Ученые НГУ нашли способ заставить тромбоциты реагировать на свет

Ученые Лаборатории оптики и динамики биологических систем Физического факультета НГУ и Кафедры органической химии Факультета естественных наук НГУ создали новую фоточувствительную молекулу, при распаде которой под воздействием ультрафиолетового излучения высвобождается адреналин без образования окисленной формы (адренохрома), оказывающего нейро- и кардиотоксическое действие. Ее применили для воздействия на рецепторы тромбоцитов с помощью света.

Выяснилось, что высвобождение адреналина значительно усиливает активацию тромбоцитов.

Результаты исследования были опубликованы в январе этого года на сайте журнала Journal of Xenobiotics (Reducing the Formation of Toxic Byproducts During the Photochemical Release of Epinephrine – «Уменьшение образования токсичных побочных продуктов при фотохимическом высвобождении адреналина»). Статья доступна по ссылке: https://doi.org/10.3390/jox15010008. Исследование поддержано грантом РНФ № 23-75-10049 и ведется в рамках проекта «Исследование активации тромбоцитов под воздействием комбинированных стимулов с помощью оптически-опосредованного высвобождения лигандов».

— Идея управления живыми клетками с помощью света очень привлекательна для исследователей, потому что его можно точно сфокусировать на конкретном участке, включить в заданный момент и воздействовать на какой-либо светочувствительный рецептор. Проблема только в том, что далеко не у всех живых клеток есть такие рецепторы. К ним как раз и относятся тромбоциты. Нам было необходимо «заставить» их чувствовать свет через какие-либо сигнальные молекулы. Дело в том, что почти у всех клеток есть рецепторы, чувствительные к каким-то веществам. Разные клетки чувствуют разные сигнальные молекулы, и один из путей – это сделать искусственные соединения, которые поглощают свет, а после этого могут, распадаясь на составные части или каким-либо образом перестроив свою структуру, присоединяться к рецепторам. Тогда после воздействия света клетка начнет их «чувствовать». Именно таким образом и можно «заставить» клетку проявлять чувствительность к свету. Различные соединения данного действия ученые начали разрабатывать и применять к различным клеткам уже довольно давно – со второй половины прошлого века. В рамках нашей лаборатории на протяжении последних лет также ведется данная деятельность. Синтезом молекул занимаются наши коллеги-химики из лаборатории фотоактивируемых процессов НИОХ СО РАН, мы же изучаем их свойства и применяем для исследования различных клеток, в основном — тромбоцитов, — объяснил заведующий Лабораторией оптики и динамики биологических систем ФФ НГУ Александр Москаленский.

Классические фоточувствительные аналоги адреналина, разработанные в 90-х годах прошлого столетия, при воздействии света высвобождают адреналин, который в процессе окисления преобразуется в адренохром, обладающий токсичностью по отношению к живым клеткам. По этой причине использовать его как активатор чувствительности к свету у живых клеток нежелательно ввиду того, что данное вещество может запустить в них какие-либо другие нежелательные процессы или вовсе убить. Поэтому перед учеными стояла задача найти способ снизить образование адренохрома, но при этом не останавливая высвобождение адреналина. В результате выяснилось, что эту задачу позволяет решить простая модификация молекулы, а именно – введение карбаматного мостика из 4 атомов углерода и кислорода. Высвобождение адреналина в данном случает происходило по-прежнему, а величина его перехода в окисленную форму значительно снизилась.

— Мы сравнили две линии молекул — классическую и модифицированную. Удивительно, но в то время, как классическое соединение приводило к образованию адренохрома, его аналог с карбаматным мостиком не вызывал этого побочного продукта, что приводило к чистому высвобождению активного вещества, то есть адреналина. Воздействие светом на оба соединения проводили в идентичных условиях, затем продукты, полученные посредством фотолиза, анализировали с использованием методов ультрафиолетовой спектроскопии, хроматографии и ядерного магнитного резонанса. Впоследствии мы оценили новое соединение с помощью анализа активации тромбоцитов in vitro. Результаты показали, что высвобождение адреналина значительно усиливает активацию тромбоцитов, что делает его ценным инструментом для углубленных исследований клеточного сигналинга, — рассказал Александр Москаленский.

Ввиду того, что УФ-излучение не проходит внутрь организма, применять модифицированные молекулы фоточувствительного аналога адреналина внутри организма не представляется возможным. Поэтому ученые планируют использовать их для исследований активации тромбоцитов в пробирке, а именно — в образцах крови. С их помощью можно будет разрабатывать новые методики анализа и получать новую информацию о процессе активации тромбоцитов.

Данный метод позволит исследователям получать более точные данные о влиянии на активацию тромбоцитов именно адреналина. Это важно потому, что тромбоциты очень чувствительны к механическим воздействиям, к потокам жидкости, и к прочим видам воздействия, которые могут повлиять на результаты таких исследований.

В настоящее время у научных сотрудников лаборатории в разработке находится следующая молекула — фоточувствительный аналог адреналина на основе красителя BODIPY, которая будет активироваться светом в зеленой области спектра, также у них есть понимание того, как модифицировать молекулы, которые могли бы активироваться в красной области спектра.