Ученые разработали модели для изучения патологических изменений в биоэнергетике клеток, приводящих к хроническим заболеваниям. Модели созданы на основе дрожжевых клеток.
Исследования проводятся лабораторией молекулярной биоэнергетики Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий совместно с лабораторией биоэнергетики ФИЦ Биотехнологии РАН.
Ученые исследуют митохондрии — клеточные энергетические станции. Эти органеллы «живут» внутри клетки и, помимо создания энергетических запасов, выполняют множество важнейших функций: участвуют в общем клеточном обмене, проведении внутриклеточных сигналов, регуляции роста клеток.
В то же время митохондрии — один из главных источников активных форм кислорода (АФК), так называемых кислородных радикалов, которые разрушающе действуют на клетки различных органов. Накопление этих агрессивных соединений провоцирует окислительный стресс, стимулирующий старение и приводящий к развитию многих системных заболеваний (например, диабета 2-го типа, метаболического синдрома, хронического ожирения, а также различных нейродегенеративных заболеваний).
Для разработки эффективных методов терапии и ранней диагностики таких заболеваний нужно понять молекулярные механизмы, лежащие в их основе. Для этого ученые разрабатывают простые и информативные модели живых клеток, отражающие патологические изменения в их биоэнергетике. На таких моделях проводят полноценные исследования различных соединений, способных противостоять окислительному стрессу, а потому перспективных для создания препаратов для раннего лечения.
«Мы разработали модели болезней Альцгеймера, Паркинсона и гепатоцеллюлярной карциномы на фоне инфекции вирусом гепатита В. Для этого использовали уникальные дрожжи аэробного типа обмена Yarrowia lipolytica. По энергетическому метаболизму они очень схожи с млекопитающими. Клетки дрожжей имеют схожую с клетками млекопитающих физиологию митохондрий и дыхательную цепь «животного типа», — рассказал Антон Рогов, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной биоэнергетики НИЦ «Курчатовский институт». — Наши модели обладают преимуществами дрожжей: это одноклеточные микроорганизмы, их просто выращивать, с ними можно проводить разнообразные генетические манипуляции и исследования. Но при этом они очень хорошо моделируют энергетическое состояние нейронов. Настоящую нейрональную культуру долго и сложно выращивать и готовить к работе, а наши модели значительно проще и дешевле для исследований».
В ходе работ ученые установили, что причиной окислительного стресса и массовой гибели клеток на ранних этапах развития многих хронических заболеваний является митохондриальная дисфункция, обычно сопровождающаяся нарушением баланса между продукцией АФК и их уничтожением. Восстановить этот баланс можно с помощью антиоксидантов. Сейчас в лаборатории на полученных моделях клеток исследуют направленные антиоксидантные соединения, способные проникать и накапливаться только в митохондриях, что позволяет использовать их в очень низких, нетоксичных концентрациях. Наиболее эффективные соединения могли бы стать перспективными терапевтическими средствами против заболеваний, связанных с окислительным стрессом.
Модели на основе дрожжей позволят проводить высокопроизводительные скрининги антиоксидантных веществ. В результате можно отобрать наиболее «многообещающие» соединения, которые далее будут испытываться уже на лабораторных животных.