28-го березня 2025 р. в Інституті біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України відбулося чергове засідання загальноакадемічного міждисциплінарного семінару у галузі природничих наук «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології».
Із доповіддю «Молекулярні механізми кальцієвої сигналізації в збудливих клітинах: функціональна роль ріанодинових рецепторів» виступив доктор біологічних наук ШКРИЛЬ В’ЯЧЕСЛАВ МИХАЙЛОВИЧ, Інститут фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України.
У своєму вступному слові головуючий – академік НАН України професор С.О.Костерін відзначив, що В’ячеслав Михайлович є фахівцем у галузі нейрофізіології, молекулярної фізіології, клітинної біофізики та біологічної рецепторики. Учень академіка П.Г.Костюка. В.М.Шкриль, зокрема, досяг суттєвих результатів у галузі вивчення ролі ріанодинових рецепторів у формуванні та модуляції концентрації іонів Са у м’язових і нервових клітинах. У своїх дослідженнях Шкриль В.М. активно використовує сучасні прецизійні експериментальні та теоретичні методичні підходи до вивчення актуальних проблем фізико-хімічної біології клітини, а саме методи: - епіфлуоресценції та конфокальної мікроскопії з використанням Са2+-чутливих флуоресцентних зондів для дослідження внутрішньоклітинних кальцієвих транзиєнтів; - петч-клемпа в конфігурації «ціла клітина» для реєстрації трансмембранних Ca2+ струмів, тестування локального вивільнення зв'язаного кальцію під час фотолізного спалаху з кальцієвого буфера; - комп'ютерного моделювання та обробки кальцієвих сигналів для розрахунку кальцієвих потоків; - математичного моделювання.
Далі слово для міждисциплінарної наукової доповіді було надано В.М.Шкрилю.
Перш за все, він відзначив, що іони кальцію (Ca²⁺) є універсальним вторинним посередником, який у клітинах регулює багато фізіологічних процесів, зокрема збудження, м’язове скорочення, вивільнення медіаторів, синаптичну пластичність, секрецію, транскрипцію генів та апоптоз. Внутрішньоклітинна концентрація Ca²⁺ контролюється завдяки різноманітним молекулярним механізмам, які включають іонні канали, кальцій-зв'язувальні білки, канали вивільнення Ca²⁺ з внутрішньоклітинних депо, а також катіонні обмінники та помпи, що забезпечують видалення кальцію з цитозолю. У збудливих клітинах, таких як нейрони або м'язові клітини, стимульований збудженням вхід Ca²⁺ в клітину може додатково спричиняти підвищення його концентрації шляхом вивільнення Ca²⁺ із внутрішньоклітинних кальцієвих депо, що відіграє регуляторну роль у реалізації відповідних клітинних функцій.
Експериментальні дослідження свідчать, що внутрішньоклітинна концентрація Ca²⁺ змінюється від 50 нМ у стані спокою до приблизно 10 мкМ під час пікових фізіологічних стимулів. Надходження Ca²⁺ із позаклітинного середовища здійснюється через активацію різних мембранних каналів: потенціалзалежних кальцієвих каналів (VGCC), іонотропних рецепторів глутамату та ацетилхолінових рецепторів, а також каналів транзієнтного рецепторного потенціалу плазматичної мембрани. Крім того, в деяких випадках до цього процесу можуть залучатися Na⁺/Ca²⁺-обмінник плазматичної мембрани або інші додаткові сигнальні шляхи. Основною внутрішньоклітинною органелою, що сприймає і обробляє кальцієві сигнали, які надходять від кальцієвих каналів плазматичної мембрани, є ендоплазматичний ретикулум (ЕР), а у м'язових волокнах — саркоплазматичний ретикулум (СР).
Далі доповідач відзначив, що ріанодинові рецептори (RyRs) — це клас кальцієвих каналів, розташованих усередині клітини на мембрані ЕР або СР. Активність RyRs регулюється різними факторами, зокрема змінами концентрації іонів кальцію, фосфорилюванням, а також взаємодією з іншими білками. Ріанодинові рецептори чутливі до внутрішньоклітинного Ca²⁺, тому підвищення його концентрації в цитозолі може стимулювати вивільнення Ca²⁺ через ці рецептори — процес, відомий як Ca²⁺-індуковане вивільнення Ca²⁺ (CICR). Вивільнення Ca²⁺ із ретикулуму відбувається у вигляді дискретних подій, що мають стереотипну форму та можуть бути візуалізовані за допомогою конфокальної флуоресцентної мікроскопії та флуоресцентних Ca²⁺-чутливих барвників. Ці події отримали назву Ca²⁺-спалахів (Ca²⁺ sparks).
Цікаво, підкреслив доповідач, що взаємодія VGCC та RyRs у скелетному м’язі є алостеричною, тобто активність ріанодинового рецептора може змінюватися не шляхом безпосередньої взаємодії з його активним центром, а через пряме зв'язування з кальцієвими каналами плазматичної мембрани. При цьому активація рецептора не вимагає механізму CICR. За фізіологічних умов Ca²⁺-спалахи, що є мініатюрними проявами CICR, майже не фіксуються в інтактних скелетних м'язових волокнах дорослих ссавців.
У своїй доповіді доповідач також звернув увагу присутніх на те, що мітохондрії виконують не лише функцію фабрики клітинної енергії у вигляді АТФ, а й відіграють ключову роль в інших клітинних процесах. Підвищення концентрації Ca²⁺ в мітохондріях посилює продукцію нікотинамідаденіндинуклеотиду, активує транспорт електронів, змінює рівень протонів і сприяє утворенню активних форм кисню. Вважається, що окислення або нітрозативна модифікація RyRs, викликана підвищеною концентрацією реактивних кисневих сполук, може бути однією з причин появи Ca²⁺-спалахів або активації механізму CICR у скелетних м’язах.
У кардіоміоцитах поява Ca²⁺-спалахів зумовлена CICR не лише для ініціації цієї події, але й є важливою для поширення активації серед групи RyRs, відзначив Шкриль В.М. Спонтанний характер Ca²⁺-спалахів та невизначеність місця їх виникнення ускладнюють точне визначення параметрів таких мініатюрних сигналів. Сучасні методи швидкої конфокальної мікроскопії дають змогу детально досліджувати зміни внутрішньоклітинної концентрації Ca²⁺ у збудливих клітинах як на локальному рівні, так і в контексті швидких змін у межах всієї клітини.
Мобілізація Ca²⁺-сигналізації також спостерігається в нейронах головного мозку. Зокрема, RyRs у периферичних і центральних нейронах можуть підсилювати та подовжувати вхідні Ca²⁺-сигнали завдяки механізму CICR. Встановлено, що в сомі пірамідальних нейронів наявна ретикулярна мережа ЕР, яка простягається до дендритів та по всій довжині аксона, включаючи пресинаптичні бутони. Крім того, довготривала стимуляція пірамідальних клітин CA1-зони гіпокампу індукує вивільнення Ca²⁺ із дендритних або пресинаптичних ріанодинчутливих Ca²⁺-депо.
На завершення доповіді д-р Шкриль В.М. підкреслив важливу обставину - дисфункція ріанодинових рецепторів може призводити до порушень у вивільненні Ca²⁺ з внутрішньоклітинних депо, що, своєю чергою, може спричиняти м’язову слабкість і дегенерацію тканин. У серцевих клітинах неправильне функціонування RyRs може викликати порушення циклічних змін концентрації Ca²⁺, необхідних для нормального скорочення серцевого м’яза, що підвищує ризик розвитку аритмій. Дисфункція RyRs також асоціюється з різними патологіями, включаючи м’язову дистрофію Дюшена, серцеві аритмії та нейродегенеративні розлади, такі, наприклад, як хвороба Альцгеймера.
Із запитаннями до доповідача та обговоренням доповіді виступили: член-кор. НАН України М.П.Куліш, член-кор. НАН України І.О.Фрицький, акад. НАН України С.О.Костерін, д.б.н. Л.Г.Бабіч, д.б.н. Ю.В.Данилович, д.б.н. О.П.Матишевська, д.б.н. А.О.Тихомиров, к.б.н. Г.В.Косякова та інші.
У своєму прикінцевому виступі головуючий академік С.О.Костерін подякував доктору біологічних наук Шкрилю В.М. за цікаву та змістовну міждисциплінарну доповідь (на стику «Молекулярна фізіологія» + «Біофізика клітини» + «Нейрофізіологія» + «Біофізична хімія» + «Біологічна рецепторика» + «Комп’ютерні технології» + «Математичне моделювання»). Головуючий побажав В’ячеславу Михайловичу подальших творчих наукових успіхів у вивченні актуальних проблем сучасної клітинної біології та молекулярної фізіології у галузі дослідження внутрішньоклітинного кальцієвого сигналінгу.
На честь доповідача – докт. біол. наук В.М.Шкриля та слухачів міждисциплінарного семінару студенткою Національної музичної академії України Юлією Єрмоловою були виконані твори класичної музики.
ПОСИЛАННЯ НА ЗАПИС СЕМІНАРУ: https://youtu.be/4djoVvK3q74
Ф О Т О Р Е П О Р Т А Ж З С Е М І Н А Р У
(фото – к.б.н. М.В.Григор'євої)
Відкриття семінарського засідання
На трибуні – доповідач докт. біол. наук В.М.Шкриль
Запитання до доповідача від докт. біол. наук Л.Г.Бабіч
Виступ доповідача обговорює докт. біол. наук Ю.В.Данилович
Запитання до доповідача від. канд. біол. наук Г.В.Косякової
Своє враження від доповіді висловлює проф. О.П.Матишевська
Запитання до доповідача від. докт. біол. наук А.О.Тихомирова
Своє бачення щодо наукової проблеми, що обговорюється,
висловив академік С.О.Костерін
На честь доповідача та слухачів семінару
студентка Національної музичної академії Юлія Єрмолова
виконала декілька творів класичної музики
Керівник семінару та доповідач:
фото на пам'ять про семінарську зустріч
***************************************
Шановні коллеги! З того часу, як був започаткований наш загальноакадемічний семінар (квітень м-ць 2023 р.), на його засіданнях з міждисциплінарними науковими доповідями вже виступили 20 доповідачів:
- заступник директора з наукової роботи Інституту проблем математичних машин і систем НАН України член-кореспондент НАН України Ігор Бровченко, доповідь «Математичне моделювання поширення вірусних інфекцій, досвід аналізу і прогнозування епідемії COVID-19 в Україні»;
- директор Навчально-наукового інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка доктор хімічних наук професор Ігор Комаров, доповідь «Фотофармакологія та фотодинамічна терапія – вчора, сьогодні, завтра»;
- професор кафедри загальної та медичної генетики Навчально-наукового центру «Інститут біології і медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка професор Андрій Сиволоб, доповідь «Від нуклеосоми до петельних фрагментів: як топологичні обмеження у хроматині зумовлюють його унікальні властивості»;
- завідувач відділу медичної хімії Інституту органічної хімії НАН України, професор кафедри супрамолекулярної хімії Інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка, науковий консультант компанії ТОВ «НПВ «Єнамін»» член-кореспондент НАН України Дмитро Волочнюк, доповідь «Органічний синтез як інструмент для біомедичних досліджень»;
- завідувач лабораторії медико-біологічних досліджень відділу хімії макроциклічних сполук Інституту органічної хімії НАН України кандидат хімічних наук Роман Родік, доповідь «Біомедичний потенціал каліксаренів: літературні дані та результати власних досліджень»;
- професор кафедри загальної фізики та моделювання фізичних процесів фізико-математичного факультету Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» доктор фізико-математичних наук Оксана Горобець, доповідь «Біогенні магнітні наночастинки в організмі, їх роль в метаболізмі та перспективи управління цим процесом»;
- завідувач кафедри біофізики та медичної інформатики Навчально-наукового центру «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка доктор біологічних наук професор Олександр Жолос, доповідь «Рецептор холоду і ментолу TRPM8: від біофізичних і фармакологічних властивостей до біологічних функцій і ризіків гіпотермії»;
- директор Інституту проблем штучного інтелекту МОН України і НАН України член-кореспондент НАН України професор Анатолій Шевченко, доповідь «Пріоритети і виклики реалізації стратегії розвитку штучного інтелекту в Україні»;
- головний науковий співробітник лабораторії біофізики макромолекул відділу теорії нелінійних процесів в конденсованих середовищах Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України доктор фізико-математичних наук професор Сергій Волков, доповідь «Можлива роль молекул пероксиду водню в йонній терапії ракових клітин»;
- завідувач відділу білкової інженерії та біоінформатики Інституту молекулярної біології та генетики НАН України член-кореспондент НАН України професор Олександр Корнелюк, доповідь «Штучний інтелект і моделювання просторової структури білків»;
- завідувач кафедри фізичної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка член-кореспондент НАН України професор Ігор Фрицький, доповідь «Біоміметичне моделювання металоензимів: від дослідження механізмів до створення інноваційних каталізаторів»;
- директор та завідувач відділу ензимології білкового синтезу Інституту молекулярної біології і генетики НАН України академік НАН України професор Михайло Тукало, доповідь «Ключова роль аміноацил-тРНК синтетаз в біології і медицині»;
- заступник директора та головний науковий співробітник лабораторії біомолекулярної електроніки Інституту молекулярної біології і генетики НАН України академік НАН України професор Сергій Дзядевич, доповідь «Ензимні електрохімічні біосенсори та їхнє практичне застосування»;
- професор кафедри органічної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка професор Василь Пивоваренко, доповідь «Абіогенез. Деталі хімічного етапу еволюції біосфери»;
- завідувач відділу нервово-м'язової фізіології Інституту фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України академік НАН України професор Ярослав Шуба, доповідь «Іонні канали як важливі детермінанти канцерогенезу і перспективні мішені для терапії раку»;
- завідувач відділу механізмів біоорганічних реакцій Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П.Кухаря НАН України член-кореспондент НАН України професор Андрій Вовк, доповідь «Структурні і механістичні аспекти конструювання біоактивних сполук»;
- завідувачка відділу клітинної біології та біотехнології ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України» член-кореспондент НАН України професор Алла Ємець, доповідь «Цитоскелет як внутрішньоклітинний регулятор і мішень для біологічно активних сполук»;
- завідувач відділу сигнальних систем клітини Інституту молекулярної біології і генетики НАН України академік НАН України професор Валерій Філоненко, доповідь «СоАлювання як нова складова системи антиоксидантного захисту клітини і новий механізм регулювання активності протеїнів»;
- директор Інституту теоретичної фізики ім. академіка Боголюбова НАН України доктор фіз.-мат. наук Сергій Перепелиця, доповідь «Протийони ДНК: від біологічних функцій до технологічних застосувань»;
- доктор біол. наук В’ячеслав Шкриль, Інститут фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України, доповідь «Молекулярні механізми кальцієвої сигналізації в збудливих клітинах: функціональна роль ріанодинових рецепторів».
Відеозаписи всіх доповідей можна продивитися на сайтах НАН України та Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України.
Наступне засідання загальноакадемічного міждисциплінарного наукового семінару «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології» заплановано на квітень м-ць 2025 р.
ДО ЧЕРГОВОЇ ЗУСТРІЧІ !
З повагою,
науковий керівник семінару
академік НАН України,
професор С.О.Костерін
28 березня 2025 р.