ИОННЫЙ КАНАЛ КАК ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КЛАСТЕР

     Установлено, что одиночный ионный канал в биологических мембранах является функциональным каналом-кластером (олигомером), основная характеристика которого - ионная проводимость - реализуется как синхронный ансамбль идентичных субъединиц проводимости. Синхронность может нарушаться, и тогда активность канала-кластера большой проводимости трансформируется в активность большого числа независимых каналов малой проводимости. Возможен обратный процесс - синхронизация ("сборка") каналов.
     Олигомеризация каналов является решающим фактором в приобретении ионным каналом чувствительности к мембранному потенциалу (основа электровозбудимости клеток) и модификации их чувствительности к химическим агентам.
     Активность одиночного К+ - канала в глиальной клетке моллюска с различными кратными уровнями проводимости (1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16) А, Б, В - различные мембранные фрагменты.

1. Geletyuk V.I., Kazachenko V.N. (1985) Single Cl- channels in molluscan neurons: Multiplicity of the conductance states. J. Membrane Biol., 86: 9-15.
2. Geletyuk V.I., Kazachenko V.N. (1989) Single potential - dependent K+ channels and their oligomers in molluscan glial cells. Biochim. Biophys. Acta, 981: 343-350.
Гелетюк В.И., Казаченко В.Н. (1990) Кластерная организация ионных каналов. М.: Наука, с. 223.

"ПАМЯТЬ" В АКТИВНОСТИ ОДИНОЧНЫХ ИОННЫХ КАНАЛОВ

      С использованием различных методов анализа временных рядов исследованы последовательности времен открытых и (или) закрытых состояний Са2+-активируемого К+- канала плазматической мембраны. Методом нормированного размаха и дисперсионного анализа показано, что показатель Херста таких последовательностей всегда больше 0.5 и находится в области 0.6-0.9. Это дает основания считать, что последовательность конформационных переходов канала между открытым и закрытым состояниями не является случайным марковским процессом. Эта последовательность обладает элементами "памяти", а именно, последующие события определяются предыдущими. На основе вычисления корреляционной фрактальной размерности сигнала показано, что активность ионного канала не может быть описана детерминированной системой низкой размерности. Методом корреляционного анализа коротких фрагментов сигнала установлено, что в активности канала часто встречаются высококоррелированные (r>0.99) фрагменты - короткие последовательности открытых и (или) закрытых состояний канала, регулярно повторяющиеся во времени, то есть, активность ионного канала неоднородна и самоподобна.

RS-анализ активности одиночного Са2+-активируемого К+-канала почечной клетки. Наклон зависимости дает значение коэффициента Херста. Для случайного процесса (1) он равен около 0.5, для активности канала (2) в данном случае он составляет около 0.8.

ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ АТФ УЧАСТВУЕТ В МОДУЛИРОВАНИИ ПОТЕНЦИАЛ- И ЛИГАНД-УПРАВЛЯЕМЫХ КАНАЛОВ В НЕРВНЫХ КЛЕТКАХ МОЛЛЮСКА

      Обнаружено сильное модулирующее действие внутриклеточной АТФ на два типа токов в нейронах моллюска: потенциалуправляемый быстрый калиевый ток (А-ток) [1] и хлорный ток (ICl), активируемый никотиновыми холинорецепторами (АХР) [2]. АТФ вызывает сдвиг потенциалозависимости активации и инактивации А-тока в сторону положительных потенциалов, увеличивает ICl и замедляет десенситизацию АХР, степень изменений резко увеличивается после истощения эндогенного АТФ и имитируется субстратами гликолиза. Необходимость Mg2+ для действия АТФ, противоположное АТФ влияние щелочной фосфатазы и неэффективность негидролизуемых аналогов АТФ позволяет предположить, что в основе лежит обратимое фосфорилирование - дефосфорилирование белков канала А-тока и АХР. Данные указывают на возможное значение колебаний эндогенного АТФ в примембранном слое цитоплазмы для тонкой регуляции пейсмейкерной активности нейрона и синаптической передачи арсенатом 15 и 45 мин, соответственно приводит к ускорению десенситизации главным образом в результате появления быстрой фазы затухания: (b) tм=10с, tб =2.2с; (с) tм =4.5с, tб =l.4 с: (d) через 30 мин после замены раствора с арсенатом на раствор с 5 mM MgАТФ, tм =9.4 с, tб =2.8 с.

Влияние ингибитора синтеза АТФ, арсената (b, с), и MgАТФ (d) на ответы нейрона на АХ (10 mМ). Затухание тока представлено в полулогарифмических координатах, (а) Контроль, десенситизация описывается одной экспонентой, t=14 с. (b, c). Обработка нейрона арсенатом 15 и 45 мин соответственно, приводит к ускорению десенситизации главным образом в результате появления быстрой фазы затухания: (b) tм=10с, tб =2.2с; (с) tм =4.5с, tб =l.4с; (d) через 30 мин после замены раствора с арсенатом на раствор с 5 mM MgАТФ, tм =9.4 с, tб =2.8 с.

1. Lozovaya N.A., Vulfius E.A., Ilyin V.I., Krasts I.V. (1993) Intracellulaa AO? modifies the voltage dependence of the fast transient outward K+ current in Lumnaea stagnalis neurones. J. Physiol., 464: 441-455.
Lozovaya N.A, Vulfius E.A., Ilyin V.I. (1993) Intracellular AO? modulates desensitization of acetylcholine receptors controlling chloride current in Lymnaea neurons. Pflugers Arch, 424: 385-390.

ПОТЕНЦИАЛОЗАВИСИМЫЕ Сa2+ -КАНАЛЫ И НИКОТИНОВЫЕ ХОЛИНОРЕЦЕПТОРЫ В СОМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЕ НЕЙРОНОВ МОЛЛЮСКА

      Показано существование в соматической мембране нейронов прудовика довольно плотных популяций никотиновых холинорецепторов и потенциалозависимых Са2+-каналов. Последние участвуют в генерации потенциала действия. Внутриклеточный Са2+, входящий в нейрон по потенциалозависимым Са2+-каналам, вызывает ингибирование холинорецепторов. Это явление наблюдается и при подаче Са2+ в растворе с внутренней стороны перфузируемого нейрона. Одна из физиологических функций обнаруженного явления заключается в блокировании Cl--проводимости холинорецепторов для предотвращения шунтирования потенциала действия.

Ингибирование внутриклеточным Са2+ холинорецепторов. Опыт на диализованном нейроне. H’-инактивация.

1. Крастс И.В. (с соавторами) (1986) Явление избирательной саморегулируемой кальциевой проводимости мембраны сомы нервных клеток. Диплом наоткрытие № 276 от 25.12.1986 г.
Казаченко В. Н. (1990) Acetylcholine-Activated Cl-- Channels in Molluscan Nerve Cells. In: Chloride Channels and Carriers in Nerve. Muscle, and Glial Cells. (Eds. F.J. Alvarez-Leeflnans &. J.M. Russel), N.Y. - London, Plenum Press., pp.299-330.

ПОЛНОСТЬЮ ИЗОЛИРОВАННЫЙ НЕЙРОН ИЗ МОЗГА МОЛЛЮСКА: НОВЫЙ СТРАТЕГИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

      С помощью ферментативной обработки мозга улитки впервые удалось получить полностью изолированные нейроны размером до 200 мкм. Эти нейроны сохраняют свои функции вплоть до синтеза РНК и представляют удобный объект для электрофизиологии и проведения исследований в условиях культуры ткани.

Полностью изолированный нейрон с двумя введенными микроэлектродами. Увеличение 90.

Kostenko I.A., Geletyuk V.I., Veprintsev B.N. (1974) Completely isolated neurons in the mollusc, Lymnaea stagnalis. A new objective for nerve cell biology investigation. Comp. Biochem. Physiol. 49 A, 89-100.

РАЗЛИЧИЯ В ДЕЙСТВИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ КРАЙНЕ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ (ЭМИ КВЧ) В БЛИЖНЕЙ И ДАЛЬНЕЙ ЗОНАХ АНТЕННЫ

      Впервые разработана техника и обоснованы условия облучения объектов в ближней (индукционной) и дальней (волновой) зонах антенны. Проведен сравнительный анализ эффектов непрерывного ЭМИ КВЧ в этих зонах на физиологическую реакцию клеток. При активации респираторного взрыва нейтрофилов (клеток иммунной системы) опсонизированным зимозаном обнаружено квазирезонанснoe ингибирование люминол-зависимой хемилюминисценции клеток в ближней зоне излучения. В дальней зоне эффект излучения не зависит от несущей частоты. Эффекты ЭМИ КВЧ имеют нетепловой характер. Различия в действии излучения в индукционной и волновой зонах объясняются различной структурой электромагнитного поля в этих зонах.

Зависимости ингибирования люминол-зависимой хемилюминисценции нейтрофилов от частоты и плотности потока поглощенной энергии излучения в ближней (--) и дальней (--) зонах антенны.

1. Гапеев A.Б., Сафронова В.Г., Чемерис Н.К., Фесенко Е.Е. (1996) Модификация активности перитонеальных нейтрофилов мыши при воздействии миллиметровых волн в ближней и дальней зонах излучателя. Биофизика, 41, 205-219.
2.Gapeyev A.B., Safronova V.G., Chemeris N.K., Fesenko E.E. (1997) Inhibition of production of reactive oxygen species in mouse peritoneal neutrophiles by millimeter wave radiation in the near and far field zones of the radiation. Bioelectrochemistry and Bioenergetics, (in press).

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ИОННЫЕ КАНАЛЫ ЭМИ КВЧ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОБЛУЧЕННЫХ РАСТВОРОВ

      Исследовано действие ЭМИ КВЧ (42.25 Ггц) на одиночные Са2+- активируемые К+-каналы в культивируемых почечных клетках. Было установлено, что воздействие ЭМИ КВЧ нетепловой интенсивности в течение 20-30 мин сильно модифицирует коэффициент Хилла и константу сродства канала к Са2+, т.е., поле изменяет как кооперативность, так и кинетические характеристики связывания Са2+ при активации канала. Эффекты зависят от исходной чувствительности каналов к Са2+ и используемой концентрации Са2+.

Изменение концентрационной зависимости активности канала при действии на него ЭМИ КВЧ ()

      Замена контрольного раствора в экспериментальной камере на раствор, предварительно находившийся под облучением ЭМИ КВЧ, вызывает эффекты, аналогичные тем, что наблюдаются при прямом облучении каналов в экспериментальной камере. Следовательно, при воздействии полем раствор приобретает новые свойства, важные для функционирования ионных каналов. По окончании облучения раствор сохраняет новые свойства длительное время (по меньшей мере, десятки минут). Таким образом, воздействие ЭМИ КВЧ на ионные каналы опосредованно, по крайней мере частично, изменением свойств окружающих растворов.

Изменение активности канала в предварительно облученном растворе (b).

1. Geletyuk V.I., Kazachenko V.N., Chemeris N.K., Fesenko E.E. (1995) Dual effects of microwaves on single Ca2+-activated K+ channels in cultured kidney cells Vero. FEBS Lett. 359: 85-88.
2. Fesenko E.E., Geletyuk V.I., Kazachenko V.N., Chemeris N.K. (1995) Preliminary microwave irradiation of water solutions changes their channel-modifying activity. FEBS Lett. 366: 49-52.

      Создан переносный прибор "ЭМБИ-К" для криоконсервации биологического материала, приспособленный для работы как в лабораторных, так и в полевых условиях. Первоначально предназначенный для исследовательских целей, по своим возможностям, удобству эксплуатации, надежности и экономичности он оказался очень подходящим и для практиков животноводов. Уже более 50 приборов находятся в эксплуатации

Аннотация

      Прибор разрабатывался в рамках программы по сохранению редких и исчезающих видов животных, которой руководил проф. Б.Н.Вепринцев. В связи с задачами этой программы прибор приспособлен для транспорта и переноски, может работать в самых крайних условиях. Электронный блок управления режимом криоконсервации может питаться как от стандартной сети 220 в, так и от аккумуляторной батареи 12 в. В экстремальных или аварийных ситуациях возможно даже ручное управление процессом криоконсервации.
Учитывая возможное разнообразие замораживаемого материала, предусмотрена возможность легкой замены самой камеры замораживания на другую, иной формы или объема. Так же легко могут быть изменены режимы криоконсервации, но предусмотрена защита от случайных ошибок оператора.
      Источником холода служит жидкий азот; его расход сведен к физически возможному минимуму. Электронный блок управления обеспечивает плавную регулировку подачи жидкого азота в очень широких пределах (к.б.н. Крастс И.В.).

БЕСПЛЕНОЧНАЯ МЕДИЦИНСКАЯ РЕНТГЕНОГРАФИЯ

      Силами сотрудников Лаборатории биофизики нервной клетки, Лаборатории микроспектрального анализа клетки и Отдела научно-технического обслуживания совместно со специалистами ИМПБ РАН и Муниципальным учреждением здравоохранения "Отрадинский ТМК" в инициативном порядке разработана система беспленочной медицинской рентгенографии.
Актуальность работы обусловлена высокой стоимостью рентгеновской пленки и сокращением ее производства.
      В состав системы входят:
- персональный компьютер;
- воспринимающее устройство для получения снимков без использования рентгеновской пленки;
- компьютерная программа для работы с цифровыми рентгеновскими снимками.
      Важно, что система может быть установлена на типовом оборудовании любого рентгенкабинета. Воспринимающее устройство выполнено в виде приставки, устанавливаемой вместо кассеты с пленкой на рентгеновском аппарате. При этом не требуется никаких конструктивных изменений рентгеновской установки.

      Компьютерная программа позволяет получать цифровой снимок с помощью воспринимающего устройства, просматривать его на экране монитора немедленно после рентгеновской экспозиции, обрабатывать для выявления тех или иных деталей, хранить на диске, передавать по сети и распечатывать на обычной бумаге.
Пилотный образец системы введен в действие и применяется для медицинской рентгендиагностики в Отрадинской участковой больнице с марта 1997 года.
      В разработке участвовали: главный врач Отрадинской участковой больницы (Ступинский район Московской области) к.м.н. Н.А. Арапов; сотрудники ИБК РАН: зав. отделом В.А. Яшин, вед. инж. В.И. Кулаков, вед. инж. Б.Ф. Санталов, ст.н.с., к.ф.-м.н. А.Н. Корнев; сотрудники ИМБП РАН: к.ф.-м.н. М.Н. Устинин и инженер-программист И.А. Никонов.
      Работа финансировалась за счет средств МУЗ "Отрадинский ТМК" и фирмы "Искра" (генеральный директор В.А. Фокин).