Одна из проблем, с которой сталкиваются эктотермные животные при снижении температуры окружающей среды, заключается в негативных изменениях параметров электрической активности кардиомиоцитов, что приводит к снижению производительности сердца (минутного объема сердечного выброса). Это особенно важно для эктотермных животных, сохраняющих высокую активность в холодное время года. В обзоре рассматриваются известные на данный момент физиологические механизмы, позволяющие эктотермным позвоночным – в первую очередь различным видам рыб – частично нивелировать вызванные холодом изменения электрической активности сердца, а также поддерживать его работоспособность на достаточном для активной жизнедеятельности уровне при наступлении зимы. Эти механизмы включают увеличение плотности ионных токов кардиомиоцитов, а в некоторых случаях – изменения параметров стационарной активации и инактивации. Также в обзоре обсуждаются изменения ионных токов и электрической активности, вызванные изменениями температуры в остром эксперименте – в частности, рассматривается воздействие температуры на возбудимость кардиомиоцитов. Рассматриваемые в обзоре данные получены главным образом в экспериментах на костистых рыбах, поскольку среди всех эктотермных позвоночных именно они относительно неплохо исследованы с точки зрения электрофизиологии сердца.

Одним из факторов, способствующих развитию колоректального рака, является воспаление. Хронический язвенный колит может быть причиной развития ассоциированного с ним колоректального рака (Colitis-Associated Colorectal cancer, CAC) в 1,6–3,7% случаев. Основным регулятором клеточного ответа на воспаление является белок NF-κB, который за счет наличия сайта связывания в соответствующем гене, индуцирует экспрессию и синтез транскрипционного фактора HIF-1α (Hypoxia-Inducible Factor 1α). Окислительный стресс, возникающий в ходе воспалительного процесса, зачастую приводит к возникновению мутаций в клетках. ДНК быстро пролиферирующих эпителиальных клеток толстой кишки становится мишенью для активных форм кислорода, что в итоге приводит к инициации и прогрессии опухолей. Темпы развития CAC во многом зависят от исходной устойчивости организма к гипоксии. У животных с низкой устойчивостью к гипоксии отмечаются более быстрые темпы инициации и прогрессии CAC по сравнению с высокоустойчивыми особями, что характеризуется более высокой частотой развития аденокарцином, высокими уровнями экспрессии генов Hif3a, Vegf, Tnfa, Il10, Tgfb, Cmet, Egf, Egfr, Bax, Muc1 и Cldn7 в опухолях, выраженными изменениями гематологических показателей и дисбалансом субпопуляций лимфоцитов в опухолях, брыжеечных лимфоузлах и крови. Понимание механизмов взаимосвязи устойчивости к гипоксии, активности HIF, особенностей течения хронических воспалительных и опухолевых процессов необходимо для разработки новых подходов к персонализированной терапии заболеваний, сопровождающихся недостатком кислорода.

Проведено исследование уровня тканевых антиоксидантов у молодых и взрослых (зимовавших) особей зимоспящего вида – лесной мышовки (Sicista betulina Pallas, 1779), обитающей вблизи северной границы ареала распространения (Республика Карелия). Показана гетерохронность возрастных изменений показателей антиоксидантной системы: активность каталазы в почках снижалась, а в сердце, напротив, увеличивалась с возрастом; у взрослых особей лесной мышовки активность супероксиддисмутазы в почках, сердечной и скелетной мышце выше, чем у молодых животных. У молодых особей отмечен более низкий уровень низкомолекулярных антиоксидантов – восстановленного глутатиона (почки и сердце) и α-токоферола (сердце и скелетная мышца) – по сравнению с зимовавшими животными, что, вероятно, связано не только с активным ростом и высокой степенью подвижности молодых особей в период расселения, но и с напряженностью физиологических систем в связи с обитанием в условиях Севера и подготовкой к зимней спячке. Обнаружены более высокие уровни восстановленного глутатиона и α-токоферола в сердце зимовавших особей лесной мышовки по сравнению с другими зимовавшими представителями отряда Rodentia, обитающими в Республике Карелия, что подчеркивает важную роль низкомолекулярных антиоксидантов в защите тканей от окислительных повреждений у этого вида.

Сигнальный каскад «NO (nitric oxide) → растворимая гуанилатциклаза (sGC, soluble guanylate cyclase) → циклический гуанозинмонофосфат (cGMP, cyclic guanosine monophosphate) → протеинкиназа G (PKG, protein kinase G)» играет значительную роль в дилатации сосудов, и его нарушения могут являться причиной цереброваскуляных заболеваний. Ключевым звеном сигнальной системы NO → PKG является cGMP, внутриклеточный уровень которого во многом регулируется расщепляющими его ферментами – cGMP-гидролизующими фосфодиэстеразами (PDE, phosphodiesterase). Старение сопровождается снижением скорости синтеза NO и уровня cGMP, а также повышением активности PDE. В этих условиях возможно увеличение вклада компенсаторных механизмов в активацию отдельных участков сигнального пути NO → PKG, в частности, с участием посредников, изменяющих уровень cGMP. В качестве одного из активаторов пути NO→PKG в настоящее время рассматривается сероводород (H₂S, hydrogen sulfide), который может повышать уровень cGMP в клетке путем ингибирования PDE или непосредственно взаимодействовать с cGMP, что сопровождается образованием биологически активных соединений, менее подверженных ферментативному разложению. H₂S-опосредованная активация cGMP показана в кардиомиоцитах и гладкомышечных клетках сосудов брыжейки и аорты, но в сосудах головного мозга этот механизм не изучен. Целью работы стало изучение вклада H₂S в регуляцию cGMP-индуцированной вазодилатации мозговых сосудов и изменения этого механизма регуляции вазоактивных реакций при старении. У крыс Sprague-Dawley в возрасте 4 мес. (молодые) и 18 мес. (взрослые) методом прижизненной микрофотосъемки проводили сравнительное исследование выраженности дилататорной реакции пиальных артерий на воздействие проникающего в клетки аналога cGMP – 8-Br-cGMP (8-bromine-cyclic guanosine monophosphate), а также оценивали влияние экзогенного (донор – NaHS, sodium hydrosulfide) и эндогенного H₂S на выраженность cGMP-индуцированной вазодилатации. В качестве блокатора эндогенного H₂S применяли пропаргилглицин (propargylglycine). Показано, что у крыс в возрасте 4 мес. опосредованная H₂S регуляция индуцированной cGMP дилатации пиальных артерий выражена только у крупных артерий диаметром более 40 мкм.

Старение приводит к усилению вклада эндогенного H₂S в индуцированную cGMP дилатацию пиальных артерий всех калибров и увеличению чувствительности cGMP-опосредо ванных реакций мелких пиальных артерий к экзогенному H₂S.

Виропорины являются небольшими мембранными белками оболочечных вирусов. Они играют важную роль как в жизненном цикле вируса, так и развитии патогенеза заболевания. В связи с этим, ингибирование виропоринов считается перспективной стратегией в лечении многих заболеваний, вызванных оболочечными вирусами, такими как коронавирус, вирус герпеса, вирус иммунодефицита человека, вирус Эбола и многие другие. Важным этапом поиска высокоэффективных ингибиторов таких каналов является изучение особенностей взаимодействия потенциальных противовирусных препаратов с аминокислотными остатками канала виропорина. В свою очередь, метиленовый синий является известным эффективным противовирусным агентом и широко применяется в медицинской практике. В данной работе мы провели расчеты молекулярной динамики взаимодействия метиленового синего с каналом виропорина коронавируса SARS-CoV-2 методом отбора зонтичных проб. Анализ образуемых контактов между молекулой метиленового синего и аминокислотными остатками виропорина показал, что ключевую роль в связывании играют нековалентные стэкинг-взаимодействия между системой ароматических колец метиленового синего и остатками фенилаланина, расположенными в центре канала виропорина. Полученные результаты приближают нас к пониманию механизмов противовирусного действия метиленового синего. Проведение подобных вычислительных экспериментов представляется эффективным подходом при поиске ингибиторов виропоринов.

Доступность кислорода является важным фактором в жизни растений. Его недостаток приводит к гипоксии, которая может возникнуть при избыточном увлажнении подземных частей растений. Для преодоления гипоксии у многих растений образуется лизигенная аэренхима, выполняющая функции снабжения кислородом. Механизмы образования аэренхимы не до конца ясны. В данной работе изучены анатомо-морфологические и физиолого-биохимические изменения в тканях коры корня ячменя (Hordeum vulgare L.) при формировании аэренхимы в условиях гипоксии, создаваемой в гидропонной среде. Дефицит кислорода тормозил рост корней, снижал интенсивность дыхания, но не оказывал влияние на развитие надземной части. На 8-е сут роста в условиях гипоксии в корнях концентрация H₂O₂ повышалась в 2,6 раза по сравнению с контролем (условия аэрации среды) и формировалась аэренхима. Накопление H₂O₂ происходило на фоне низкой активности антиоксидантных ферментов. К 28-м сут в условиях гипоксии активность разных форм пероксидаз увеличивалась, что приводило к снижению концентрации H₂O₂ в корнях до уровня контрольных значений. Сделано предположение о том, что на ранних этапах гипоксии увеличение содержания H₂O₂ служит для запуска образования аэренхимы, на более поздних этапах – усиление антиоксидантной активности приводило к нейтрализации активных форм кислорода, обеспечивая выживание корней и целого растения.

Рис играет огромную роль в питании населения мира. В России, как в Европе и Америке, рис в основном высевают прямым посевом, а в Азиатских странах применяют рассадную технологию. После прямого посева следует затопление поля, которое может привести к низкому проценту всходов и гибели молодых растений. С другой стороны, затопление рисовых чеков помогает в борьбе с сорными растениями, грызунами. Несмотря на то, что рис – это растение–гидрофит, вода может приводить к гипоксии или даже аноксии, способствуя угнетению молодых побегов. В целом большинство сортов риса на ранних стадиях развития в условиях водного стресса имеют низкую выживаемость, поэтому необходимо проводить скрининг генотипов и отбирать селекционный материал, способный выдерживать стрессовые условия. Одним из факторов толерантности к условиям водного стресса является энергия прорастания AG (anaerobic germination), представляющая собой сложный признак, контролируемый несколькими генами, картированными на разных хромосомах. Зарубежные ученые выделили сорта, обладающие генами энергии прорастания AG (Khao Hlan On, Mazhan Red и другие). В нашей стране на данный момент мало сортов с генами устойчивости к анаэробным условиям. В настоящее время с помощью QTL (quantitative trait locus) изучено небольшое количество местных сортов и популяций на толерантность к анаэробным условиям, поэтому необходимо расширить исследования большого количества образцов для отбора устойчивых генотипов. Целью настоящего исследования стало проведение скрининга дигаплоидных андрогенных растений риса на наличие генов энергии прорастания AG1 и AG2, а также отбор перспективных генотипов, представляющих особый интерес для селекционной работы. В качестве исходного материала использовали 25 растений регенерантов, полученных методом культуры пыльников in vitro, из четырех гибридов, родительскими линиями которых являлись доноры энергии прорастания (Khao Hlan On), устойчивости к глубоководному затоплению (Inbara-3, IR-64) и высокопродуктивные российские сорта (Контакт, Магнат, Новатор). Молекулярно-генетический анализ проводился с применением молекулярных маркеров AG1 (qAG–9–2) и AG2 (qAG–7–1). В общей сложности ген AG1 идентифицировали в 17 линиях риса, ген AG2 – в 11 линиях, а оба гена – в 9 линиях риса (4641/1, 4641/2, 4641/3, 4641/4, 4641/6, 4641/8, 4641/9, 4641/10, 5010/4). Лабораторный опыт на устойчивость дигаплоидных линий к анаэробному стрессу выявил образцы с высокой энергией прорастания. Отобраны перспективные дигаплоидные андрогенные растения риса в качестве исходного материала для селекции.

Изучены активность экто-АТФазы и размерные характеристики эритроцитов у двух видов хрящевых и десяти видов костных рыб, а также теплопродукционная активность суспензии эритроцитов у Scorpaena porcus и Raja clavata. Показано, что активность экто-АТФазы красных клеток крови (red blood cells – RBC) между хрящевыми рыбами различается в 1,5 раза и составляет у Raja clavata 3,1 нмоль Ф_н / мин / мкл RBC, а у Dasyatis pastinaca – 2,1 нмоль Ф_н / мин / мкл RBC. Для эритроцитов костистых рыб характерна более значительная изменчивость активности экто-АТФазы, которая между своими крайними значениями различалась более, чем в 60 раз (у Scorpaena porcus она составила 6,4 нмоль Ф_н / мин / мкл RBC, у Spicara flexuosa и некоторых других видов – 0,1 нмоль Ф_н / мин / мкл RBC). При сравнении размерных характеристик эритроцитов и величин активности экто-АТФазы была показана прямая связь между этими показателями. Исследование теплопродукции суспензий эритроцитов морской лисицы и скорпены показало, что при добавлении АТФ к суспензии выделенных клеток (1 мг / мл) происходит значительное увеличение температуры в экспериментальной ячейке. Эритроциты морской лисицы и скорпены демонстрировали разную динамику генерации тепла. Так ΔТ, генерируемая эритроцитами скатов, была почти в два раза ниже, чем в эритроцитах скорпены. Общая продолжительность процесса генерации тепла до максимума ΔТ в суспензии эритроцитов морской лисицы была почти в четыре раза короче, чем у скорпены. Однако процесс понижения температуры в суспензии эритроцитов скорпены происходил в два с лишним раза медленнее, чем у морской лисицы. Полученные результаты показали, что экто-АТФазы эритроцитов рыб, по-видимому, несут функцию источника локальной генерации тепла на поверхности эритроцита и, тем самым, могут быть глубоко интегрированы в функционирование мембраны клетки и всего кровотока в целом.