Механизмы фотоиндуцированных радикальных реакций в хрусталике глаза и их роль в нормальном старении и при катарактогенезе

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-73-10014

НазваниеМеханизмы фотоиндуцированных радикальных реакций в хрусталике глаза и их роль в нормальном старении и при катарактогенезе

Руководитель Панов Михаил Сергеевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт "Международный томографический центр" Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-505 - Строение молекул и молекулярная спектроскопия

Ключевые слова УФ излучение, хрусталик, белки кристаллины, кинуренин, дезактивация фотовозбужденных состояний, фотосенсибилизация, триплетное состояние, перенос электрона, ковалентные «сшивки» белков, агрегация.

Код ГРНТИ31.15.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Ультрафиолетовое излучение ближнего диапазона, 315-400 нм (УФ-А), является наиболее интенсивной частью общего УФ излучения Солнца на поверхности нашей планеты. Это излучение способно глубоко проникать в ткани наружных покровов и может инициировать фотохимические реакции, приводящие к необратимой модификации белков и липидов. Со временем эти модификации могут накапливаться в существенных количествах, особенно в тех тканях, в которых отсутствует обновление белков и липидов, например в хрусталике глаза. В последнем случае это может приводить к развитию такого возрастного заболевания, как катаракта (прогрессирующее помутнение хрусталика). К сожалению, несмотря на свою известность и повсеместную распространенность, молекулярные механизмы развития этой болезни остаются во многом неизвестными. Настоящий проект направлен на исследования механизмов, динамики и продуктов фотоиндуцированных радикальных реакций, протекающих в живых тканях на примере фотоиндуцированных реакций между хромофорами УФ-А диапазона и белками хрусталика, используя хрусталик животного происхождения (ex vivo) в качестве основной среды для проведения экспериментов. Важной частью проекта будет исследование возможности предотвращения фотоиндуцированных модификаций белков с помощью антиоксидантов, как присутствующих в хрусталике, так и содержащихся в лекарственных препаратах. Проект будет выполнен с комплексным использованием широкого набора методов, включая стационарную и время-разрешенную оптическую спектроскопию, методы биохимического анализа, жидкостную хроматографию и масс-спектрометрию. Отличительной особенностью и новизной предлагаемого проекта по сравнению с основной массой работ, опубликованных в научной литературе, является использование условий, максимально приближенных к естественным, наблюдаемым в ткани хрусталика: (а) проведение экспериментов непосредственно в ткани хрусталика, (б) в анаэробных условиях и (в) с использованием УФ излучения, спектрально близкого к солнечному свету достигающего поверхности нашей планеты. Насколько известно авторам проекта, использование ткани ex vivo для исследования фотохимических процессов является новаторским шагом, о котором ранее нигде не сообщалось. В результате выполнения проекта будет получена информация об эффективности образования фотоиндуцированных радикалов в ткани хрусталика, а также о механизмах их гибели и о структурах промежуточных и финальных продуктов как среди хромофоров, так и белковых молекул. Будут установлены белки и аминокислотные остатки, наиболее подверженные фотоиндуцированному окислению и ковалентному связыванию. Будут изучены механизмы предотвращения нежелательных модификаций с помощью антиоксидантов. Сравнение с результатами, полученными для разбавленных водных растворов, позволит ответить на вопрос о применимости последних для исследования реальных фотоиндуцированных процессов в живых тканях. Полученная информация существенно прояснит роль фотопроцессов в молекулярных механизмах старения хрусталика и катарактогенеза, а также укажет на возможности управления и предотвращения нежелательных процессов модификации живой ткани. Полученные результаты будут в первую очередь использованы для дальнейших фундаментальных исследований, направленных на разработку методов и лекарственных препаратов с целью замедления и предотвращения катаракты. Также полученные результаты будут задействованы при исследовании фотоиндуцированных процессов в других тканях человека, в первую очередь кожи, онкологические заболевания которой стабильно сохраняют за собой второе место по распространенности среди всевозможных раковых заболеваний.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Журавлева Ю.С., Центалович Ю.П. Acid-alkaline properties of triplet state and radical of kynurenic acid Journal of Photochemistry & Photobiology A: Chemistry, 365, стр. 7-12 (год публикации - 2018)
10.1016/j.jphotochem.2018.07.029

2. Яньшоле В.В., Яньшоле Л.В., Снытникова О.А., Центалович Ю.П. Quantitative metabolomic analysis of changes in the lens and aqueous humor under development of age-related nuclear cataract Metabolomics, 15:29 (год публикации - 2019)
10.1007/s11306-019-1495-4

3. Савина Е.Д., Центалович Ю.П., Шерин П.С. UV-A induced damage to lysozyme via Type I photochemical reactions sensitized by kynurenic acid Free Radical Biology and Medicine (год публикации - 2019)
10.1016/j.freeradbiomed.2019.11.017

4. Журавлева Ю.С., Морозова О.Б., Центалович Ю.П., Шерин П.С. Proton-coupled electron transfer as the mechanism of reaction between triplet state of kynurenic acid and tryptophan Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 396, 112522 (год публикации - 2020)
10.1016/j.jphotochem.2020.112522

5. Шерин П.С., Центалович Ю.П. Хрусталик: солнечное "затмение". Фотофизические и фотохимические процессы в глазу Наука из первых рук, Номер: 4 (89) Год: 2021 Страницы: 6-13 (год публикации - 2021)

6. Журавлева Ю.С., Шерин П.С. Influence of pH on radical reactions between kynurenic acid and amino acids tryptophan and tyrosine. Part I. Amino acids in free state Free Radical Biology and Medicine, Volume 172, Pages 331-339 (год публикации - 2021)
10.1016/j.freeradbiomed.2021.06.015

7. Журавлева Ю.С., Шерин П.С. Influence of pH on radical reactions between kynurenic acid and amino acids tryptophan and tyrosine. Part II. Amino acids within the protein globule of lysozyme Free Radical Biology and Medicine, 174, стр. 211-224 (год публикации - 2021)
10.1016/j.freeradbiomed.2021.08.001

8. Петр С. Шерин, Ауримас Вишняускас, Исмаэль Лопес-Дуарте, Питер Р. Огилби, Марина К. Куимова Visualising UV-A light-induced damage to plasma membranes of eye lens Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 225, December 2021, 112346 (год публикации - 2021)
10.1016/j.jphotobiol.2021.112346

9. Савина Е.Д., Центалович Ю.П., Шерин П.С. Influence of viscosity on mechanism and products of radical reactions of kynurenic acid and tryptophan Russian Chemical Bulletin, International Edition, Vol. 70, No. 12, pp. 2339-2346 (год публикации - 2021)
10.1007/s11172-021-3350-9

Публикации