Митохондриальные транспортные системы при дистрофии Дюшенна: поиск молекулярных мишеней и разработка подходов для коррекции патологии

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 20-75-10006

НазваниеМитохондриальные транспортные системы при дистрофии Дюшенна: поиск молекулярных мишеней и разработка подходов для коррекции патологии

Руководитель Дубинин Михаил Васильевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Марийский государственный университет" , Республика Марий Эл

Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «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 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-401 - Молекулярная и клеточная медицина

Ключевые слова мышечная дистрофия Дюшенна, митохондрии, кальций, митохондриальная пора, митохондриальный АТФ-чувствительный К+ канал, пермеабилизация мембран, апоптоз, ионный транспорт

Код ГРНТИ34.15.35

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Мышечная дистрофия Дюшенна – наследственное прогрессирующее заболевание мышечной системы, в основе развития которой лежат мутации гена дистрофина, расположенного в локусе Xp21.2. Это приводит к тяжелому отсутствию (<5%) дистрофина, белка мембраны мышечных клеток, необходимого для поддержания структуры и функции мышц. В свою очередь, это вызывает патологические изменения в структуре и функциях как скелетной, так и сердечной мышечной ткани, сопровождающейся снижением мышечной силы и выносливости организма, а также развитием кардиомиопатии, аритмии и умственной отсталости. Известно, что развитие внутриклеточных патологических процессов, сопровождающих дистрофию Дюшенна, ассоциировано с дисфункцией митохондрий. При мышечной дистрофии Дюшенна эти органеллы претерпевают значительные морфологические и функциональные изменения. В частности, установлено, что миопатия сопровождается нарушением работы системы окислительного фосфорилирования митохондрий, гиперпродукцией активных форм кислорода, открытием MTP поры, что приводит к митоптозу и, в конечном счете, некрозу клетки. Считается, что изменения в работе митохондрий при целом ряде патологий (в том числе при миодистрофии Дюшенна) преимущественно обусловлены дисрегуляцией гомеостаза ионов кальция и калия. Таким образом, можно полагать, что коррекция работы систем транспорта ионов кальция и калия будет приводить к ослаблению патологических последствий дистрофии Дюшенна. В связи с этим основной целью данного проекта является изучение молекулярных механизмов дисфункции митохондрий сердечной и скелетной мускулатуры при развитии дистрофии Дюшенна и исследование возможности коррекции этой патологии с помощью метаболических и фармакологических модуляторов митохондриальных каналов и пор. В качестве эффекторных структур, которые могут быть использованы для коррекции митохондриальной дисфункции при дистрофии Дюшенна, будут рассмотрены кальций-транспортирующие системы митохондрий (MCU, NCLX), калиевые каналы (кальций-активируемый калиевый канал BKCa, Kv1.3 и АТФ-зависимый калиевый канал), а также такое патологическое явление как открытие MPT поры (Mitochondrial Permeability Transition pore). Как известно, эти митохондриальные системы участвуют в регуляции ионного гомеостаза клетки, скорости образования активных форм кислорода (митохондральный АТФ-зависимый К+ канал) и активации клеточной гибели (MPT пора). Открытия недавнего времени (в частности, определение молекулярной структуры митохондриального кальциевого унипортера и АТФ-зависимого калиевого канала, а также некоторых возможных компонентов порового комплекса МРТ) позволяют по-новому оценить механизмы возникновения и развития многих патофизиологических процессов, связанных с митохондриями, и понять, как можно их можно регулировать. В настоящем проекте на модели дистрофин-дефицитных мышей линии C57BL/10ScSn-mdx будут продолжены работы по выяснению особенностей транспорта ионов Са2+, а также индукции MPT поры в митохондриях скелетной мускулатуры и сердца. Наряду с этим впервые будут установлены функциональные параметры транспорта К+ в митохондриях дистрофин-дефицитных животных и проведен сравнительный анализ количества белков, входящих в состав калиевых каналов (АТФ-зависимый калиевый канал, Kv1.3, кальций-активируемый калиевый канал BKCa) у контрольных и mdx животных, а также определен уровень экспрессии генов, кодирующих эти белки. Важной задачей данного проекта будет исследование того, как применение модуляторов данных структур in vivo влияет на развитие митохондриальной дисфункции и патологические изменения тканей сердца и скелетной мускулатуры при дистрофии Дюшенна. Выполнение этой части проекта позволит ответить на вопрос о роли данных митохондриальных структур в прогрессирующем развитии этой патологии. В рамках этой задачи будет оценено действие нового ингибитора MPT поры алиспоривира, обладающего кардиопротекторным эффектом. Также будет оценено влияние модуляторов митохондриальных калиевых каналов – уридина и NS1619 на митохондриальную дисфункцию. Будет определено, как эти соединения влияют на изменения в экспрессии генов PGC-1α (белка, ответственного за митохондриальный биогенез), митофузина 2 и DRP1 (белков, ответственных за процессы слияния и деления митохондрий) в модели дистрофии Дюшенна. С помощью электронной микроскопии будет установлено влияние этих модуляторов in vivo на ультраструктурные изменения митохондрий при данной патологии. Будет определено, как введение данных соединений животным влияет на основные параметры функционирования митохондрий скелетной мускулатуры и сердца дистрофин-дефицитных мышей (процессы дыхания и окислительного фосфорилирования), а также степень резистентности митохондрий к открытию MPT поры, ионный транспорт и продукцию активных форм кислорода. Перспективным направлением настоящего проекта станет разработка нового подхода для лечения патологии скелетной мускулатуры при миодистрофии Дюшенна, основанного на заместительной терапии митохондрий. Планируется отработать методику ускоренного получения чистой фракции интактных и функционально-активных митохондрий, пригодных для трансплантации в ткани животных с патологией. Планируется исследовать, как трансплантированные аллогенные митохондрии влияют на энергетический метаболизм клеток скелетной мускулатуры мышей с миодистрофией. В частности, будет установлено влияние инъекций функционально-активных аллогенных митохондрий на физическую мышечную активность животных с миодистрофией. Таким образом, полученные в проекте данные позволят оценить перспективность использования модуляторов митохондриальных функций, а также заместительной терапии митохондриального материала для комплексной терапии миодистрофии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Дубинин М.В., Таланов Е.Ю., Теньков К.С., Старинец В.С., Белослудцева Н.В., Белослудцев К.Н. The Effect of Deflazacort Treatment on the Functioning of Skeletal Muscle Mitochondria in Duchenne Muscular Dystrophy International Journal of Molecular Sciences, Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 8763. (год публикации - 2020)
10.3390/ijms21228763

2. Дубинин М.В., Семенова А.А., Хорошавина Е.И., Белослудцев К.Н. Влияние глюкокортикоида дефлазакорта на дыхание и кальций-зависимую проницаемость митохондрий печени крыс Биологические мембраны, Т. 38, №2, С. 139-151 (год публикации - 2021)
10.31857/S0233475521020031

3. Дубинин М.В., Старинец В.С., Теньков К.С., Белослудцева Н.В., Белослудцев К.Н. Алиспоривир корректирует митохондриальную дисфункцию при мышечной дистрофии Дюшенна Биосистемы: организация, поведение, управление: Тезисы докладов 74-й Всероссийской с международным участием школы- конференции молодых ученых, С. 73 (год публикации - 2021)

4. Дубинин М.В., Старинец В.С., Таланов Е.Ю., Михеева И.Б., Белослудцева Н.В., Белослудцев К.Н. Alisporivir Improves Mitochondrial Function in Skeletal Muscle of mdx Mice but Suppresses Mitochondrial Dynamics and Biogenesis International Journal of Molecular Sciences, 22(18), 9780 (год публикации - 2021)
10.3390/ijms22189780

5. Дубинин М.В., Старинец В.С., Таланов Е.Ю., Михеева И.Б., Белослудцева Н.В., Серов Д.А., Теньков К.С., Белослудцева Е.В., Белослудцев К.Н. Effect of the Non-Immunosuppressive MPT Pore Inhibitor Alisporivir on the Functioning of Heart Mitochondria in Dystrophin-Deficient mdx Mice Biomedicines, 9(9), 1232 (год публикации - 2021)
10.3390/biomedicines9091232

6. Дубинин М.В., Старинец В.С., Семенова А.А., Белослудцева Н.В., Белослудцев К.Н. Митохондриальная дисфункция при мышечной дистрофии Дюшенна и ее терапевтическая коррекция с помощью неиммуносупрессивного агента Debio 025 НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ ПРОБЛЕМ ФИЗИОЛОГИИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ, С. 96 (год публикации - 2021)

7. Дубинин М.В., Старинец В.С., Теньков К.С., Белослудцева Н.В., Шарапов В.А., Белослудцев К.Н. Применение алиспоривира для in vivo коррекции митохондриальной дисфункции скелетных мышц при дистрофии Дюшенна РЕЦЕПТОРЫ И ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ, С. 655-659 (год публикации - 2021)

8. Дубинин М.В., Старинец В.С., Таланов Е.Ю., Семенова А.А., Белослудцев К.Н. Влияние алиспоривира на функционирование митохондрий сердца при дистрофии Дюшенна Современные проблемы естественных наук и медицины, Вып. 10. С. 69-74 (год публикации - 2021)

9. Дубинин М.В., Белослудцева Н.В., Игошкина А.Д., Теньков К.С. Влияние модуляторов калиевого транспорта на функционирование митохондрий скелетных мышц и сердца при дистрофии Дюшенна Актуальные проблемы биомедицины – 2022, С. 60-61 (год публикации - 2022)

10. Дубинин М.В., Старинец В.С., Михеева И.Б., Белослудцев К.Н. Влияние алиспоривира на транспорт ионов кальция и митофагию в митохондриях скелетных мышц и сердца дистрофиндефицитных мышей Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, Т. 172. № 12. С. 691-697 (год публикации - 2021)
10.47056/0365-9615-2021-172-12-691-697

11. Дубинин М.В., Шарапов В.А., Ильзоркина А.И., Ефимов С.В., Клочков В.В., Гудков С.В., Белослудцев К.Н. Comparison of structural properties of cyclosporin A and its analogue alisporivir and their effects on mitochondrial bioenergetics and membrane behavior Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1864(9), 183972 (год публикации - 2022)
10.1016/j.bbamem.2022.183972

12. Дубинин М.В., Старинец В.С., Белослудцева Н.В., Михеева И.Б., Челядникова Ю.А., Пенкина Д.К., Ведерников А.А., Белослудцев К.Н. The Effect of Uridine on the State of Skeletal Muscles and the Functioning of Mitochondria in Duchenne Dystrophy International Journal of Molecular Sciences, 23(18), 10660 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms231810660

13. Дубинин М.В., Старинец В.С., Белослудцева Н.В., Михеева И.Б., Челядникова Ю.А., Игошкина А.Д., Вафина А.Б., Ведерников А.А., Белослудцев К.Н. BKCa Activator NS1619 Improves the Structure and Function of Skeletal Muscle Mitochondria in Duchenne Dystrophy Pharmaceutics, 14(11), 2336 (год публикации - 2022)
10.3390/pharmaceutics14112336

14. Дубинин М.В., Челядникова Ю.А., Хорошвина Е.И., Семенова А.А. Влияние циклоспорина А и алиспоривира на функционирование изолированных митохондрий скелетных мышц Современные проблемы естественных наук и фармации. Сборник статей Всероссийской научной конференции, С. 37-39. (год публикации - 2022)

15. Дубинин М.В., Белослудцев К.Н. Ion Channels of the Sarcolemma and Intracellular Organelles in Duchenne Muscular Dystrophy: A Role in the Dysregulation of Ion Homeostasis and a Possible Target for Therapy International Journal of Molecular Sciences, 24(3), 2229 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24032229

16. Дубинин М.В., Белослудцев К.Н. Роль дисфункции митохондриальных систем транспорта ионов кальция и калия в прогрессировании мышечной дистрофии Дюшенна. Пути коррекции СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ VII СЪЕЗДА БИОФИЗИКОВ РОССИИ: в 2 томах, том 2 – Краснодар: Типография ФГБОУ ВО «КубГТУ», 2023, С. 268-269 (год публикации - 2023)
10.26297/SbR6.2023.001

17. Дубинин М.В., Белослудцева Н.В., Михеева И.Б., Челядникова Ю.А., Пенкина Д.К., Вафина А.Б., Старинец В.С., Киреев И.И., Белослудцев К.Н. Применение уридина способствует нормализации функции митохондрий сердца дистрофиндефицитных мышей и снижению уровня фиброза в ткани Бюллетень экспериментальной биологии и медицины (год публикации - 2023)

18. Дубинин М.В., Игошкина А.Д., Семенова А.А., Микина Н.В., Хорошавина Е.И., Белослудцев К.Н. Производное бензимидазола NS1619 подавляет функционирование изолированных митохондрий скелетных мышц мышей Биологические мембраны (год публикации - 2023)

19. Дубинин М.В., Михеева И.Б., Степанова А.Е., Игошкина А.Д., Черепанова А.А., Семенова А.А., Шарапов В.А., Киреев И.И., Белослудцев К.Н. Mitochondrial Transplantation Therapy Ameliorates Muscular Dystrophy in mdx Mouse Model Biomolecules (год публикации - 2024)

20. Дубинин М.В., Старинец В.С., Белослудцева Н.В., Челядникова Ю.А., Михеева И.Б., Белослудцев К.Н. Активация кальций-зависимого калиевого канала улучшает функцию митохондрий, но не влияет на интенсивность деструктивных процессов в скелетных мышцах при дистрофии Дюшенна Motor control 2022. Сборник тезисов IX Российской, с международным участием, конференции по управлению движением, посвященной 95-летию со дня рождения И. Б. Козловской, С. 54 (год публикации - 2022)

21. Дубинин М.В., Старинец В.С., Челядникова Ю.А., Белослудцева Н.В., Михеева И.Б., Пенкина Д.К., Игошкина А.Д., Таланов Е.Ю., Киреев И.И., Зоров Д.Б., Белослудцев К.Н. Effect of Large-Conductance Calcium-Dependent K+ Channel Activator NS1619 on Function of Mitochondria in the Heart of Dystrophin-Deficient Mice Biochemistry Moscow, Том 88, № 2, С. 189–201 (год публикации - 2023)
10.1134/S0006297923020037

Публикации