Исследователи Института цитологии (ИНЦ) РАН разработали метод, который позволяет оценить эффективность антиоксидантной защиты в различных типах клеток. В дальнейшем он может использоваться для диагностики и поиска путей коррекции заболеваний, вызванных повышением окислительных нагрузок на клетки, например, аллергических реакций или аутоиммунных заболеваний. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Redox Biology.
Кислород ― необходимое условие для поддержания жизни человека и многих других организмов. Однако активные кислородсодержащие соединения, например, перекись (Н2О2), могут повреждать живые клетки. Окислительным стрессом называется превышение уровня Н2О2 над физиологически комфортным порогом. Он может вызывать или усугублять многие тяжелые заболевания, такие как атеросклероз, инфекционные заболевания, нейродегенерации, диабет. Кроме того, окислительный стресс развивается под действием радиации и представляет собой важную составляющую ее негативного влияния на организм человека.
Ранее изучение процессов, в которых участвуют Н2О2 в клетках, было затруднено из-за отсутствия надежных методов выявления (время жизни этих высокоактивных молекул и их содержание в клетке крайне малы). В 2006 году ученые Института биоорганической химии РАН разработали генетически кодируемый биосенсор HyPer, который способен детектировать молекулы Н2О2 благодаря возможности изменять свои флуоресцентные свойства при окислении перекисью. Генетические технологии позволяют вводить биосенсор в клеточный геном, после чего с помощью лазера можно выявлять флуоресцентный сигнал HyPer и отслеживать внутриклеточный уровень Н2О2 в живых клетках. Чем ярче свечение, тем больше в клетке находится молекул Н2О2.
«Мы предложили использовать данный сенсор не только как средство визуализации перекиси водорода в живых клетках, но и как точный аналитический инструмент. С помощью нашего метода можно сказать, сколько молекул Н2О2 содержится в клетках в данный момент. Ранее в своих работах мы доказали принципиальную возможность проведения подобных измерений. В текущем исследовании наш подход был усовершенствован и использован для оценки активности системы антиоксидантной защиты в клетках человека разных фенотипов при различных окислительных нагрузках», ― рассказывает руководитель лаборатории внутриклеточной сигнализации ИНЦ РАН Ольга Люблинская.
В исследовании были использованы несколько линий нормальных клеток человека и две клеточных линии опухолей, в которые вводили ген биосенсора HyPer и подвергали воздействию перекиси водорода в различных концентрациях. Ответ клеток на окислительный стресс, вызванный Н2О2, оценивался проточным цитометром ― прибором, который при помощи световых откликов клеток позволяет наблюдать за окислением молекул биосенсора в каждой конкретной клетке. Последующая математическая обработка экспериментальных данных позволила исследователям определить установившуюся в условиях стресса внутриклеточную концентрацию перекиси и градиент Н2О2 (разница между количеством перекиси внутри и снаружи клетки) ― этот показатель позволяет оценить уровень антиоксидантной защиты клеток, их способность справляться с избыточным количеством Н2О2.
По словам Ольги Люблинской, благодаря новому подходу ученые обнаружили, что в опухолевых клетках защита от Н2О2 менее эффективна, чем в здоровых клетках. В плюрипотентных стволовых клетках человека, наоборот, эта система наиболее активна. Разработанный метод в будущем можно будет применять для дальнейшего углубленного изучения активности окислительно-восстановительных систем.
В научный коллектив вошли специалисты из ИНЦ РАН, а также студенты Санкт-Петербургского государственного университета и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда. Часть клеточных линий для экспериментов была предоставлена центром коллективного пользования «Коллекция культур клеток позвоночных», расположенным в ИНЦ РАН.