Основной целью научного коллектива было изучение молекулярных сигнальных механизмов всех известных газотрансмиттеров (см. справку) при сердечно-сосудистых, почечных, ревматических, нейродегенеративных и психических заболеваниях, а также концептуализация полученных во время исследования результатов. Были рассмотрены все известные на сегодняшний день газотрансмиттеры: оксид азота (NO), оксид углерода (CO), сероводород (H2S) и диоксид серы (SO2).
Полученные результаты послужат основой для исследований в области кардиологии, нефрологии, ревматологии, психиатрии и нейробиологии, а также могут быть задействованы при разработке клинически эффективных цитопротекторных препаратов, связанных с газотрансмиттерами.
– Нам удалось концептуализировать широкий спектр газотрансмиттер-зависимых сигнальных механизмов выживания и гибели клеток при различных патологических состояниях. Газотрансмиттеры участвуют в патогенезе социально значимых заболеваний, в том числе психических расстройств, широко распространенных сегодня, – пояснил Станислав Родькин. – Кроме того, наше исследование расширило горизонты понимания молекулярных механизмов газотрансмиттеров, включая H2S, в апоптотической (запрограммированной) клеточной гибели при различных заболеваниях.
Содержание того или иного газотрансмиттера в организме человека может повышаться или понижаться в зависимости от типа заболевания и ткани, в которых оно протекает. При этом сами эти газообразные молекулы могут оказывать разные эффекты на клетку – цитопротекторные (защита клетки) либо цитотоксические (повреждение клетки). А дисбаланс газотрансмиттеров в организме может приводить к развитию серьезных патологий. Стоит отметить, что многие нейродегенеративные заболевания, например, болезнь Альцгеймера, могут быть вызваны травматическим повреждением нервной системы, в том числе в результате черепно-мозговой травмы (ЧМТ). При ЧМТ страдает не только центральная нервная система, но и другие системы, в частности почечная и сердечно-сосудистая, именно поэтому лечение должно быть комплексным. Есть основания предполагать, что лекарственные препараты, в состав которых войдут газотрансмиттеры, будут оказывать благоприятное воздействие на организм человека при различных заболеваниях.
– H2S обладает максимально выраженными цитопротективными свойствами в сравнении с другими газотрансмиттерами при всех рассмотренных в исследовании видах заболеваний. Эндогенный H2S – тот, который вырабатывается в организме человека, может выступать в качестве антиоксиданта, повышать уровень ферментов антиоксидантной системы защиты, уменьшать воспаление, окислительный стресс, активацию микроглии, а также апоптоз (см. справку), – рассказал Станислав Родькин. – При ЧМТ уровень H2S в головном мозге человека обычно снижается. Основными ферментами, ответственными за синтез сероводорода в организме человека, выступают цистатионин бета-синтаза и цистатионин гамма-лиаза. Регулирование данных биокатализаторов может лечь в основу разработки эффективных нейропротекторных препаратов. Однако стоит отметить, что переизбыток H2S может приводить к негативным эффектам, в частности к усилению окислительного стресса.
Что касается NO, то, по заключению исследователей, он обладает выраженным дуализмом в своем действии на клетки: может проявлять как цитопротекторный эффект, так и цитотоксический в зависимости от патологии, ткани и своей концентрации. Обычно при ЧМТ в нервной ткани увеличивается уровень NO, что приводит к клеточной гибели, в том числе апоптозу. Этот газотрансмиттер широко представлен в организме человека, синтезируется в большинстве клеток и является необходимым компонентом сигнальных процессов (см. справку).
По мнению ученых, CO, который синтезируется под действием фермента гемоксигеназы, также уменьшает воспаление, снижает уровень апоптоза и окислительного стресса, но не настолько ярко выражено, как H2S. Однако СO имеет и обратную строну: может вызвать воспаление и окислительный стресс, то есть проявлять цитотоксические эффекты.
SO2 – пока наиболее малоизученный из всех газотрансмиттеров, открыт не так давно в качестве сигнальной молекулы, обладает цитопротекторными свойствами при сердечно-сосудистых заболеваниях.
Обзорное исследование проводилось в рамках внутреннего гранта ДГТУ «Наука – 2030» с привлечением представителей нескольких университетов: ученых ДГТУ и ведущих врачей Ростовского, Башкирского и Южно-Уральского государственных медицинских университетов.
Исследование опубликовано в Journal of Molecular Sciences – в одном из самых престижных журналов в мире по молекулярной биологии в швейцарской базе MDPI (Q1, Scopus, WoS, IF 6,2).
Справка: Газотрансмиттеры – молекулы веществ, находящихся при стандартных условиях в газообразном состоянии, синтезируемые клетками живого организма, которые принимают участие во множестве процессов в организме в норме и при патологических состояниях.
Апоптоз – регулируемый процесс программируемой клеточной гибели, в результате которого клетка распадается на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной.
Микроглия – это часть вспомогательных клеток нервной ткани, имеет мезодермальное происхождение. Представлена мелкими клетками, которые находятся в белом и сером веществе мозга. Микроглия способна к амебовидному передвижению и фагоцитозу.
Сигнальный путь – процесс переда информации через «цепочку» молекул (строго от одной молекулы к другой) для реализации тех или иных биологических эффектов, например, деления клетки либо ее гибели.