Мембранні та внутрішньоклітинні механізми М-холінергічної активації гладеньком’язових клітин тонкого кишечнику

Національна академія наук України інститут фізіології ім. О. О. богомольця

 

03. 00. 02 – Біофізика

 

Жолос Олександр Вікторович

УДК 577. 352. 5: 577. 353

 

Київ – 1999

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті фізіології ім. О.О. Богомольця Національної Академії наук України.

Науковий консультант: академік НАН України, доктор медичних наук професор Шуба М.Ф. завідуючий відділом нервово-м’язової фізіології Інституту фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор Зима В.Л. професор кафедри біофізики Київського університету ім. Тараса Шевченка доктор біологічних наук Кононенко М. І. провідний науковий співробітник відділу загальної фізіології нервової системи Інституту фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України доктор біологічних наук Веселовський М. С. заступник директора Міжнародного Центру Молекулярно-фізіологічних досліджень

Провідна установа: Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна Національної Академії наук України, відділ біохімії м’язів, м. Київ.

Захист відбудеться 7 березня 2000 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 01. 13. 01 при Інституті фізіології ім. О. О. Богомольця Національної Академії наук України за адресою: 252 024, м. Київ, вул. Богомольця, 4.

 

 

Актуальність проблеми

Механізми регуляції тонусу та скорочення гладеньких м’язів вегетативною нервовою системою є центральними проблемами фізіології, фармакології і біофізики гладеньких м’язів. Ацетилхолін, принциповий медіатор парасимпатичної нервової системи, викликає збудження і скорочення вісцеральних гладеньких м’язів, а також деяких судин. Таким чином, без детального дослідження механізмів дії ацетилхоліну на гладеньком’язові клітини (ГМК) неможливе розуміння функцій різних органів, порушень моторики при різноманітних захворюваннях та пошук нових підходів у лікуванні розладів дихальних шляхів, шлунково-кишкового та сечовидільного трактів.

Збуджуюча дія ацетилхоліну та інших холінергічних агоністів (наприклад, карбахоліну) обумовлена активацією мускаринових рецепторів. Останні належать до великої родини рецепторів, що діють на ефектори – іонні канали та ензими – шляхом активації ГТФ-зв’язуючих G білків.

Центральною сполучною ланкою між активацією мускаринових рецепторів та м’язовим скороченням є підвищення рівня внутрішньоклітинного кальцію, а основними процесами – вхід Ca2+ в клітину при холінергічній деполяризації мембрани та вивільнення Ca2+ із внутрішньоклітинних депо. Приймаючи до уваги гетерогенність мускаринових рецепторів і специфічність кожного із підтипів в активації тих чи інших G-білків і, таким чином, у запуску або ж регуляції різноманітних реакцій, на сучасному етапі становиться все більш очевидним, що холінергічний контроль гладеньких м’язів неможливо зрозуміти як просту суму ізольованих подій. Актуальним є вивчення різноманітних взаємодій у цій складній системі, ролі різних підтипів мускаринових рецепторів, механізмів Ca2+- та InsP3-індукованого вивільнення Ca2+, а також мембранних механізмів М холінергічного збудження ГМК.

Механізмам деполяризуючої дії ацетилхоліну у даній роботі було приділено особливу увагу, оскільки мембранні події, що приводять до її деполяризації, є першими і найменш дослідженими у складному ланцюжку реакцій, що виникають при активації холінорецепторів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Роботу виконано у рамках наукових програм відділу нервово-м’язової фізіології Інституту фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України: "З’ясування молекулярних механізмів специфічних змін провідності клітинних мембран при виникненні основних нервових процесів", "Механізми електро- і хемокерованої кальцієвої провідності мембрани та її роль у спряженні збудження-скорочення у гладеньких м'язах", "Механізми метаболічної регуляції іонних каналів і скорочення гладеньком’язових клітин".

Мета дослідження

Мета роботи полягала у вивченні мембранних та внутрішньоклітинних механізмів М холінергічної активації гладеньком’язових клітин тонкого кишечнику.

Задачі дослідження

1. Дослідити біофізичні і фармакологічні властивості потенціалкерованих іонних каналів мембрани нейронів міжм’язового плетива та ГМК тонкого кишечнику.

2. Дослідити роль і механізми Ca2+  і InsP3-індукованого вивільнення Ca2+ у ГМК, зокрема роль потенціалкерованого входу Ca2+ в активації Ca2+ індукованого і модуляції InsP3 індукованого вивільнення Ca2+.

3. Дослідити механізми деполяризуючої дії мускаринових агоністів на мембрану ізольованих ГМК ileum морської свинки.

4. Дослідити роль активованих G-білків в регуляції катіонної провідності мембрани ГМК і розробити кількісні моделі, які б описували кінетику катіонного струму, виникаючого при активації мускаринових холінорецепторів.

5. Дослідити механізми холінергічної регуляції потенціалзалежних Ca2+ каналів L типу мембрани ГМК тонкого кишечнику.

Наукова новизна отриманих результатів

1. Показана наявність регенеративного Ca2+ індукованого вивільнення Ca2+ у вісцеральних ГМК, що активується навіть при незначному вході Ca2+ через L-тип Ca2+ каналів.

2. Показано, що при підвищенні внутрішньоклітинної концентрації іонів Ca2+ відбувається початкове посилення та затримане пригнічення InsP3-індукованого вивільнення Ca2+ як при активації мускаринових холінорецепторів, так і при дії екзогенного InsP3.

3. Визначена роль G-білків у модуляції потенціалзалежності катіонної провідності як принципового механізму регуляції катіонних каналів, які відкриваються при активації мускаринових холінорецепторів.

4. Досліджені властивості поодиноких катіонних каналів, а також модулюючий вплив двовалентних катіонів і протонів на катіонну провідність.

5. Показані принципова роль М2 рецепторів і модулююча роль М3 рецепторів в активації катіонних каналів. Вперше визначена пряма роль М2 підтипу мускаринових рецепторів у гладеньких м'язах.

6. Встановлено новий механізм десенситизації катіонних каналів, що полягає в зменшенні активації G-білків