Изучение роли мелатонина в TSPO-моделируемой регуляции mРТР в митохондриях мозга и печени крыс при старении.

В настоящем проекте планируется изучение роли мелатонина в TSPO-модулируемой регуляции mРТР при начальных стадиях апоптоза посредством белкового фосфорилирования при старении. Старение тесно связано с нарушением функций митохондрий, показателем чего может служить увеличение неспецифической проницаемости внутренней мембраны, вызванное повышением уровня кальция или повреждающим действием свободных радикалов. Увеличение проницаемости внутренней мембраны ведет к формированию неселективной поры в митохондриях (permeability transition pore, mPTP). Мелатонин является известным антиоксидантом и эффективно защищает митохондрии. С возрастом содержание эндогенного мелатонина в организме снижается. Показано, что мелатонин улучшает функции митохондрий мозга при старении: снижает перекисное окисление кардиолипина, увеличивает активность ферментов дыхательной цепи и восстанавливает соотношение GSH/GSSG в митохондриях.Регуляция функций митохондрий в ответ на действия внешних стимулов может осуществляться путём зависимого от протеинкиназ и протеинфосфатаз фосфорилирования/дефосфорилирования ферментов- мишеней. В качестве критичного компонента-регулятора поры и мишени для нейропротекции рассматривают белок-транслокатор (TSPO), который выполняет множество важных функций в клетке, регулируя пролиферацию и дифференциацию клеток, анионный транспорт, биосинтез гема, транспорт холестерина и порфирина.Порфирины могут вызвать токсический эффект за счет своей способности генерировать свободные радикалы, а мелатонин и его метаболиты способны их элиминировать. Метаболизм протопорфирина IX регулируется гуморальным путем, в частности через мелатонин. Так как белки, участвующие в функционировании mPTP, такие как VDAC, ANT, белки семейства Bcl, а также TSPO подвержены фосфорилированию, которое коррелирует с открытием mPTP, представляется актуальным исследование роли мелатонина в TSPO-моделируемой регуляции mРТР посредством фосфорилирования/дефосфорилирования митохондриальных белков, участвующих в функционировании неселективной поры.

Настоящем проект был направлен на изучение роли мелатонина в TSPO-модулируемой регуляции поры неспецифической проницаемости (permeability transition pore, мPTP) при начальных стадиях апоптоза посредством белкового фосфорилирования при старении. Старение тесно связано с нарушением функций митохондрий. Увеличение неспецифической проницаемости внутренней мембраны, вызванное повышением уровня кальция или повреждающим действием свободных радикалов, приводит к формированию неселективной поры в митохондриях. Один из известных, широко изучаемым антиоксидантом, является мелатонин, который защищает митохондриальные функции от повреждений. Все больше доказательств в отношении мелатонин-митохондриального взаимодействия включает в себя анти-апоптотических свойства индоламина за счет взаимодействия с порой неспецифической проницаемости (mitochondrial permeability transition pore). В рамках настоящего проекта было показано, что мелатонин улучшает митохондриальные функции при старении, увеличивает Са2+ емкость, замедляет скорость митохондриального набухания. В ответ на действие внешних стимулов регуляция функций митохондрий может осуществляться посредством фосфорилирования/ дефосфорилирования ферментов- мишеней. Недавно, было установлено, что GSK-3beta может рассматриваться как возможный регулятор открытия неспецифической поры (mРТР), так как эта киназа является общей мишенью нескольких сигнальных путей. Мелатонин способен регулировать уровни GSK-3beta и Akt. Нейропротективный эффект предотвращается протопорфирином IX, указывая на участие Акт активации и индукции антиоксидантных ферментов. Если в митохондриях печени молодых мелатонин-обработанных крыс уровень GSK-3beta повышался в присутствии протопорфирина IX, то в этих условиях, в митохондриях старых мелатонин-обработанных крыс мы наблюдали снижение уровня GSK-3beta. CNPаза – миелиновый белок, идентифицированный в нашей лаборатории как 2,3 – циклонуклеотид-3-фосфодиэстераза участвует в регуляции мPTP. Благодаря наличию специфического участка на С-конце, CNPаза схожа с G-белками, через которые мелатонин оказывает своё действие. Ранее мы показали, что миелиновой фракции и несинаптических митохондриях, выделенных из крыс разного возраста при хроническом введении мелатонина содержание CNPазы повышалось, и мы предположили очевидную взаимосвязь и/или тесном взаимодействие CNPазы с мелатонином. В настоящем исследовании обнаружено, что в исследуемых условиях, при хроническом введении мелатонина, уровень CNPазы повышался в митохондриях печени старых крыс, как при пороговой концентрации Са2+, так и в присутствии протопорфирина IX. Мелатонин активировал уровень CNPазы в митохондриях старых крыс в присутствии протопорфирина IX. В настоящем проекте было исследовано влияние мелатонина на изменение уровня фосфобелков в несинаптических митохондриях мозга крысы в условиях открытия пора пороговыми значениями Са2+. В данных результатах обнаружены изменения степени фосфорилирования белков, мелатонин повышал уровень фосфорилирования исследуемых фосфобелков в несинаптических митохондриях мозга крысы разного возраста. Ранее мы наблюдали изменение фосфорилирования в присутствии лигандов TSPO (РК11195) в митохондриях мозга молодых крыс и заметили стимуляцию фосфорилирования белка, идентифицированного нами как 2’,3’-циклонуклеотид-3’-фосфодиэстераза (CNPаза). Так как под влиянием мелатонина мы заметили стимуляцию фосфорилирования белка с молекулярной массой 46 кДа, что уровень фосфорилирования в присутствии лигандов TSPO будет изменяется. Согласно полученным результатам по исследованию про- и анти-апоптотических белков семейства Bcl-2 в регуляции выхода цитохрома с, а также выхода CNPазы из митохондриального матрикса в цитозоль в присутствии лигандов TSPO и заметили изменение уровня выхода как цитохрома с, так и CNPазы в присутствии лигандов TSPO. Мелатонин может участвовать в регулировании мРТР путем TSPO-модулируемого фосфорилирования/дефосфорилирования белков, участвующих в функционировании mPTP.