Анотація до роботи:

Марченко С.М. Електрична та кальцiєва сигналiзацiя в eндотелiї iнтактних кровоносних судин. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора біологічних наук із спецiальностi 03.00.02. – біофізика - Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України, Київ 2003.

Методи петч-клемп реєстрації і флуоресцентних Ca²⁺-чутливих барвників були використані для вивчення електричних і [Ca²⁺]_i реакцій ендотелію in situ. Потенціал спокою ендотелію варіював від -58 до - 47 мВ. Вiн формувався за рахунок градієнту К⁺ і був частково шунтований Na⁺ провідністю. Ендотеліальні клітини пов'язані між собою і з гладеньком'язовими клітинами аорти ефективними електричними зв'язками.

Первинною електричною реакцією на AСh, АТР і деякі інші ендотелій-залежні вазодилятатори є гіперполяризація, обумовлена активацією Ca²⁺-активованих К⁺ каналів. Викликана AСh гіперполяризація ендотелію пов'язана з активацією харибдотоксин-чутливих каналів. В протилежність цьому, гіперполяризація, що викликається АТР, пов'язана з активацією апамін-чутливих каналів. У більшості препаратів початкова гіперполяризація змінюється деполяризацією. Електрични реакції ендотелію пов'язані з виділенням Ca²⁺ із внутрішньоклітинних депо i входом Ca²⁺ із позаклітинного середовища. Гіперполяризація є частиною механізму позитивного зворотного зв'язку, який збільшує надходження Ca²⁺ в ендотелій. Фаза деполяризації викликається тривалим підвищенням [Ca²⁺]_i в ендотелії й є частиною механізму зворотного зв'язку, який оберігає клітини від перевантаження Ca²⁺.

У мембрані ендотелію знайдени новi катіонні канали чутливі до напрямку механічного стимулу. Механочутливі канали проникні для Ca²⁺ і можуть бути рецепторами розтягу судин i зміни форми й об'єму ендотеліальних клітин при рості та проліферації.

1. Методи петч-клемп реєстрації і флуоресцентних Ca²⁺-чутливих барвників були використані для вивчення електрофізіологічних властивостей і Ca²⁺ сигналізації в ендотеліальних клітинах інтактних ізольованих судин.

2. Мембранний потенціал ендотеліальних клітин аорти варіює в залежності від умов експерименту від –47 мв до –58 мв. Він формується за рахунок градієнта іонів K⁺ і був частково шунтований Na⁺ провідністю. При однакових експериментальних умовах потенціали спокою ендотеліальних клітин усіх вивчених артерій були близькі по величині.

3. Ацетилхолін і ряд інших ендотелій-залежних вазодилятаторiв викликали багатофазні електричні реакції, що складалися з короткочасного гіперполяризаційного спайка, гіперполяризаційного плато і деполяризації, за якої в деяких випадках випливають осциляції мембранного потенціалу.

4. Гіперполяризаційний спайк, якій активують вазодилятатори, був зв'язаний з виділенням Ca²⁺ із внутрішньоклітинних Ca²⁺ депо. Всі наступні фази електричної реакції залежать від входу Ca²⁺ з позаклітинного середовища.

5. Ca²⁺ струм, якій активують вазодилятатори, модулюється мембранним потенціалом. Підвищення [Ca²⁺]_i на початку реакції на агоністи активує Ca²⁺-залежні K⁺ канали і гіперполяризує ендотеліальни клітини, збільшуючи Ca²⁺ струм і [Ca²⁺]_i. Тривале збільшення [Ca²⁺]_i призводить до деполяризації ендотеліальних клітин внаслідок модуляції іонних каналів, що викликає зменшення Ca²⁺ струму і [Ca²⁺]_i в ендотеліальних клітинах.

6. Модуляція Ca²⁺ струму мембранним потенціалом дозволяє регулювати [Ca²⁺]_i відповідно до фізіологічних потреб ендотеліальних клітин, запобігаючи зокрема тривале, фізіологічно зайве підвищення [Ca²⁺]_i, що здатне викликати їхнє ушкодження.

7. Показано, що інтактний ендотелій являє собою сінцітіум електрично зв'язаних клітин. Висока ефективність міжклітинних контактів призводить до синхронізації електричних і Ca²⁺ сигналів у великих групах ендотеліальних клітин, що дозволяє макроскопічним ділянкам ендотелію функціонувати як єдиний орган.

8. Показано, що гладеньком'язові і ендотеліальни клітини аорти зв'язані між собою електричними зв'язками, у результаті чого як ендотеліальні, так і гладеньком'язові клітини судини можуть впливати на мембранний потенціал і функції один одного.

9. У люмінальній мембрані ендотелію були знайдені Ca²⁺-активовани К⁺ канали з провідністю 18 і 9,1 пС, які за бiофiзичними і фармакологічними властивостями можуть бути класифіковані відповідно як IR і SK канали.

10. AСh і АТР гіперполяризували ендотеліальни клітини селективно активуючи різні типи Ca²⁺-активованих К⁺ каналів. Це свiдчiть про те, що викликані ACh і ATP Ca²⁺ сигнали є розділеними у просторі і генеруються в ділянках мембрани, де переважно локалізовані відповідно IR і SK канали.

11. У люмінальній мембрані ендотеліальних клітин виявлені механочутливі катіонні канали, які активуються позитивним і пригнічуються негативним тиском прикладеним до мембрани. Ці канали відрізняються за воротним механізмом і фармакологією від відомих раніше каналів і є новим типом механочутливих каналів. Механочутливі канали є проникними для Ca²⁺ і можуть слугувати рецепторами розтягання судин і відігравати роль у рецепції зміни форми ендотеліальних клітин при ростi і проліферації.

12. У даній роботі вперше докладно досліджені механізми електричної сигналізації і регуляції [Ca²⁺]_i в ендотеліальних клітинах in situ. Розроблені в роботі методи дослідження й отриманi данi створюють основу для вивчення змін, яких електрична і Ca²⁺ сигналізація зазнають при порушеннях функцій ендотелію, що супроводжують багато захворювань, включаючи діабет, гіпертонію й атеросклероз.

Публікації автора:

1. Marchenko, S.M., Sage, S.O. Electrical properties of resting and acetylcholine-stimulated endothelium in intact rat aorta // Journal of Physiology – 1993. – V. 462. – P. 735-751.

2. Marchenko, S.M., Sage, S.O. Mechanism of acetylcholine action on membrane potential of the endothelium of intact rat aorta. American Journal of Physiology – 1994 – V. 266. – P. H2388-H2395.

3. Marchenko, S.M., Sage, S.O. Smooth muscle cells affect endothelial membrane potential in rat aorta. // American Journal of Physiology – 1994. – V. 267. – P. H804-H811.

4. Usachev Yu., Marchenko, S.M., Sage, S.O. Cytosolic calcium concentration in resting and stimulated endothelium of excised intact rat aorta. // Journal of Physiology - 1995 – V. 489. – P. 309-317.

5. Marchenko, S.M., Sage, S.O. Calcium-activated potassium channels in the endothelium of intact rat aorta. // Journal of Physiology – 1996. – V. 492. – P. 53-60.

6. Marchenko, S.M., Sage, S.O. A novel mechanosensitive cationic channel from the endothelium of rat aorta. // Journal of Physiology – 1997. – V. 498. – P. 419-425.

7. Marchenko, S.M., Sage, S.O. Effects of shear stress on [Ca²⁺]i and membrane potential of vascular endothelium of intact rat blood vessels. // Experimental Physiology – 2000. – V. 85. – P. 43-48.

8. Marchenko, S.M., Sage, S.O. Hypersosmotic but not hyposmotic stress evokes a rise in [Ca²⁺]i in endothelium of intact rat aorta // Experimental Physiology - 2000 – V. 85. – P. 151-157.

9. Sage, S.O., Marchenko, S.M. Single-channel Properties of Ca²⁺-activated K⁺ Channels in the Vascular Endothelium. In: Potassium Channels in Cardiovascular Biology. Edited by S.Archer & N.Rusch, Kluwer Academic/Plenum Publishers. New York. 2000. – P. 651-666.

10. Ефименко, А.М., Макеев, В.Б., Марченко, С.М. Био-оперативная регуляция физиологических процессов. XIX научная конференция русских физиологов. – 1977. - С. 182-185.

11. Ефименко, А.М. и Марченко, С.М. Регистрация мозгового кровообращения термоэлектрическим методом. - Патология системы крови и кровообращения. – Симферополь: Труды Крымского медицинского института. - Т.77, 1978. - С.35-37.

12. Марченко, С.М., Сагач В.Ф. Влияние метиленового синего на кинетику Ca²⁺-активируемых калиевых каналов. // Биологические Мембраны – 1992. – Т. 9. С. 152-157.

13. Мойбенко О.О., Сагач В.Ф., Шаповал Л.М., Соловьев А.И., Базiлюк О.В., Жукова А.В., Ткаченко М.М., Марченко С.М. Роль ендотелію та біологічно активних речовин ендотеліального походження в регуляції кровообігу і діяльності серця. // Фiзiологiчний Журнал – 1997. – Т. 43., № 1-2 – С. 3-18.

14. Марченко, С.М. Вплив напруги зсуву на судинний ендотеiй. // Фiзiологiчний Журнал – 1999. – Т. 45., № 1-2 - С. 50-55.

15. Марченко, С.М. Роль похiдних арахiдонової кислоти в генерацiї осциляцiй мембранного потенцiалу ендотелiю аорти щура. // Фiзiологiчний журнал – 2000. – Т. 46., № 1 – С. 58-62.

16. Марченко С.М. Порівняльна характеристика електрофізіологічних властивостей ендотеліальних клітин артерій. // Фiзiологiчний журнал – 2002. – Т. 48., № 3 – С. 82-86.

17. Марченко С.М. Вплив етанолу на ендотелій легеневої артерії щура. // Фiзiологiчний журнал – 2002. – Т. 48., № 4 – С. 39-42.

18. Марченко С.М. Електрофізіологічні властивості інтактних ендотеліальних клітин нижньої порожнистої вени щура. // Фiзiологiчний журнал – 2002. – Т. 48. , № 5 – С. 39-42.

19. Марченко С.М. Ацетилхолин и АТФ гиперполяризуют эндотелий активируя различные типы Ca²⁺-активируемых K⁺ каналов. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины – 2002. – Т. 134., № 11 – С. 490-493.

20. Марченко С.М. Влияние антагонистов кальмодулина на мембранный потенциал и внутриклеточные Ca²⁺ депо эндотелиальных клеток // Український біохімічний журнал – 2002. – Т. 74., № 6 – С. 36-40.

21. Марченко С.М. Катіонний канал низької проводності в інтактному ендотелії аорти щура. // Фiзiологiчний журнал – 2002. – Т. 48., № 6 – С. 37-40.

Анотації