Система электрогенного транспорта ионов калия в митохондриях и ее участие в термогенезе бурой жировой ткани Скарга, Юрий Юрьевич

Введение к работе

Актуальность проблеми. До настоящего времени молекулярный механизм транспорта ионов К⁺ в митохондриях (MX) не выяснен. Предполагается, что в MX существует две системы транспорта ионов К⁺ : система электронейтрального выхода ионов К⁺ в обмен на ионы Н⁺ (Chavez et al., 1977; Garlid, 1980.) и система электрогенного входа ионов К⁺ (Rottenberg, 1973; Brierley et al., 1977; Halestrap et al., 1987). Выход ионов К⁴" из MX осуществляется К⁺/Н⁺-антипортером, который представляет собой белок с молекулярной массой 82 кДа (Martin et al., 1984). Вопрос о том, какая транспортная система осуществляет электрогенный вход, остается до последнего времени невыясненным. Предполагается, что в транспорте ионов К⁺ в MX могут участвовать жирные кислоты (Wojtczak, 1974), липиды мембраны (Кудзина и др., 1974; Маршанский и др., 1983,1985), интегральные мембранные белки, в частности переносчик адениннуклеотидов (Panov et al., 1980; Le Quoc et al., 1988), Ca -индуцированная пора (Crompton et al., 1988; Brockemelr- et al., 1989), либо специфические белки, которые образуют во внутренней мембране канал для электрогенного входа ионов К⁺ (Миронова и др., 1981; Dlwan et al., 1988; Paucek et al., 1992). Кроме того, во внутренней мембране митохондрий печени крысы обнаружен > АТФ-чувствительный потенциалзависимый К⁺-канал (Inoue et al., 1991).

В нашей лаборатории из MX сердца быка и печени крысы был выделен белок, который индуцировал перенос ионов К⁺ через искусственную фосфолипидную мембрану (Миронова и др., 1981) и транспорт ионов К⁺ при реконструкции в MX (Федотчева, 1989). Исследование молекулярного устройства и механизма функционирования этой системы является необходимой частью изучения процессов, происходящих в клетке.

Актуальность проблемы связана также с тем, что физиологическая роль системы транспорта ионов К⁺ в MX не установлена. Предполагается, что одной из главных функций этой системы является регуляция объема матрикса MX (Garlid, 1980), что, в свою очередь, оказывает влияние на многие митохондриальные функции (Halestrap et al., 1987, 1990). Вероятно, изменение объема MX имеет важное значение и в регуляции митохондриальных процессов у зимоспящих животных. Было показано, что при адаптации животных к холоду (Nedergaard and Cannon, 1987) и вхождении в состояние зимней спячки (Бакеева и Брустовецкий, 1993) происходят изменения объема MX. В работах Халестрапа (Halestrap et al.,1987)

-I-

установлено, что In vivo глюкагон - гормон, участвующий в регуляции теплопродукции, вызывает низкоамплитудное набухание MX. Авторы предполагают, что это набухание MX является результатом активации системы электрогенного транспорта ионов К⁺. Другой гормон - тироксин, инициирующий пробуждение сусликов (Demeneix and Henderson, 1978), увеличивал скорость электрогенного входа и содержание ионов калия в MX (Shears and Brouk, 1980). В работах Федотчевой (Федотчева и др., 1984) и Мироновой (Миронова и др., 1986) на MX печени гибернирующего суслика показано, что активность системы электрогенного транспорта ионов К⁺ прямо коррелирует с интенсивностью термогенеза.

Особый интерес представляет исследование роли ионов К⁺ в процессах термогенеза в MX бурой жировой ткани (БЖТ), специфической функцией которой является образование тепла за счет рассеивания протонного градиента , образуемого дыхательной цепью (Nicholls, 1979; Nlcholls and Locke, 1984). Эти исследования способствуют выяснению регуляторних механизмов, лежащих в основе термогенной реакции БЖТ.

Целью настоящей работы являлось изучение молекулярного механизма электрогенного транспорта ионов К⁺ в MX и функциональной роли этой системы в термогенезе. теплокровных животных.

В связи с этим были поставлены следующие задачи исследования:

1. Получить поликлональные антитела к К⁺-транспортирующему белку из MX печени крысы и гомогената сердца быка. Применить полученные антитела в качестве ингибитора ионов К⁺ в MX печени крысы для обоснования принадлежности выделенного белка к системе унипорта калия в MX. Использовать антитела для разработки метода очистки белка на иммуносорбентах.

2. Исследовать транспорт ионов К⁺ в MX БЖТ суслика в состояниях спячки, пробуждения и бодрствования и сравнить с транспортом ионов К⁺ в MX печени в этих же состояниях.

3. Провести анализ содержания ионов К⁺ и Mgf⁺ в MX печени и БЖТ суслика при разных уровнях термогенеза.

4. Исследовать функциональную связь между системой
транспорта калия и термогенезом в MX БЖТ. суслика.

Научная новизна работы.

Получены специфические поликлональные антитела к белку с М.м. 55 кДа из MX печени крысы и к К⁺-транспортирувдему "белку из

гомогената сердца быка. Показано, что антитела к 55 кДа белку ингибируют электрогенный транспорт ионов К⁺ в MX печени крысы.

Впервые проведено исследование процессов транспорта калия и измерение содержания ионов К⁺ и Mgr⁺ в MX БЖТ при различных физиологических состояниях. На основании полученных данных высказано предположение о регуляторной роли системы транспорта калия в термогенезе теплокровных животных. Научно-практическое значение работы.

Приведенные в работе данные указывают на белковую природу системы электрогенного транспорта ионов К⁺ в MX и могут найти практическое применение при исследовании механизмов Функционирования ионных каналов белкового происхождения.

Исследование транспорта калия в MX БЖТ имеет существенное значение для понимания механизма регуляции термогенеза. Полученные результаты могут быть использованы для поиска метаболических триггеров гшгометаболических состояний и найти практическое применение в криобиологии и криомедицине.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на рабочих совещаниях и школах "Механизмы зимней спячки" (г.Пущино, 1986, Г988, 1989 гг.); на Всесоюзных симпозиумах "Молекулярные механизмы и регуляция энергетического обмена" (г.Пущино, 1986), "Метаболическая регуляция физиологического состояния" (г.Пущино, 1984); 4-ой Европейской биоэнергетической конференции (Прага, 1986).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано восемь работ и одна находится в печати.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, изложения полученных результатов и их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы ( 1 ссылки). Работа изложена на ^2. страницах, включая S таблиц и \ъ рисунков.