Что такое митохондриальная ретроградная сигнализация?

ЛАБОРАТОРИЯ ЛАЗЕРНОЙ БИОМЕДИЦИНЫ
Руководитель работы:
работы: д.ф.-м.н. Т.Й. КАРУ
Светочувствительная ретроградная
митохондриальная сигнализация ключевой компонент механизма
низкоинтенсивной лазерной терапии
ЛАБОРАТОРИЯ ЛАЗЕРНОЙ БИОМЕДИЦИНЫ
Руководитель работы:
работы: д.ф.-м.н. Т.Й. КАРУ
Что такое митохондриальная ретроградная
сигнализация?
Недавние наблюдения:
Классика науки:
ядро регулирует потоки
информации и материала
в митохондрии
митохондрия также посылает ядру
обратные сигналы о своём
функциональном состоянии: —
митохондриальная ретроградная
сигнализация
ЛАБОРАТОРИЯ ЛАЗЕРНОЙ БИОМЕДИЦИНЫ
Руководитель работы:
работы: д.ф.-м.н. Т.Й. КАРУ
I. Что является фотоакцептором в случае светочувствительной
митохондриальной ретроградной сигнализации
Ответ: цитохром-с-оксидаза, терминальный фермент
митохондриальной дыхательной цепи
(Karu, J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 23: 261, 1999).
II. Каким образом посылаются информационные сигналы от
митохондрий до ядра?
Ответ: через изменения следующих параметров
1.NO (освобождение этого радикала от каталитического центра цитохром-соксидазы)
2.  (изменение митохондриального мембранного потенциала)
3.  [
] ([H2O2]) (изменение концентраций продуктов метаболизма
2
кислорода)
4. конформационные изменения митохондрии и др.
Свет определенных параметров (, доза, интенсивность) может
оказывать влияние на все вышеупомянутые параметры
(последние обзоры: T. Karu ”Ten Lectures on Basic Science of Laser
Phototherapy”, Sweden 2007; T. Karu, Photochem. Photobiol. 84:1091, 2008
ЛАБОРАТОРИЯ ЛАЗЕРНОЙ БИОМЕДИЦИНЫ
Руководитель работы:
работы: д.ф.-м.н. Т.Й. КАРУ
2+
,
[ROS]
,[Ca
]m, NO·  , FFH (FFH fission-fusion homeostasis)
m
m
Митохондриальные параметры, которые
регулируют ретроградную митохондриальную
сигнализацию
·
2+
,
m [ROS] m,[Ca ]m, NO  ,  FFH
Митохондриальные параметры, которые регулируют
светочувствительную ретроградную
митохондриальную сигнализацию
(обзор: Karu, Photochem. Photobiol. 84:1091, 2008)
Laser Technology
Troitsk
ЛАБОРАТОРИЯ ЛАЗЕРНОЙ БИОМЕДИЦИНЫ
Руководитель работы:
работы: д.ф.-м.н. Т.Й
Предположительный механизм воздействия (лазерного)
облучения на цитохром-с-оксидазу в клетке
1. Поглощение света определенных длин волн вызывает
восстановление цитохром-с-оксидазы (Karu et al.,
Photomed. Laser Surg., 26, 593, 2008)
2. Из-за частичного восстановления каталитического
центра цитохром-с-оксидазы освобождается связанное
там NO•
3. Таким образом, облучение временно снимает блокаду в
цитохром-с-оксидазе, что в свою очередь вызывает
изменения путей клеточной сигнализации
ЛАБОРАТОРИЯ ЛАЗЕРНОЙ БИОМЕДИЦИНЫ
Руководитель работы:
работы: д.ф.-м.н. Т.Й. КАРУ
Схема передачи электронов в каталитический центр
(гем а3- CuB) цитохром-с-оксидазы
cyt c
e-
e-
CuA
CuA
Mg
e-
CuB
membrane
Heme a
membrane
Heme a 3
Zn
O2
H2O
ЛАБОРАТОРИЯ ЛАЗЕРНОЙ БИОМЕДИЦИНЫ
Руководитель работы:
работы: д.ф.-м.н. Т.Й
Возможности связывания NO•
в каталитический центр цитохром-соксидазы
ЛАБОРАТОРИЯ ЛАЗЕРНОЙ БИОМЕДИЦИНЫ
Руководитель работы:
работы: д.ф.-м.н. Т.Й. КАРУ
Известные пути светочувствительной митохондриальной
ретроградной сигнализации
1. Свет hv поглощается в
митохондриях
цитохром-с-оксидазой
2. Цитохром-с-оксидаза
контролирует
регуляцию передачи
информации ядру через
изменения ряда
параметров клеточного
гомеостаза
(синие и голубые стрелки)
3. В ядре изменяется
экспрессия отдельных генов
(обзор Каru, Photochem. Photobiol. 84:1091, 2008)
ЛАБОРАТОРИЯ ЛАЗЕРНОЙ БИОМЕДИЦИНЫ
Руководитель работы:
работы: д.ф.-м.н. Т.Й. КАРУ
ВЫВОДЫ
1. Данный информационный канал регулируется
поглощением монохроматического света в области
600-1000 нм цитохром-с-оксидазой, терминальным
ферментом митохондриальной дыхательной цепи
2. Поглощение света хромофорами цитохром-с-оксидазы
CuA и CuB вызывает коротковременную активацию
цитохром-с-оксидазы (ускоренный поток электронов в
каталитический центр фермента)
3. Экспериментальные данные позволяют предполагать,
что вследствие облучения происходит отщепление
природного ингибитора каталитического центра
окиси азота (NO•)
ЛАБОРАТОРИЯ ЛАЗЕРНОЙ БИОМЕДИЦИНЫ
Руководитель работы:
работы: д.ф.-м.н. Т.Й. КАРУ
4. Кратковременное снятие блокады каталитического
центра вызывает изменение путей сигнализации,
связанных с цитохром-с-оксидазой, что является
начальным этапом ретроградной митохондриальной
сигнализацией
5. Светочувствительная ретроградная митохондриальная
сигнализация является, во-первых, новым примером
регуляции путей информации между клеточными
органеллами.
Во-вторых, ретроградная митохондриальная
сигнализация является ключевым элементом при
объяснении клеточных механизмов низкоинтенсивной
лазерной терапии
ЛАБОРАТОРИЯ ЛАЗЕРНОЙ БИОМЕДИЦИНЫ
Руководитель работы:
работы: д.ф.-м.н. Т.Й. КАРУ
Приоритет Т.Й. Кару в открытии как светочувствительной
митохондриальной ретроградной сигнализации, так и
фотоакцептора, цитохром-с-оксидазы, международно признаны
(новости науки Nature, 443:901, 2006; J. Biol. Chem. 280:4761, 2005;
Free Rad. Biol. Med. 43:128, 2007).
Значение полученных результатов
1. Расширяются представления о механизмах регуляции
метаболизма эукариотических клеток и путей
передачи информационных потоков между
клеточными органеллами
2. Объясняется универсальный клеточный механизм
низкоинтенсивной лазерной терапии как в смысле
фотоакцептора, так и путей передачи фотосигнала в
клетке