Tag Archives: гладеньком’язові клітини

Інгібування Nа(+),K(+)-АТРази та активація міозинової АТРази калікс[4]ареном С-107 стимулює тонічну складову скоротливої активності ізольованих гладеньких м’язів

Т. О. Векліч1, Р. Д. Лабинцева1, О. А. Шкрабак1, О. В. Цимбалюк2,
Р. В. Родік3, В. І. Кальченко3, С. О. Костерін1

1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
2Інститут високих технологій, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна;
3Інститут органічної хімії НАН України, Київ;
e-mail: veklich@biochem.kiev.ua; otsymbal@bigmir.net; manli@ioch.kiev.ua

Отримано: 04 липня 2019; Затверджено: 29 листопада 2019

Метою дослідження було показати, що синтетична сполука калікс[4]арен С-107 виявляє кілька унікальних біохімічних та фізіологічних ефектів на гладенькі м’язи і є перспективною для медичного застосування. Зокрема, цей калікс[4]арен є ефективним інгібітором Nа+,K+-АТРази міометрія (І50 = 54 ± 6 нМ), селективним відносно інших АТР-гідролаз плазматичної мембрани та одночасно активатором ензиматичної активності міозинової АТРази гладеньких м’язів (А50 = 9,6 ± 0,7 мкМ). Такі реципрокні біохімічні ефекти спрямовані на одну фізіологічну відповідь, а саме стимулювання скоротливої активності гладеньких м’язів, що було продемонстровано на різних ізольованих гладеньких м’язах тензометричним методом. А саме: калікс[4]арен С-107 стимулює підвищення тонічної складової спричинених окситоцином скорочень міометрія, а також зумовлених гіперкалієвим розчином та ацетилхоліном скорочень м’яза caecum товстого кишечника, та утримання цього підвищеного тонусу тривалий час. Отже, калікс[4]арен С-107 є перспективною речовиною для посилення базального тонусу та/або активації скорочувальної активності гладеньком’язових органів у разі їхніх гіпотонічних дисфункційних порушень.

Калікс[4]арен С-956 селективно інгібує Са(2+),Mg(2+)-АТРазу плазматичної мембрани клітин міометрія

Т. О. Векліч1, О. А. Шкрабак1, Ю. В. Ніконішина1, Р. В. Родік2, В. І. Кальченко2, С. О. Костерін1

1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
2Інститут органічної хімії НАН України, Київ;
e-mail: veklich@biochem.kiev.ua; manli@ioch.kiev.ua

Із використанням методів ензиматичного та кінетичного аналізу продемонстровано, що калікс[4]арен С-956 (5,11,17,23-тетра(трифтор)метил-(феніл-сульфоніліміно)метиламіно-25,27-діоктилокси-26,28-дипропоксикалікс[4]арен) у концентрації 100 мкМ чинив найбільшу інгібіторну дію на Са2+,Mg2+-АТРазну активність плазматичної мембрани порівняно з іншими аналогами цього калікс[4]арену і не впливав на питому активність інших мембранних АТРаз. За допомогою конфокальної мікроскопії з використанням кальційчутливого флуоресцентного зонда fluo-4 показано, що внесення калікс[4]арену С-956 до іммобілізованих міоцитів матки зумовлює зростання рівня внутрішньоклітинної концентрації  Са2+. Аналіз впливу калікс[4]арену С-956 на ефективний гідродинамічний діаметр міоцитів міометрія продемонстрував, що додавання розчину цієї сполуки до суспензії міоцитів зменшує вказаний показник на 45,5 ± 9,4% подібно до дії утеротоніка окситоцину.

Вплив каліксарену С-107 на кінетичні параметри Nа(+),K(+)-АТР-ази плазматичної мембрани міоцитів матки

Т. О. Векліч1, О. А. Шкрабак1, Р. В. Родік2,
В. І. Кальченко2, С. О. Костерін1

1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
2Інститут органічної хімії НАН України, Київ;
e-mail: kinet@biochem.kiev.ua; vik@bpci.kiev.ua

В експериментах, виконаних на суспензії перфорованих плазматичних мембран клітин міометрія, досліджували інгібуючу дію каліксарену С-107 (5,17-ди(фосфоно-2-піридилметил)аміно-11,23-ди-трет-бутил-26,28-дигідрокси-25,27-дипропоксикалікс[4]арен) на кінетичні характеристики Na+,K+-АТР-азної активності.
Показано, що каліксарен С-107, інгібуючи Na+,K+-АТР-азу, не змінює кінетичні параметри залежності швидкості реакції (Km, nH) від концентрації субстрату. Константа активації ензиму хлоридом магнію Kа має складний двофазний характер залежності від концентрації каліксарену С-107 – збільшується вдвічі з ростом концентрації каліксарену С-107 до 50 нМ, а за подальшого підвищення концентрації каліксарену знижується до майже контрольного рівня. При цьому величина коефіцієнта кооперативності Хілла nH активуючої дії MgCl2 практично не змінюється у присутності каліксарену С-107. Як АТР, так і MgCl2 не впливає на константу інгібування Na+,K+-АТР-ази каліксареном С-107, але збільшення концентрації зазначених речовин призводить до зростання коефіцієнта кооперативності nH інгібування АТР-азної реакції каліксареном С-107.

Порівняльне дослідження впливу калікс[4]арену С-99 та його аналогів на Nа(+),K(+)-ATP-азну активність у плазматичній мембрані міоцитів матки

Т. О. Векліч1, О. А. Шкрабак1, С. О. Черенок2,
В. І. Кальченко2, С. О. Костерін1

1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
2Інститут органічної хімії НАН України, Київ;
e-mail: kinet@biochem.kiev.ua; vik@ioch.kiev.ua

З метою визначення ролі структурної організації молекули калікс[4]арену С-99 у проявленні інгібіторної дії на Nа+,K+-АТР-азу плазматичних мембран клітин міометрія досліджено дію структурно подібних до нього калікс[4]аренів С-296, С-297, С-424, С-425, С-426, С-427 на активність цього ензиму. Показано, що каліксарени С-296 та С-297 (мають дві додаткові пропокси-групи на нижньому вінці макроциклу) є менш ефективними інгібіторами Na+,K+-АТР-ази порівняно з каліксареном С-99.  Каліксарени С-425 та С-427 (мають на верхньому вінці макроциклу відповідно три та чотири залишки фосфонових кислот) також інгібують активність Na+,K+-АТР-ази з нижчою ефективністю порівняно з каліксареном С-99. Каліксарен С-424, в якого на верхньому вінці знаходяться лише два залишки карбонової кислоти, та каліксарен С-426, що містить на верхньому вінці кетометилфосфонові залишки замість гідроксиметилфосфонових залишків у каліксарені С-99, не впливають на активність Nа+,K+-АТР-ази. Зроблено відповідні висновки щодо ролі певних хімічних груп каліксарену С-99 у його взаємодії  з Nа+,K+-АТР-азою.

Інгібіторний вплив калікс[4]арену С-90 на ензиматичну активність транспортних Са(2+),Mg(2+)-АТРаз плазматичної мембрани та саркоплазматичного ретикулума міометрія

Т. О. Векліч

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: veklich@biochem.kiev.ua

В експериментах, виконаних на суспензії плазматичних мембран та клітинах міометрія, оброблених 0,1%-им розчином дигітоніну, показано, що калікс[4]арен С-90 (5,11,17,23-тетра(трифтор)метил(феніл­сульфоніліміно)метиламіно-25,26,27,28-тетра­пропокси-калікс[4]арен) ефектив­ніше інгібує ензиматичну активність Са2+,Mg2+-АТРази плазматичної мембрани, ніж відповідну активність у саркоплазматичному ретикулумі (величини коефіцієнта інгібування І0,5 становлять 20,2 ± 0,5 та 57,0 ± 1,4 мкМ для Са2+,Mg2+-АТРази плазматичної мембрани та саркоплазматичного ретикулума відповідно (n = 5)). Дослідили кінетичні закономірності інгібувальної дії калікс[4]арену С-90 на Са2+,Mg2+-АТРазну активність плазматичної мембрани та саркоплазматичного ретикулума. Цей інгібітор діє на обидві помпи за механізмом повного неконкурентного інгібування. Під впливом калікс[4]арену С-90 відбувається підвищення концентрації Са2+ в клітині та зменшується ефективний гідродинамічний діаметр гладеньком’язових клітин подібно до дії утеротоніка окситоцину.

Кінетичні закономірності дії калікс[4]арену С-90 на Са(2+),Mg(2+)-АТРазну активність плазматичної мембрани та на концентрацію Са(2+) в незбуджених клітинах міометрія

Т. О. Векліч1, О. А. Шкрабак1, Ю. Ю. Мазур1, Р. В. Родік2,
В. І. Бойко2, В. І. Кальченко2, С. О. Костерін1

1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
2Інститут органічної хімії НАН України, Київ;
e-mail: kinet@biochem.kiev.ua; vik@ioch.kiev.ua

Са2+,Mg2+-АТРаза плазматичної мембрани є важливим елементом загального механізму контролю базального тонусу міометрія, яка також частково забезпечує релаксацію м’язової напруги після скорочення м’язу. В експериментах, виконаних на суспензії плазматичних мембран клітин міометрія, обробленій 0,1%-им розчином дигітоніну, досліджували інгібуючу дію калікс[4]арену С-90 (5,11,17,23-тетра(трифтор)метил(фенілсульфоніліміно)-метиламіно-25,26,27,28-тетрапропокси-калікс[4]арен) на Са2+,Mg2+-АТРазну активність ензиму. Калікс[4]арен С-90 ефективно пригнічує Са2+,Mg2+-АТРазну активність ензиму (значення І0,5 для С-90 становить 20,2 ± 0,5 мкМ). Інгібувальна дія калікс[4]арену С-90 на роботу Са2+-помпи передусім пов’язана саме з кооперативним впливом чотирьох просторово орієнтованих на калікс[4]ареновій платформі фенілсульфоніліміно-трифторометилацетамідних груп, а не з дією суто тетрафенольного макроциклу чи з дією окремих фармакофорних сульфоніламідинових груп. Із урахуванням встановлених кінетичних закономірностей інгібувальної дії калікс[4]арену С-90 на Са2+,Mg2+-АТРазну активність плазматичної мембрани розбудовано стаціонарну кінетичну модель контролю рівня базальної концентрації Са2+ в незбуджених міоцитах матки. Припускається, що одержані результати можуть бути перспективними для створення на основі калікс[4]арену С-90, фармакологічного препарату нового («супрамолекулярного») покоління – стимулятора базального тонусу матки.

Кінетика інгібіторної дії калікс[4]арену С-90 на активність транспортної Ca(2+),Mg(2+)-АТРази плазматичної мембрани гладеньком’язових клітин

Т. О. Векліч1, О. А. Шкрабак1, Ю. Ю. Мазур1,
Р. В. Родік2, В. І. Кальченко2, С. О. Костерін1

1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
2Інститут органічної хімії НАН України, Київ;
e-mail: kinet@biochem.kiev.ua; vik@ioch.kiev.ua

В експериментах, виконаних на суспензії плазматичних мембран клітин міометрія, яку було оброблено 0,1%-им розчином дигітоніну, досліджували кінетичні закономірності інгібуючої дії калікс[4]арену С-90 (5,11,17,23-тетра(трифтор)метил(фенілсульфоніліміно)метиламіно-25,26,27,28-тетрапропокси-калікс[4]арен) на Са2+,Mg2+-АТРазну активність. Перевіряли спорідненість зазначеного ензиму до АТР, іонів Mg та Са в залежності від концентрації каліксарену С-90, а також його вплив на кооперативний ефект і на максимальну швидкість гідролізу АТР. Встановлено, що на спорідненість Са2+,Mg2+-АТРази до АТР каліксарен С-90 практично не впливає, що свідчить про відсутність конкуренції між центрами зв’язування АТР та С-90. Також відзначено відсутність впливу на спорідненість та кооперативний ефект іонів Са у разі застосування каліксарену С-90 в концентрації до 50 мкМ. Під впливом калікс[4]арену С-90 відмічено незначне зростання коефіцієнта активації Са2+,Mg2+-АТРази хлоридом магнію. У всіх трьох випадках спостерігається істотне зменшення максимальної швидкості гідролізу АТР, що в поєднанні з відсутнім впливом на константу спорідненості свідчить про неконкурентний механізм інгібування каліксареном С-90 Са2+,Mg2+-АТРазної активності.

Калікс[4]арен С-107 як високоафінний супрамолекулярний інгібітор Nа(+),K(+)-ATPази плазматичної мембрани

О. В. Бевза1, Т. О. Векліч1, О. А. Шкрабак1, Р. В. Родік2,
В. І. Кальченко2, С. О. Костерін1

1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: kinet@biochem.kiev.ua;
2Інститут органічної хімії НАН України, Київ;
e-mail: vik@ioch.kiev.ua

В експериментах, виконаних на суспензії плазматичних мембран клітин міометрія, досліджували інгібувальну дію 5,17-ди(фосфоно-2-піридилметил)аміно-11,23-ди-трет-бутил-26,28-дигідрокси-25,27-дипропоксикалікс[4]арену (калікс[4]арен С-107, наведено шифр) на Na+,K+-АТРазну активність. Показано, що калікс[4]арен С-107 (10-8–10-4 М) ефективніше, ніж уабаїн, пригнічує активність Na+,K+-АТРази, практично не впливаючи на активність базальної Mg2+-АТРази. Величина коефіцієнта інгібування І0,5 дорівнює 33 ± 4 нМ, а значення коефіцієнта Хілла nH – 0,38 ± 0,06. Модельні сполуки: незаміщений за верхнім вінцем 25,27-дипропоксикаліксарен (каліксарен С-150, суто каліксаренова «платформа») (10-8–10-4 М) та N-(4-гідроксифеніл)-2-піридил-амінофосфонова кислота (сполука М-3 – залишок, що модифікує верхній вінець каліксарену С-107 разом із фенольним фрагментом) (10-7–4·10-3 М) практично не впливають на досліджувані ензиматичні системи. Проведено комп’ютерне моделювання взаємодії калікс[4]арену С-107 і його модельних сполук з лігандзв’язувальними ділянками Na+,K+-АТРази плазматичної мембрани. З’ясовано структурні основи міжмолекулярної взаємодії калікс[4]арену С-107 з лігандзв’язувальними ділянками ензиму. Обговорюється участь водневих, гідрофобних, електростатичних і π-π (стекінг)-взаємодій між калікс[4]ареном і амінокислотними залишками Na+,K+-АТРази, і розташовані поруч з активним центром АТРази.

Mg(2+),ATP-залежна кальцієва помпа плазматичної мембрани гладеньком’язових клітин. ІІ. Регуляція активності

Т. О. Векліч, Ю. Ю. Мазур, С. О. Костерін

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: veklich@biochem.kiev.ua, yuliya.vorona@gmail.com

Са2+-помпа плазматичної мембрани є одним із ключових протеїнів, які беруть участь у процесах обміну іонів Са в гладеньком’язових клітинах. Її функції є досить різноманітними: від контролю базальної цитоплазматичної концентрації Са2+ – до регуляції протеїнів, що залучені у Са2+-залежні сигнальні каскади, і часто залежать від ізоформи або навіть від форми альтернативного сплайсингу вказаного вище протеїну. Зважаючи на досить різноматні функції та властивості Са2+-помпи плазматичної мембрани, які детально було розглянуто в першій частині нашого огляду (Ukr. Biochem. J., 2015, 87, № 1), важливим, з точки зору функціонування клітини, є прецизійна регуляція її активності. Тому друга частина огляду присвячена саме висвітленню різноматніх факторів регуляції активності Са2+-помпи плазматичної мембрани гладеньком’язових клітин: як ендогенних, так і екзогенних, біотичних та абіотичних чинників. Особлива увага приділяється даним літератури та власним результатам, пов’язаним із розробкою та пошуком селективного інгібітора Са2+-помпи плазматичної мембрани, який дозволив би прискіпливіше вивчати її функціональні особливості в гладеньком’язових клітинах.

Mg(2+),ATP-залежна кальцієва помпа плазматичної мембрани гладеньком’язових клітин. І. Структурна організація та властивості

Т. О. Векліч, Ю. Ю. Мазур, С. О. Костерін

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: veklich@biochem.kiev.ua, yuliya.vorona@gmail.com

Регуляція концентрації Са2+ у цитоплазмі має вирішальне значення у функціонуванні клітин. Зміна концентрації Са2+ відіграє фундаментальну роль й у гладеньком’язових клітинах, оскільки це обумовлює процеси скорочення/розслаблення. Одним із ключових протеїнів, який бере участь у регуляції концентрації Са2+ в цитоплазмі, є Mg2+,АТР-залежна Са2+-помпа плазматичної мембрани. Тому питання регуляції активності та пошук препаратів, які дозволяли б цілеспрямовано змінювати активність Са2+-помпи плазматичної мембрани, є актуальним у контексті сучасних біохімічних досліджень механізмів енерго- та фармакомеханічного спряження збудження і скорочення м’язів. В огляді узагальнено дані літератури і результати власних досліджень щодо властивостей Са2+-помпи плазматичної мембрани клітин гладеньких м’язів. Розглянуто структурну організацію, кінетичні властивості та молекулярну біологію цієї транспортної системи.