Учёные ИТЭБ РАН исследовали механизм влияния протеинкиназы С на работу миокарда

16.04.2021



Стимуляция определенного класса ферментов приводит к повышению концентрации кальция в сердечных клетках, а если при этом они уже были перегружены кальцием, цепочка реакций запустит патологический процесс в миокарде. К такому выводу пришла группа ученых ИТЭБ РАН в ходе работы, результаты которой опубликованы в журнале «Archives of Biochemistry and Biophysics».

Вопрос о роли различных белков в организме волнует ученых более сотни лет. Еще Фридрих Энгельс определял термин жизнь как «способ существования белковых тел». И хотя известно, что живые организмы кроме белков, имеют в составе липиды, углеводы и их комбинации, ученые признают, что осуществление почти всех функций живых организмов немыслимо без изменения активностей тех или иных белков. Активность белков – это фактически степень выполнения белками своих функций.

Но как же происходит эта смена активностей в конкретных клетках, например, в кардиомиоцитах, которые составляют основную массу миокарда и являются критически важными для всего организма? Можно ли эту активность прогнозировать и ей управлять? Несмотря на огромное разнообразие живых форм, эволюция создала немного механизмов, регулирующих «поведение» функциональных белков (рецепторов, ферментов, ионных каналов). Одним из универсальных механизмов является фосфорилирование. Этот процесс заключается в том, чтобы «нацепить» на белковую макромолекулу отрицательно заряженный остаток фосфорной кислоты (фосфат), который за счёт своего отрицательного заряда меняет конформацию белковой молекулы, заодно меняя её активность. Ферменты, отвечающие за присоединение остатка фосфата к белкам, называются протеинкиназами. Ферменты, которые действуют в обратном направлении, снимая этот фосфат, – фосфатазы. Таким образом, активность большей части белков зависит от складывающегося в текущий момент времени киназно-фосфатазного баланса. Известно несколько сотен протеинкиназ, а число функциональных белков исчисляется тысячами. Знания о том, как именно конкретная протеинкиназа влияет на конкретный белок (рецептор, фермент, ионный канал) зачастую отрывочны. Подробное выяснение ролей каждого из этих ферментов позволит лучше понять механизмы регуляции работы сердечных клеток, что поможет более точно контролировать сократимость миокарда.

Группа ученых Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН исследовала роль одного класса протеинкиназ – протеинкиназы С. ‘C’ – от англ. Calcium, активность ферментов этого класса сильно зависит от концентрации кальция внутри клетки, а, как известно, кальций – это спусковой крючок для старта сокращения сердечных клеток. Нарушения обмена кальция в кардиомиоцитах связывают с развитием серьезных заболеваний сердца. В данной работе учёные активировали протеинкиназу С с помощью имидазолиновых рецепторов первого типа специфическим лигандом рилменидином (то, что активация этих рецепторов приводит к стимуляции протеинкиназы С – уже известный факт).

В обычных условиях протеинкиназа С всегда демонстрирует некий фоновый уровень активности (как и любой другой фермент). Стимуляция данного фермента - это сдвиг киназно-фосфатазного баланса в сторону увеличения вклада протеинкиназной активности.

Такой эксперимент помог ученым детально описать механизмы изменения кальциевой пластичности при переходе сердечных клеток из нормально-физиологического состояния в патологическое.

«Мы выяснили, что стимуляция протеинкиназы С в кардиомиоцитах активирует рианодиновые кальциевые каналы во внутриклеточных депо, приводя к повышению концентрации кальция внутри клетки. При этом конечный эффект зависел от концентрации кальция в сердечной клетке в текущий момент времени: если в клетке было мало кальция, то протеинкиназа С повышала его локально, на небольшие значения. Если кардиомиоцит был уже перегружен кальцием (т.е. в цитоплазме его было много), то протеинкиназа С запускала спонтанные кальциевые осцилляции большой амплитуды», - поясняет один из авторов работы ведущий научный сотрудник ИТЭБ РАН Юрий Моисеевич Кокоз

Полученные данные показывают, что протеинкиназа С сенситизирует чувствительность миокардиальных сократительных белков к кальцию, что в норме будет приводить к более эффективному выполнению сократимой функции миокарда, но при чрезмерной стимуляции может быть чревато нарушением нормальной работы сердца».

Также ученые провели скрининг возможных изоформ семейства протеинкиназы С в кардиомиоцитах левого желудочка сердца, который показал большое разнообразие экспрессирующихся изоформ. Эти данные могут быть полезны для дальнейшего прицельного выяснения роли каждой из изоформ в функционировании миокардиальных тканей.

Источник: Alexander V.Maltsev, Edward V.Evdokimovskii, Yury M.Kokoz. Protein kinase C-mediated calcium signaling as the basis for cardiomyocyte plasticity. Archives of Biochemistry and Biophysics. Volume 701, 15 April 2021, 108817 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003986121000679

 

 

(jpg, 761 Kб)

На фото: ведущий научный сотрудник ИТЭБ РАН, к.ф.м.н. Юрий Моисеевич Кокоз. Фотография пресс-службы ИТЭБ РАН

 

 

Материал подготовила: Наталья Быкова

Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru

 

 

©РАН 2021