VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г.
Главная
О Съезде
Организаторы
Программный комитет
Программа Съезда
Место проведения Съезда
Проживание
Оргвзносы
Основные даты
Регистрация
Публикации материалов Съезда
Молодежный конкурс
Контакты
Тезисы
English version
Партнеры Съезда
Правила оформления докладов

Программа Съезда

Секции и тезисы:

Медицинская биофизика. Нейробиофизика

Защитное влияние закисления внутриклеточной среды в токсических клеточных моделях болезни Паркинсона

Е.И. Федотова1,2, К.А. Крицкая1, А.В. Бережнов1,2*

1.ИБК РАН - ФИЦ ПНЦБИ РАН;
2.ОГУ имени И.С. Тургенева;

* g_56(at)rambler.ru

В основе болезни Паркинсона (БП) лежит селективная гибель дофаминергических нейронов в среднем мозге. Понимание причин гибели этих клеток является первым шагом к разработке средств нейропротекции и излечению или замедлению болезни, не имеющей в настоящее время эффективных способов лечения. Хотя точные механизмы повреждения нейронов остаются неясными, аномальное функционирование митохондрий, по-видимому, является конвергентной точкой в процессах гибели клеток. В качестве нарушений, сопутствующих повреждению митохондрий, рассматриваются накопление агрегатов альфа-синуклеина, окислительный стресс, стресс ретикулума, нарушения процессов ауто/митофагии и нарушения кальциевой сигнализации. Высказаны предположения, что умеренная активация митофагии может защищать клетки от гибели в результате нарушений, связанных с БП. При этом остается открытым вопрос о способах индукции этого процесса в клетках. Ранее нами было предложено, что закисление внутриклеточной среды активирует процессы аутофагии и митофагии в клетках. В связи с этим, целью данной работы было: оценить защитный потенциал кратковременного закисления внутриклеточной среды в токсической клеточной модели болезни Паркинсона.

Эксперименты проводились методами конфокальной, флуоресцентной микроскопии и с применением ПЦР в реальном времени на токсической клеточной модели БП – культуре нейробластомы SH-SY5Y, обработанных нейротоксином MPP+.

В работе был оценен базальный уровень внутриклеточного pH в культуре нейробластомы и показано, что при обработке клеток 500 мкМ MPP+ в течение 24–48 ч внутриклеточный pH значительно не изменялся.

Был исследован уровень ауто/митофагии по степени колокализации митохондрий и лизосом, и было показано, что в MPP+-индуцированной модели этот параметр повышен по сравнению с контрольной культурой. Также увеличена экспрессия некоторых генов-маркеров митофагии.

Были оценены морфология и динамика митохондриального ретикулума (сети) в клеточных моделях БП и было выявлено увеличение количества индивидуальных митохондрий, а также уменьшение средней относительной длины митохондрий в сети в клетках, обработанных MPP+, по сравнению с контролем. Данные подтверждены анализом экспрессии генов, в результате которого увеличивается уровень мРНК генов, отвечающих за митохондриальную динамику.

Была количественно определена степень продукции митохондриальных АФК и показано, что в MPP+-индуцированной модели БП скорость продукции АФК была увеличена по сравнению с контролем.

Были выявлены различия биоэнергетического состояния клеток в токсической модели БП, а именно наблюдалось снижение митохондриального потенциала, общего пула NADH и окислительно-восстановительного индекса, уровня восстановленного глутатиона в обработанных MPP+ культурах, что свидетельствует о нарушениях, связанных с биоэнергетикой клеток.

Была оценена жизнеспособность клеток в культуре SH-SY5Y: количество мертвых клеток увеличивалось при обработке клеток MPP+ по сравнению с контролем. Исследование генов-маркеров апоптоза также выявило увеличение экспрессии.

Таким образом, в работе было показано, что в токсической MPP+-индуцированной клеточной модели уровень внутриклеточного pH не изменялся. Однако степень митофагии в таких клетках была повышена, а также увеличено количество индивидуальных митохондрий и уменьшена их относительная длина, наблюдались также: сверхпродукция АФК, нарушения состояния митохондрий (понижены митохондриальный потенциал, окислительно-восстановительный индекс NADH, уровень восстановленного глутатиона) и увеличение нежизнеспособных клеток по сравнению с контрольной культурой нейробластомы.

В работе проводилось кратковременное закисление внутриклеточной среды посредством замены внеклеточного раствора на раствор с низким значением pH (pH 6.6 в течение 60 мин), а также добавления агентов, понижающих значение внутриклеточного pH, таких как пируват натрия (10 мМ) и лактат натрия (10 мМ), на токсической клеточной модели болезни Паркинсона. Было выявлено, что закисление запускает ауто/митофагию, изменяет морфологию и динамику митохондриального ретикулума, улучшает биоэнергетическое состояние клеток, а также увеличивает уровень жизнеспособных клеток, тем самым, защищая клетки от гибели в культуре нейробластомы SH-SY5Y, обработанной нейротоксином MPP+.

Работа выполнена в рамках госзадания № 075-01512-22-03 по теме: «Нейропротекторные препараты нового поколения» № 1022080100047-5-1.6.4.

Protective effect of intracellular acidification in toxic cellular models of Parkinson's disease

E.I. Fedotova1,2, K.A. Kritskaya1, A.V. Berezhnov1,2*

1.Institute of Cell Biophysics of RAS;
2.Orel State University named after I.S. Turgenev;

* g_56(at)rambler.ru

Parkinson's disease (PD) is based on the selective death of dopaminergic neurons in the midbrain. Understanding the causes of these cell death is the first step towards developing neuroprotective agents and curing or slowing down a disease that currently has no effective treatment. Although the exact mechanisms of neuronal damage remain unclear, abnormal mitochondrial function appears to be a convergent point in processes of cell death. Accumulation of alpha-synuclein aggregates, oxidative stress, reticulum stress, disorders of auto/mitophagy processes, and disorders of calcium signaling are considered as disorders associated with mitochondrial damage. It has been hypothesized that moderate activation of mitophagy may protect cells from death as a result of disorders associated with PD. At the same time, the question of how to induce this process in cells remains open. Previously, we suggested that acidification of the intracellular environment activates the processes of autophagy and mitophagy in cells. In this regard, the aim of this work was: to evaluate the protective potential of short-term acidification of the intracellular environment in toxic cellular model of Parkinson's disease.

The experiments were carried out using confocal, fluorescent microscopy and real-time PCR on toxic cellular model of PD, a neuroblastoma culture SH-SY5Y treated with neurotoxin MPP+.

In this work, we assessed the basal level of intracellular pH in a neuroblastoma culture and showed that when cells were treated with 500 mkM MPP+ for 24–48 h, intracellular pH did not change significantly.

The level of auto/mitophagy was studied by the degree of colocalization of mitochondria and lysosomes, and it was shown that this parameter was increased in the MPP+-induced model compared to the control culture. The expression of some mitophagy genes is also increased.

The morphology and dynamics of the mitochondrial reticulum (network) in PD cellular models were assessed and an increase in the number of individual mitochondria was found, as well as a decrease in the average relative length of mitochondria in the network in cells treated with MPP+ compared with the control. The data were confirmed by analysis of gene expression, which resulted in an increase in the mRNA level of genes responsible for mitochondrial dynamics.

The degree of mitochondrial reactive oxygen species (ROS) production was quantified and it was shown that in the MPP+-induced PD model, the rate of ROS production was increased compared to the control.

The differences in the bioenergetic state of cells in the toxic model of PD were revealed, namely, a decrease in the mitochondrial potential, the total pool of NADH and redox index, the level of reduced glutathione in MPP+-treated cultures was observed, which indicates disorders associated with cell bioenergetics.

The cell viability in SH-SY5Y culture was assessed: the number of dead cells increased when cells were treated with MPP+ compared to control. The study of apoptosis genes also revealed an increase in expression.

Thus, it was shown in the work that the level of intracellular pH did not change in the toxic MPP+-induced cellular model. However, the degree of mitophagy in such cells was increased, as well as an increase in the number of individual mitochondria and a decrease in their relative length, the following were also observed: ROS overproduction, disturbances in the state of mitochondria (mitochondrial potential, NADH redox index, reduced glutathione level) and an increase in non-viable cells by compared with a control culture of neuroblastoma.

In the work, short-term acidification of the intracellular environment was carried out by replacing the extracellular solution with a solution with a low pH value (pH 6.6 for 60 min), as well as adding agents that lower the intracellular pH value, such as sodium pyruvate (10 mM) and sodium lactate (10 mM ), in a toxic cellular model of Parkinson's disease. It was found that acidification triggers auto/mitophagy, changes the morphology and dynamics of the mitochondrial network, improves the bioenergetic state of cells, and also increases the level of viable cells, thereby protecting cells from death in SH-SY5Y neuroblastoma culture treated with neurotoxin MPP+.

The work was performed within the Government Contact No. 075-01512-22-03 on the topic: “Neuroprotective drugs of new generation” No. 1022080100047-5-1.6.4.



Докладчик: Бережнов А.В.
43
2023-02-15

Национальный комитет Российских биофизиков © 2022
National committee of Russian Biophysicists