Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В ходе первого года мы отработали методический подход на основе гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) с использованием разных длин волн возбуждающего света для изучения свойств цитохромов С и В, липидов и белков в функционально активных митохондриях, изолированных из кардиомиоцитов и нефронов крыс, при модуляции активности дыхательной цепи и патологии сердечно-сосудистой системы. Мы протестировали ряд спектроскопических маркеров для оценки конформации гема окисленного цитохрома С в межмембранном пространстве митохондрий и определили наиболее чувствительный маркер, который позволял оценивать вероятность нахождения гема в плоской и деформированной конформации. Мы впервые обнаружили взаимосвязь конформации гема окисленного цитохрома С и величины мембранного потенциала митохондрий, а также активности электрон-транспортной цепи митохондрий. Вероятно, чувствительность гема цитохрома С к мембранному потенциалу митохондрий необходима для тонкой регуляции активности электрон-транспортной цепи в зависимости от энергетического баланса клеток. Обнаружено, что у животных с гипертонией (крыс линии SHR), в отличие от здоровых животных (крыс линии WKY), данная конформационная перестройка гема цитохрома С нарушена в митохондриях как кардиомиоцитов, так и нефронов. Также нами были выявлены отличия в ультраструктуре митохондрий здоровых и больных животных. Мы предложили методический подход на основе ГКР для одновременного исследования свойств мембран-связанного гемоглобина и мембран эритроцитов при развитии гипертонии. Определены особенности конформации гема мембран-связанного гемоглобина в эритроцитах и тенях эритроцитов крыс с нормотенией и гипертонией: подвижность гема гемоглобина в плоскости пиррольных колец снижается с увеличением артериального давления животных. Показана обратная зависимость конформации гема мембран-связанного гемоглобина от степени упорядоченности липидов (жесткости) мембран эритроцитов. Выявленные параметры могут стать перспективными маркерами раннего развития патологии сердечно-сосудистой системы. Также мы обнаружили увеличение уровня церулоплазмина в плазме крови больных животных, но не выявили признаков окислительного стресса или изменений в общей антиоксидантной активности плазмы крови животных с гипретонией.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Мы провели комплексное исследование развития гипертонии у крыс от начальной до умеренной стадии на субклеточном уровне. С помощью разработанного нами спектрального подхода методом гигантского комбинационного рассеяния света было показано, что с возрастом как у животных с гипертонией, так и у здоровых животных снижается способность конформации гема цитохрома С кардиомиоцитов подстраиваться под изменение активности дыхательной митохондрий. При максимальной работе электрон-транспортной цепи (ЭТЦ) за счет стимуляции протонофором в здоровых молодых животных гем цитохрома С приобретает более плоскую (planar) конформацию, что способствует более эффективному переносу электрона. Тогда как при менее активной работе ЭТЦ гем цитохрома С находится в более скрученной (ruffled) конформации, при которой скорость переноса электрона не максимальна. Так как перенос электрона на уровне цитохрома С является лимитирующей стадией в дыхательной цепи, мы предполагаем, что регуляция конформации этого гема за счет мембранного потенциала и активности ЭТЦ оптимизирует электронный транспорт, что влияет на эффективную тонкую «подстройку» работы ЭТЦ в зависимости от энергозатрат и активности клетки, в нашем случае – кардиомиоцитов. С развитием гипертонии этот механизм утрачивается. Гем цитохрома С митохондрий кардиомиоцитов уже не способен также эффективно менять конформацию при максимальной работе ЭТЦ. На менее чувствительных методах исследования, таких как респирометрия, данных изменений пока не наблюдается, они показаны только для более поздних стадий развития гипертонии, приводящей к кардиомиопатии. Наши исследования ультраструктуры срезов сердца здоровых и больных животных разных возрастов также демонстрируют нарушение структуры митохондрий и накопление липидных капель с развитием гипертонии. Также было обнаружено увеличение маркеров кардиоваскулярных заболеваний в крови крыс с умеренной гипертонией. При этом антиоксидантная активность плазмы крови была повышена, что может свидетельствовать о компенсаторном эффекте в ответ на увеличение генерации активных форм кислорода при развитии гипертонии. Таким образом, развитие гипертонии у крыс от начальной до умеренной помимо известных физиологических последствий также приводит к изменениям на субклеточном уровне. Наши комплексные исследования ответа кардиомиоцитов на субклеточном уровне на развитие гипертонии может потенциально лечь в основу новых препаратов коррекции функционирования тканей сердца на фоне повышенного давления.