Дополнительная информация

Руководимая А.А.Верениновым группа продолжает в настоящее время развивать одно из двух направлений работы, заложенных основателями Института цитологии и Лаборатории физиологии клетки, Д.Н.Насоновым и А.С Трошиным, связанное с изучением природы биоэлектрических явлений и асимметричного распределения ионов между клетками и средой. Работа по второму направлению, относящемуся к изучению “субстанциональных“, по Насонову, изменений в клетках при физиологических процессах, в котором особенно много сделал С.В.Левин, в настоящее время не ведется, но должна быть отмечена для привлечения внимания к ее продолжению. Наиболее крупным здесь было открытие движения нервного волокна во время потенциала действия и доказательство того, что микродвижения мембранного кортекса с частотным спектром 0.2–30 гц, наблюдаемые у множества немышечных клеток, в том числе и таких, как эритроциты, обусловлены не тепловыми флуктуациями и не электрострикционным эффектом в липидном бислое, а АТФ-зависимой двигательной активностью примембранного цитоскелета. Краткий обзор этих работ можно найти в статье Веренинова (Цитология 2014, Т.56б № 10 C.785–786).

Для изучения ионного гомеостаза клетки и его функциональных изменений в Лаборатории физиологии клетки, которой с 1986 г. руководил А.А.Веренинов, разработан широкий набор методов, включающий прецизионный пламенно-эмиссионный и радиоизотопный анализ содержания в клетках сразу ионов разного вида (K+, Na+, Li+, Rb+, Cl‑, наномолярные количества), определение содержания в клетках воды изопикническим методом – центрифугированием клеток в ступенчатом плотностном градиенте, анализ распределения клеток по размеру по их светорассеянию в проточном цитометре и с использованием измерителя Култера (Yurinskaya et al., 2017 Apoptosis). Широкое применение в последние годы получила проточная цитометрия с применением разнообразных флуоресцентных зондов, в том числе натрий-. калий- , pH- и потенциал-чувствительных зондов, предприняты первые шаги по использованию антител для изучения экспрессии на поверхности мембраны живых клеток ионных каналов в больших популяциях с помощью проточного цитометра (Yurinskaya et al., 2020 ж. Channels).

На раннем этапе основной задачей было выяснение возможности интерпретации основных феноменов на основе модели межфазового распределения и строгий анализ модели “насос-утечка”. Итоги этой работы отражены в монографии А.А. Веренинова “Транспорт ионов через клеточную мембрану. Анализ потоков” (1978), в которой подвергнуты ревизии данные, по кинетике изотопного обмена ионов, прежде рассматривавшиеся как доказательство “связывания” ионов в цитоплазме, критикуется возможность определения индивидуальных коэффициентов активности ионов в цитоплазме с помощью ион-специфичных электродов, впервые для своего времени (1978 г.) представлена обширная сводка данных по поток-концентрационным зависимостям в системах переноса однозарядных ионов через плазматическую мембрану, и делается вывод, что потоки, еще рассматривавшиеся в то время как “утечка”, обусловлены не дефектами плазматической мембраны, а наличием в ней функционально значимых ион-транспортирующих систем. Позднее усилия были сосредоточены на исследовании транспорта однозарядных катионов у клеток пролиферирующих культур. Было показано, что транспорт Na+ и K+ существенно изменяется при переходе клеток к пролиферации и что распространившееся с конца 70 г.г. представление, будто злокачественный рост клеток связан со специфическими изменениями ионного транспорта, ошибочно. Итоги первых пяти лет работы на клеточных культурах отражены в книге А.А. Веренинова, И.И. Мараховой “Транспорт ионов у клеток в культуре” (1986), не имеющей аналогов в зарубежной литературе. Работа с долго живущими клеточными культурами привела к более широкой постановке вопроса о функциональных перестройках ионного и водного баланса не только в связи с переходом клеток к пролиферации, но и в других процессах, в частности при апоптозе. Изменения ионного гомеостаза при переходе клеток от покоя к пролиферации стали изучаться помимо клеточных культур на активируемых лимфоцитах периферической крови человека. Проведенные на лимфоцитах детальные исследования потоков однозарядных катионов через Na/K насос и другие тракты с параллельным исследованием динамики изменения включения лейцина и тимидина показали, что изменения ионных потоков начинаются задолго до начала бласттрансформации, а нарастание содержания в клетках калия на единицу белка, отражает процессы, связанные с переходом клеток от покоя к пролиферации. Ключевые статьи, в которых были опубликованы эти данные (Веренинов и др., 1991; Marakhova et al., 1998 и др.) цитируются до сих пор. Oтклики на недавнюю статью (Marakhova et al., 2019), в которой показано, что высокое содержание калия на белок непременное условия перехода клеток от покоя к пролиферации, свидетельствуют о том, что вопрос актуален.

Новым для своего времени методом ПЦР были проведены пионерские исследования динамики экспрессии генов разного типа в процессе запуска пролиферации лимфоцитов. Установлена однотипность динамики изменения уровня мРНК по ряду генов (исследовали ATP1B1, NHE1, hSGK, GAPDH, p53, Bcl‑2, β‑actin в точках 4, 8, 12 и 24 ч), позволяющая говорить о групповом запуске транскрипции. Обнаружена существенная вариабельность межгенных различий этой динамики у лимфоцитов разных доноров, что указывает на отсутствие единого пускового фактора (Веренинов и др., 2001 Цитология; Vereninov et al., 2001 Cell Physiol Biochem, английская статья с результатами этой работы хорошо цитируется до сих пор).

Ряд проектов РФФИ и ННИО сотрудников Лаборатории физиологии клетки был посвящен исследованию роли однозарядных ионов в развитии начальных стадий апоптоза, характерным признаком которого долгое время считали shrinkage, приводящий, как считали, к активации каспаз. Руководителем проекта ННИО с германской стороны в течение ряда лет был F. Lang, директор Института физиологии в Тюбингене и президент Германского физиологического общества. Большой цикл исследований изменения содержания однозарядных ионов и воды при апоптозе лимфоидных клеток человека U937, K562, Jurkat и тимоцитов крысы, вызванном разными индукторами, показал, что характерным признаком апоптоза является не потеря воды, а отсутствие набухания, приводящего к разрыву мембраны и неконтролируемому выходу из клетки “информационно-емких” биополимеров в случае обычного повреждения. Сравнительное исследование апоптоза лимфоцитов человека и тимоцитов крысы показало, что наличие shrinkage или его отсутствие определяется не типом индуктора и не типом клетки, а тем, каково сочетание типа клетки и типа индуктора (Yurinskaya et al., 2005 a,b,2011). Сотрудниками Лаборатории физиологии клетки были получены наиболее строгие доказательства того, что потеря воды в начале развития апоптоза не обязательна. Другой важный итог в том, что как показали прямые измерения изменения в клетках содержания калия и воды они идут параллельно и концентрация калия во внутриклеточной воде изменяется слишком мало, чтобы можно было предполагать влияние изменения концентрации калия на состояние каспаз, как это ошибочно многие считают. Результаты, полученные в Лаборатории физиологии клетки при исследованиях изменения ионного гомеостаза в процессе апоптоза, нашли признание в среде специалистов и более правильные представление о роли однозарядных ионов в механизме апоптоза постепенно распространяются. В течение последних десяти лет на статьи по этой тематике сотрудники лаборатории получают регулярно по 40–50 цитирований в год.