порушення за патологічних станів (гіпо- та гіпертонус матки, гіпо- та гіпертензія, зміни у моториці шлунково-кишкового тракту тощо).

Найважливіші публікації співробітників відділу за 2010-2015 р.р.

Публікації

1. Vadzyuk O, Kosterin S. Diazoxide attenuates ROS generation and exerts cytoprotection under conditions of ROS overproduction in rat uterus cells. //Turkish Journal of Biology.  - 2015, V.39, № 3, pp. 447-454.
2. Veklich T.O., Shkrabak A.A., Slinchenko N.N., Mazur I.I., Rodik R.V., Boyko V.I., Kalchenko V.I., Kosterin S.O. Calix[4]arene С-90 selectively inhibits  Ca2+,Mg2+-АТРаse of myometrium cell plasma membrane //Biochemistry (M). – 2014, V. 79, № 5. pp. 417-424.
3. Shatursky J.Ya., Kasatkina L.A., Rodik R.V., Cherenok S.O., Shkrabak O.A., Veklich T.O., Borisova T.O., Kosterin S.O., Kalchenko V.I. Anion carrier formation by calix[4]arenebishydroxymethylphosphonic acid in bilayer membranes //Organic & Biomolecular Chemistry. 2014, V. 12, pp. 9811–9821.
4. Mazur Iu.Iu., Kosterin S.A., Veklich T.V., Shkrabak O.A. Gibbs-Donnan Potential as a Tool for Membrane Vesicles Polarization //Journal of Biophysical Chemistry. 2014, V.5, №5, pp. 78-89.
5. Komisarenko S.V., Kosterin S.O., Lugovskoy E.V., Cherenok S.O.,Tanchuk V.Yu., Vovk A.I., Kalchenko V.I. Ligands. Synthesis, Characterization and Role. Nova Science Publishers, INC. USA. 2014.
6. Комисаренко С.В., Кальченко В.И., Костерин С.А., Луговской Э.В., Лабынцева Р.Д., Черенок С.А., Бевза А.В. Каликс[4]аренметиленбисфосфоновые кислоты - перспективные наноэффекторы биохимических процессов. В монограф.: «НАНОТЕХНОЛОГИЯ». Київ: Наукова думка.  2014 р.
7. Коломієць О. В., Данилович Ю. В., Данилович Г. В., Костерін С. О. Са2+/Н+-обмін у мітохондріях міометрія //Ukr. Biochem. J. – 2014. V. 86, № 3. – P. 41-48.
8. Шликов С.Г., Бабіч Л.Г., Євтушенко М.Є., Карахім С.О., Костерін С.О. Модуляція мембранного потенціалу мітохондрій міометрія антагоністами кальмодуліну //Ukr. Biochem. J.  2014, Т.86, №1, c. 29-41.
9. Мохорт М.А., Геращенко І.В., Шкрабак О.А., Мазур Ю.Ю., Векліч Т.О. Похідні імідазо [1,2-а]азепінію  як модифікатори скоротливої активності міометрія // Фармакологія та лікарська токсикологія. 2014, Т. 37, №1, c. 65-72.
10. Babich L.G., Shlykov S.G., Boiko V.I., Klyachina  M.A., Kosterin S.A. Calix[4]arenes C-136 and C-137 Hyperpolarize Myometrium Mitochondria Membranes //Journal of Bioorg. Chem. (M). 2013, V. 39, №. 6, pp. 649–655.
11. Kalchenko V.I., Cherenok S.A., Kosterin S.O., Lugovskoy E.V.,  Komisarenko S.V., Vovk A.I., Tanchuk V.Y., Kononets L.A., Kukhar  V.P. Calixarene Phosphonous Acids: Synthesis and Biological Activity. Special Issue: 19th International Conference on Phosphorus Chemistry (ICPC-2012), Rotterdam, 8–12 July, 2012.  Phosphorus, Sulfur, and Silicon and the Related Elements. V.188. Issue 1-3, 2013, pp.232-237.
12. Komisarenko S.V., Kosterin S.O., Lugovskoy E.V., Kalchenko V.I. Calixarene methylene bisphosphonic acids as promising effectors of biochemical processes. In: Biochemistry and Biotechnology for Modern Medicine. KYIV. Edited by Prof. Serhiy Komisarenko. К.: Publishing House Moskalenko O.M. 2013, pp. 293-327.
13. Кибирев В.К., Осадчук Т.В., Козаченко А.П., Вадзюк О.Б., Броварец В.С.. Непептидные ингибиторы фурина на основе амидиногидразонов диарилальдегидов //Український біохімічний журнал. 2013, Т. 85, № 1, c. 22-32.
14. Векліч Т.О., Шкрабак О.А., Мазур Ю.Ю., Родік Р.В., Бойко В.І., Кальченко В.І., Костерін С.О. Кінетичні закономірності дії калікс[4]арену С-90 на Са2+,Mg2+-АТРазну активність плазматичної мембрани та на концентрацію Са2+ в незбуджених клітинах міометрія  //Укр. біохім. журн. 2013, Т. 85, №4, c. 20-29.
15. Бевза О.В., Векліч Т.О., Шкрабак О.А., Родік Р.В., Кальченко В.І., Костерін С.О. Калікс[4]арен С-107 як високоафінний супрамолекулярний інгібітор Nа+,К+-ATP-ази плазматичної мембрани //Укр. біохім. журн. 2013, Т. 85, №2, c. 5-19.
16. Данилович Г. В., Данилович Ю. В., Коломієць О. В., Костерін С. О., Родік Р. В., Черенок С. О., Кальченко В. І., Чуніхін О. Ю., Горчєв В. Ф., Карахім С. О. Зміни поляризації плазматичної та внутрішньої мітохондріальної мембран клітин міометрія за дії каліксаренів – інгібіторів Na+, К+ - АТР-ази плазматичної мембрани //Укр. біохім. журн.  2012, Т. 84, № 6, c. 37-48.
17. Лабинцева Р.Д., Бевза А.А., Бевза О.В., Черенок С.О., В.І. Кальченко, С.О. Костерін. Структурно-функціональні основи міжмолекулярної взаємодії каліксарену С-97 із субфрагментом-1 міозину міометрія //Укр. біохім. журн. 2012, № 84, №1, c. 34–44.
18. Векліч Т.О., Шкрабак О.А., Черенок С.О., Кальченко В.І., Костерін С.О.  Порівняльне дослідження впливу калікс[4]арену С-99 та його аналогів на Nа+,K+-ATP-азну активність у плазматичній мембрані міоцитів матки //Укр. біохім. журн. 2012, Т. 84, № 6, c. 49-56.
19. Бабич Л.Г., Шлыков С.Г., Кандаурова Н.В., Костерин С.А. Трансмембранный    обмен ионов Са в деполяризованных митохондриях миометрия крыс //Укр.біохім.журн. 2011, Т.83, №6, c.52-57.
20. Данилович Г. В., Данилович Ю. В., Горчев В. Ф. Порівняльне дослідження методами спектрофлуориметрії та протокової цитометрії поляризації плазматичної і внутрішньої мітохондріальної мембран гладеньком’язових клітин із використанням потенціалчутливого зонду ДіОС6(3) //Укр. біохім. журн. 2011, Т. 83, №3, c. 99-105.
21. Вадзюк О.Б., Мазур, Ю.Ю., Костерін С.О. Регуляція функціонування АТР-чутливого К+-каналу міометрія активними формами кисню.//Укр.біохім.журн. 2011, Т.83, N3, c. 48-57.
22. Векліч Т.О., Шкрабак О.А., Родік Р.В.,  Кальченко В.І., Костерін С.О. Вплив каліксарену С-107 на кінетичні параметри Nа+,К+-АТР-ази плазматичної мембрани міоцитів матки //Укр. біохім. журн. 2011, Т. 83, №2, c. 36-44.
23. Векліч Т.О., Шкрабак О.А., Родік Р.В.,  Кальченко В.І., Костерін С.О. Каліксарен С-107 збільшує спорідненість Nа+,К+-АТР-ази плазматичної мембрани гладеньком`язових клітин до уабаїну //Укр. біохім. журн. 2011, Т. 83, №1, c. 38-44.
24. Кандаурова Н.В., Чуніхін О.Ю., Бабіч Л.Г., Шликов С.Г., Костерін С.О.  Ефектори трансмембранного кальцієвого обміну в мітохондріях міометрія змінюють їхній розмір та гранулярність. //Укр.біохім.журн. 2010, Т.82, №6, c. 52-56.

 

Підготовка кадрів:

За останні 5 років у відділі та на підставі роботи, виконаної у співпраці з відділом, були захищені: 3 докторські дисертації (С.Г.Шликов, Л.Г.Бабіч, Ю.В.Данилович); 3 кандидатські дисертації (О.А.Шкрабак, Н.В.Кандаурова, А.А.Бевза).