Search academic texts

Registration Number

0521U102076, Doctoral dissertation

Title

Biosynthesis and regulatory role of nitric oxide in smooth muscle mitochondria

Author

Danylovych Hanna Victorivna, Кандидат біологічних наук

popup.head Kosterin Sergiy O
popup.advisor Kosterin Sergiy O
popup.opponent Stoyka Rostyslav S
popup.opponent Akopova Olga V.
popup.opponent Tsymbaliuk Olha V.
popup.review Borysova Tetiana O.
popup.review Tsymbaliuk Olha V.
popup.review Akopova Olga V.

Status

Доктор біологічних наук, 03.00.04, Біохімія

Date

06-12-2021

Description

Дисертаційна робота присвячена дослідженню біохімічних закономірностей біосинтезу NO в мітохондріях гладеньком’язових клітин матки, вивченню молекулярних механізмів дії оксиду азоту як можливого ендогенного специфічного регулятора концентрації Са2+ в міоцитах й функціонування Са2+-транспортувальних систем мітохондрій, біоенергетичних процесів (активності електрон-транспортувального ланцюгу та поляризації їхньої внутрішньої мем-брани) та впливу калікс[4]аренів – екзогенних нетоксичних модуляторів функціональної активності мітохондрій – на NO-синтазну здатність, біоенергетику та Са2+-гомеостаз органел. Із застосуванням NO-чутливого флуоресцентного зонду DAF-FM, методів лазерної конфокальної мікроскопії та протокової цитометрії нами вперше про-демонстровано утворення NO в гладеньком’язових клітинах матки. Доведено, що потужним джерелом NO у гладеньком’язових клітинах матки є мітохондрії. Синтез NO в мітохондріях є чутливим до інгібіторів конститутивних NO-синтаз (NG-нітро-L-аргініна та 2-амінопіридина) та Са2+-уніпортера, пригнічується ан-тагоністами кальмодуліну (кальмідазоліумом і трифлюоперазином), іонами Mg, суттєво залежить від рівня енергізації внутрішньої мітохондрійної мембрани. Значення уявної константи Міхаеліса за L-аргініном та константи активації за Са2+реакції біосинтезу NO знаходяться в межах фізіологічних значень їх конце-нтрацій у матриксі мітохондрії. Також продемонстровано, що джерелами оксиду азоту в міоцитах можуть виступати NO-синтази, асоційовані з плазматичною мембраною та саркоплазматичним ретикулумом. У мітохондріях гладенького м’язу матки NO стимулює акумуляцію Са2+, шляхом активації саме Са2+-уніпортера. Система вивільнення Са2+ з мітохондрій – Н+-Са2+-обмінник, який презентований протеїном LETM 1, є резистентною до впливу оксиду азоту. NO викликає помірне зниження електричного потенціалу на внутрішній мембрані органел, обумовлене пригніченням роботи комплексів дихального ланцюга, а саме гальмуванням окислення FADН2, і протидіє процесам набухання органел, спричиненим висококальцієвим розчином. Продемонстровано, що оксид азоту пригнічує шляхи підвищення концентрації іонів Са в міоплазмі у разі дії на міоцити карбахолу та окситоцину, а також викликає збільшення характеристичних розмірів міоцитів. Поляризуючий ефект оксиду азоту обумовлений зростанням К+-проникності плазмалеми і залежить від іонів Са, а також cGMP-залежним стимулюванням активності Na+,K+-АТРази. Запропоновано схему біохімічних механізмів регуляторної дії NO на рівні мітохондрій та плазматичної мембрани в міоцитах матки. Створено імітаційну модель у термінах функціональних гібридних мереж Петрі, яка відтворює функціональну активність мітохондрій, а саме одночасне протікання процесів окислення NADH/FADН2, утворення активних форм кисню та зміни їхнього гідродинамічного діаметру. Отримані рівняння формалізують та описують концентраційно-часові залежності перебігу перелічених процесів у середовищі за дії азиду натрія, який у літературі розглядають як непрямий донор NO, з можливістю передбачення інтенсивності їхнього протікання. Зокрема, було спрогнозовано відповідь мітохондрій у часі на дію NaN3 в концентрації, яка не використовувалася в експерименті. Продемонстровано можливість проникнення калікс[4]арена С-956 у міоплазму клітин та його взаємодію з мітохондріями. Калікс[4]арен С-956 ефективно інгібує Н+-Са2+-обмінник мітохондрій, не впливаючи на енергозалежну акумуляцію Са2+, стимулює мітохондрійну NO-синтазу, гальмує окислення NADH та FADH2 в електрон-транспортувальному ланцюзі. Сполуки С-97, С-99 та С-107 викликають деполяризацію плазматичної мембрани міоцитів матки. Взаємодіючи з мітохондріями, вони викликають інгібування Са2+-уніпортера і одночасну стимуляцію її Н+-Са2+-обмінника (С-97, С-99), помірне пригнічення активності мітохондрійної NO-синтази. Поряд з цим має місце транзієнтна гіперполяризація мітохондрійної мембрани, яка пов’язана з початковим посиленням окислення NADH та стимулюванням електрогенного Н+-Са2+-обмінника. Відсутність впливу всіх досліджуваних калікс[4]аренів на утворення активних форм кисню в мітохондріях може вказувати на користь того, що процеси, які активуються/гальмуються за їх присутності, не призводять до шкідливих для органел наслідків (тобто розвитку мітохондрійної дисфункції). Таким чином, калікс[4]арени, шляхом посилення/пригнічення біосинтезу NO, змінюючи активність систем транспорту Са2+, можуть мати модулюючий вплив на функціонування комплексів дихального ланцюга і біоенергетику мітохондрій та бути використаними в біохімічних дослідженнях як регулятори скорочення/розслаблення міометрія.