Блокирането на протеина VDAC1 елиминира последиците от високата кръвна захар

Изследователи от Марийския държавен университет, Република Марий Ел, град Йошкар Ола, Русия, и техни колеги от още няколко научни института в Русия установяват, че при частично блокиране на работата на протеините VDAC1, които се намират във външната мембрана на митохондриите, е възможно да няма негативни последици от хипергликимията.

За VDAC1 и нивата на кръвната захар

VDAC1 са протеини, които осигуряват обмяната на веществата между митохондриите и цитоплазмата. При диабет обаче тяхното количество се увеличава значително, а това провокира появата на оксидативен стрес и клетъчна смърт.

Излишъкът от глюкоза в организма нарушава окислително-редукционните процеси в клетките, тъй като техните енергийни станции – митохондриите са увредени.

>>>Математически модел на микроциркулацията в тялото предвижда усложненията от захарен диабет

Всичко това увеличава сериозно риска от сърдечносъдови заболявания, увреждане на нервите, проблеми със зрението. Най-общо тези процеси нанасят сериозни поражения.

Постоянният обмен на хранителни вещества и сигнални молекули между митохондриите и останалата част от клетката се осигурява от транспортните протеини от семейството VDAC, които се намират в митохондриалната мембрана. При захарния диабет те се увеличават значително.

Екипът предполага, че ако работата на протеините VDAC1 бъде блокирана частично, ще бъде възможно да се овладеят негативните последици от хипергликемията.

Изследването

Учените тестват два начина за намаляване активността на VDAC1. За целта използват култури от ендотелни (покриващи стените на кръвоносните съдове) клетки на мишки и човешки фибробласти.

В първия случай екипът използва технологията за редактиране на генома CRISPR/Cas9 и изключват гена, който кодира протеина VDAC1. Резултатът е, че в получените клетки остава само 10% от протеина.

При втория подход учените третират клетъчните култури с инхибиторна молекула, която се свързва с протеиновите канали VDAC1 и ги блокира.

След това всички клетки са поставени за 36 часа в разтвор на глюкоза като целта е да бъдат създадени условия за хипергликемия.

>>>Висока кръвна захар

Учените уточняват, че използват като контроли културите, в които нивото на VDAC1 не се променя.

Следващият етап от изследването е насочен към съпоставката. Екипът сравнява състоянието на клетките и работата на митохондриите. Правят го, като оцветяват структурите и молекулите с флуоресцентни багрила.

Резултатите

Митохондриите, които са с намален брой на VDAC1, произвеждат почти един и половина пъти по-малко реактивни кислородни видове в сравнение с контролната група. Това от своя страна намалява пропорционално негативния ефект върху клетките и понижава риска да умрат в следствие на оксидативния стрес.

Изследването показва още, че хипергликемията в клетките намалява активността на гените, които участват в увеличаването броя на митохондриите. Това обаче може да предизвика липса на енергия, която от своя страна е нужна за нормалното функциониране на клетките. Когато генът VDAC1 е блокиран чрез технологията CRISPR/Cas9, този негативен ефект изчезва.

Както обобщава резултатите от проучването ръководителят на проекта доц. Константин Белослудцев: „Като се намалят броят или активносите на транспортерите VDAC1 в митохондриалната мембрана, може наистина да се подобри състоянието на клетките при хипергликемия. Резултатите, които получихме ние, са добра основа за създаването в бъдеще на нови медикаменти за лечение на диабет.“

>>>До 2050 г. случаите на диабет в света ще надхвърлят един милиард

Учените продължават работа по темата. Планират в бъдеще да тестват други методи за блокиране на VDAC1, за да установят кой от всички подходи може да се справи най-ефективно с последиците от хипергликемията.

Резултатите от проучването са публикувани в списанието Antioxidants.

Екипът

Ръководителят на екипа доц. Константин Белослудцев е доктор на биологическите науки и специалист по биофизика. Заместник-ректор по иновациите на Марийския държавен университет. В екипа участват още учени от Катедрата по биохимия, клетъчна биология и микробиология в Марийския университет, както и техни колеги от Института по теоретична и експериментална биофизика, Института по клетъчна биофизика към Руската академия на науките и още от Института за регенеративна медицина и Медицинския факултет на Московския държавен университет „Ломоносов“.