Ассоциированные с митохондриями мембраны: роль в нарушении ионного гомеостаза и мишень для терапии мышечной дистрофии Дюшенна

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 23-75-10006

НазваниеАссоциированные с митохондриями мембраны: роль в нарушении ионного гомеостаза и мишень для терапии мышечной дистрофии Дюшенна

Руководитель Дубинин Михаил Васильевич, Кандидат биологических наук

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

Конкурс №85 - Конкурс 2023 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, саркоплазматический ретикулум, ионы кальция, митохондриальная пора, апоптоз, ионный транспорт, терапия

Код ГРНТИ76.03.29; 76.03.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Миодистрофия Дюшенна (МДД) – наследственное заболевание, вызванное мутациями в гене, кодирующем белок дистрофин. Это одна из самых частых форм мышечных дистрофий – МДД диагностируют в среднем у 1 из 3,5-5 тысяч мальчиков. Патология характеризуется прогрессирующей мышечной слабостью, проявляется в раннем детстве и приводит к неспособности ходить уже во втором десятилетии жизни. При МДД отмечено поражение скелетной, сердечной и гладкомышечной мускулатуры, пищеварительной и выделительной систем, однако именно скелетная мускулатура поражается в первую очередь. Более чем у 90% пациентов в возрасте 18 лет, страдающих МДД, наблюдаются признаки кардиомиопатии, которая чаще всего становится основной причиной смерти. В настоящее время продолжаются клинические исследования, направленные на создание генной терапии, позволяющей восстановить нормальную экспрессию дистрофина, что может рассматриваться в качестве единственного пути настоящего лечения этой патологии. Однако такие подходы зачастую сталкиваются с множественными техническими проблемами и могут быть эффективны лишь при раннем начале терапии, до необратимого замещения мышечной ткани соединительной тканью. В связи с этим большое внимание уделяется коррекции вторичных эффектов МДД. Многочисленные исследования на модельных животных, представляющих собой приближенную патологическую модель МДД, а также биоптатах и аутоптатах тканей пациентов, страдающих этими патологиями, свидетельствуют о возможности коррекции патологии путем нормализации или, по крайней мере, улучшения гомеостаза ионов кальция, приводящего к более щадящему течению заболевания. За последние годы, в том числе при участии нашего коллектива, достигнут значительный прогресс в понимании роли внутриклеточных органелл, а именно саркоплазматического ретикулума и митохондрий, в нарушении кальциевого гомеостаза мышечных клеток. Выявлены перспективные мишени в этих органеллах, которые могут быть использованы для терапии МДД и, учитывая известную общность подобных патологий, других типов миопатий. Мнение ведущих исследовательских групп сводится в необходимости комплексной оценки функционирования саркоплазматического ретикулума и митохондрий мышечных клеток при этой патологии. В связи с этим, продолжая наши изыскания, настоящий проект будет сфокусирован на выяснении роли ассоциированных с митохондриями мембран, обеспечивающих функциональную взаимосвязь саркоплазматического ретикулума и митохондрий, в развитии МДД и поиске конкретных мишеней в этом регионе мышечных клеток, которые могут быть использованы для коррекции МДД и других подобных патологий. Для этого в проекте планируется оценить структуру и функционирование так называемых МАМ (mitochondria-associated membranes) контактов скелетных мышц и сердца при дистрофии Дюшенна на модели дистрофин-дефицитных мышей линии mdx. В этом случае также будет впервые изучено влияние фармакологических модуляторов одних из основных структурных компонентов МАМ-контактов и, в частности, инозитолтрифосфатного рецептора (IP3R) саркоплазматической мембраны, потенциал-зависимых анионных каналов (VDAC) внешней мембраны митохондрий и шаперона GRP75 (glucose-regulated protein 75), обеспечивающего физическую связь IP3R и VDAC и их функциональное сопряжение. Предварительные данные свидетельствуют об изменении характера IP3R-GRP75 и IP3R-VDAC взаимодействий в скелетных мышцах и сердце при развитии МДД. Наконец, в проекте планируется впервые оценить влияние терапии, связанной с восстановлением уровня дистрофина в тканях модельных животных, на функциональное состояние МАМ-контактов и сопутствующие этой патологии дефекты в системах, регулирующих гомеостаз ионов кальция. Это позволит предложить новые подходы для снижения интенсивности деструктивных процессов и улучшения функции мускулатуры больных, страдающих МДД и другими формами миопатий, а также закрепит приоритет нашей страны в области исследования причин быстрого прогрессирования врожденных и приобретённых мышечных патологий.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. 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, Vol. 14(3), 316 (год публикации - 2024)
10.3390/biom14030316

2. Дубинин М.В., Михеева И.Б., Степанова А.Е., Павлова Е.К., Гажеева Т.П., Белослудцев К.Н. Глюкокортикоид дефлазакорт нормализует ультраструктуру скелетных мышц и состояние микробиоты толстой кишки дистрофиндефицитных мышей Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, Т. 177. № 3. С. 322-329. (год публикации - 2024)
10.47056/0365-9615-2024-177-3-322-329

3. Дубинин М.В., Чулков А.В., Игошкина А.Д., Черепанова А.А., Микина Н.В. Effect of 2-aminoethoxydiphenyl borate on the functions of mouse skeletal muscle mitochondria Biochemical and Biophysical Research Communications, Vol. 712-713, 149944 (год публикации - 2024)
10.1016/j.bbrc.2024.149944

4. Попёнова Т.А., Чулков А.В., Игошкина А.Д., Микина Н.В., Дубинин М.В. Влияние аминоэтил дифенил-2 бората на функционирование митохондрий скелетных мышц мышей Биосистемы: организация, поведение, управление: Тезисы докладов 77-й Международной школы-конференции молодых ученых, С. 294 (год публикации - 2024)

5. Степанова А.Е., Михеева И.Б., Павлова Е.К., Гажеева Т.П., Дубинин М.В. Влияние дефлазакорта на ультраструктуру скелетной мускулатуры и микробиоту толстой кишки mdx-мышей Актуальные проблемы биомедицины – 2024: Материалы XXX Всероссийской конференции молодых учёных с международным участием, С. 88-89 (год публикации - 2024)

6. Дубинин М.В., Белослудцев К.Н. Нарушение структуры и функции митохондрий при мышечной дистрофии Дюшенна в модели дистрофин-дефицитных mdx-мышей. Возможности коррекции Материалы XI Всероссийской с международным участием школы-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности, посвященной 70-летию открытия механизма мышечного сокращения, С. 147 (год публикации - 2024)

7. Дубинин М.В., Степанова А.Е., Игошкина А.Д., Михеева И.Б., Таланов Е.Ю., Черепанова А.А., Белослудцев К.Н. Effect of 2-Aminoethoxydiphenyl Borate on the State of Skeletal Muscles in Dystrophin-Deficient mdx Mice Frontiers in bioscience (Landmark edition), Vol. 29(12), 428 (год публикации - 2024)
10.31083/j.fbl2912428

8. Дубинин М.В., Михеева И.Б., Степанова А.Е., Михеева И.Б., Сушенцов Д.В., Шарапов В.А., Черепанова А.А., Лоскутов В.В., Белослудцев К.Н. MKT-077 normalizes mitochondrial function and mitigates cardiac pathology in mdx mice Biocell, Vol. 48(12), 1815-1825 (год публикации - 2024)
10.32604/biocell.2024.058068

9. Дубинин М.В., Игошкина А.Д., Хорошавина Е.И., Степанова А.Е., Михеева И.Б., Белослудцев К.Н. Влияние производного родацианина mkt-077 на дисфункцию митохондрий скелетных мышц дистрофин-дефицитных mdx-мышей Генетика и биоэнергетика клетки - основа современной медицины и биотехнологии. Сборник материалов международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию со дня рождения Василия Николаевича Попова, Генетика и биоэнергетика клетки - основа современной медицины и биотехнологии. Сборник материалов международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию со дня рождения Василия Николаевича Попова. Воронеж, 2024. С. 37-41. (год публикации - 2024)

10. Дубинин М.В., Степанова А.Е., Михеева И.Б., Игошкина А.Д., Черепанова А.А., Таланов Е.Ю., Хорошавина Е.И., Белослудцев К.Н. Reduction of Mitochondrial Calcium Overload via MKT077-Induced Inhibition of Glucose-Regulated Protein 75 Alleviates Skeletal Muscle Pathology in Dystrophin-Deficient mdx Mice International Journal of Molecular Sciences, Vol. 25(18), 9892 (год публикации - 2024)
10.3390/ijms25189892

11. Игошкина А.Д., Попёнова Т.А., Шарапов В.А., Поликарпова А.В., Логинов В.А., Егорова Т.В., Дубинин М.В. Влияние ингибитора VDAC канала митохондрий vbit-4 на функцию органелл и состояние скелетных мышц в новой модели дистрофин-дефицитных мышей Dmddel8-34/DBA Х Российская, с международным участием, конференция по управлению движением: Сборник тезисов, Х Российская, с международным участием, конференция по управлению движением. Сочи, 2025. С. 67. (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Согласно поставленным в проекте задачам, за отчетный период было изучено влияние ингибиторов VDAC-каналов митохондрий (VBIT-4 и TRO19622) на функциональные параметры митохондрий, ультраструктуру мышечных тканей и состояние МАМ-контактов у дистрофин-дефицитных мышей линий mdx и DmdDel8-34/DBA, а также исследованы механизмы действия производного родацианина MKT-077 на изолированные митохондрии скелетных мышц. Впервые проведены исследования на новой линии дистрофин-дефицитных мышей DmdDel8-34/DBA, которые демонстрируют более тяжелый фенотип по сравнению с mdx-мышами, включая выраженный фиброз и митохондриальную дисфункцию. Установлено, что митохондрии скелетных мышц дистрофин-дефицитных мышей характеризуются кальциевой перегрузкой, снижением эффективности дыхания и окислительного фосфорилирования, а также увеличением активности кальций-зависимых протеаз (кальпаинов). VBIT-4 снизил кальциевую перегрузку митохондрий у мышей линии DmdDel8-34/DBA с тяжелым фенотипом дистрофии Дюшенна, что сопровождалось улучшением их способности аккумулировать внешние добавки ионов кальция и снижением активности кальпаинов. В этом случае активность кальпаинов снизилась и в ткани, что может свидетельствовать о смягчении протеотоксического стресса под действием VBIT-4. Однако VBIT-4 не оказал аналогичного эффекта на мышей линии mdx с более мягким фенотипом патологии. TRO19622 не повлиял на кальциевый гомеостаз и функциональные параметры митохондрий. Ни один из ингибиторов не изменил уровень маркера окислительного стресса 4-HNE, что указывает на сохранение высокой интенсивности окислительных процессов. В митохондриях сердца у mdx-мышей сохранялась повышенная функциональная активность, тогда как у Dmd-мышей отмечалось снижение эффективности окислительного фосфорилирования и кальциевой емкости. Электронно-микроскопический анализ выявил выраженные дегенеративные изменения в скелетных мышцах дистрофин-дефицитных мышей, включая нарушение организации саркомеров и повреждение митохондрий. VBIT-4 улучшил морфологию митохондрий у Dmd-мышей, увеличив их количество и снизив признаки повреждения, но не восстановил ультраструктуру мышечных волокон. TRO19622 не оказал значимого влияния на ультраструктуру мышц. У контрольных животных оба ингибитора вызвали перестройку митохондриального аппарата, что может указывать на адаптационные изменения. Исследование МАМ-контактов показало, что у mdx-мышей их площадь увеличилась в 1,5 раза по сравнению с контролем, тогда как у Dmd-мышей она снизилась. VBIT-4 уменьшил площадь МАМ-контактов у mdx-мышей до уровня контрольных животных, что может быть связано с модуляцией кальциевого транспорта. TRO19622 не повлиял на МАМ-контакты. При этом ни один из ингибиторов не изменил уровень белка VDAC1 или экспрессию генов, кодирующих ключевые компоненты МАМ-контактов (IP3R1 и GRP75), что указывает на посттрансляционные механизмы их действия. Оценка стресса саркоплазматического ретикулума (СПР) выявила повышение уровня белка GRP78 у дистрофин-дефицитных мышей. VBIT-4 снизил экспрессию GRP78 у Dmd-мышей, что свидетельствует об уменьшении стресса СПР. TRO19622 не оказал влияния на этот параметр. VBIT-4 вызвал достоверное снижение уровня фиброза у дистрофин-дефицитных животных, что было наиболее выражено в случае Dmd-мышей и сопровождалось увеличением силы хвата этих животных, однако эффект нивелировался после физической нагрузки. TRO19622 не изменил функциональные параметры животных. Исследование MKT-077 выявило его дозозависимое подавление потребления кислорода изолированными митохондриями и снижение мембранного потенциала, что связано с ингибированием комплексов I и II дыхательной цепи. Соединение также снижало способность митохондрий аккумулировать ионы кальция и проявляло двойственное влияние на продукцию АФК: антиоксидантное при 1 мкМ и прооксидантное при 5 мкМ. Полученные данные свидетельствуют о дифференцированном влиянии модуляции VDAC-каналов на митохондриальную функцию в зависимости от типа ткани и тяжести патологии, а также подчеркивают перспективность дальнейшего изучения механизмов действия модуляторов митохондриальных транспортных систем. Все поставленные в отчетный период задачи выполнены. По результатам этапа опубликованы 3 статьи (включая журналы Q1), представлено 2 доклада на конференциях (устный и стендовый).

Публикации