Том 14, № 1 (2022)

Протонофоры – соединения, осуществляющие электрогенный перенос ионов водорода через мембраны, – активно изучаются в течение последних 50 лет в связи со способностью разобщать перенос электронов и синтез ATP в митохондриях и хлоропластах. Считается, что в основе действия на митохондрии таких классических разобщителей, как DNP и CCCP, лежит их протонофорная активность, т.е. способность переносить протоны через липидную часть митохондриальной мембраны. Учитывая недавно выявленные отклонения от корреляции протонофорной активности ряда разобщителей на искусственных липидных мембранах с их способностью стимулировать дыхание митохондрий, в настоящем обзоре рассмотрена возможность вовлечения некоторых белков внутренней мембраны митохондрий, таких, например, как ATP/ADP-антипортер, дикарбоксилатный переносчик, ATP-аза, в процесс разобщения. Важно подчеркнуть, однако, что эти отклонения не противоречат теории Митчелла, а свидетельствуют о более сложном характере взаимодействия DNP, CCCP и других разобщителей с мембранами митохондрий. Сделан вывод о важности детального изучения механизма работы разобщителей для их более успешного фармакологического применения, связанного как с их антибактериальным (включая противотуберкулезное) и противоопухолевым, так и кардио-, нейро-, и нефропротекторным действием.

В настоящем обзоре рассмотрено применение метода регистрации хемилюминесценции, усиленной специальными люминофорами, для оценки течения свободнорадикальных процессов в модельных биологических системах. Проанализировано применение метода при использовании люминесцирующих добавок, усиливающих свечение за счет триплет-синглетного переноса энергии электронного возбуждения с продуктов радикальных реакций с последующим ее испусканием с высоким квантовым выходом в виде света и называемых активаторами, или усилителями хемилюминесценции. Приведены примеры этих веществ, описаны различия между так называемыми химическими и физическими усилителями, подробно рассмотрены производные кумарина как усилители хемилюминесценции, наиболее перспективные для изучения перекисного окисления липидов. Обозначены главные проблемы, связанные с использованием производных кумарина, и возможные пути решения этих проблем. Собственная хемилюминесценция и механизм возникновения свечения, сопровождающего реакции пероксидации биомолекул, были рассмотрены в первой части обзора.

Традиционные средства адресной доставки наноструктур, такие, как антитела, трансферрин, лектины или аптамеры, зачастую могут вызывать целый спектр нежелательных эффектов. При этом большой размер антител часто не позволяет разместить необходимое количество молекул на поверхности наноструктур, а константные домены тяжелых цепей, благодаря их эффекторным функциям, могут вызывать фагоцитоз. В последние два десятилетия гораздо более эффективными инструментами для направленной доставки считаются миметики антител – адресные полипептидные скаффолдовые (каркасные) молекулы неиммуноглобулиновой природы. Они обладают малым размером (3–20 кДа), высокой аффинностью (от субнано- до фемтомолярных значений констант связывания), низкой иммуногенностью, исключительной термодинамической стабильностью. Эти молекулы эффективно нарабатывают в бактериальных продуцентах и с помощью генно-инженерных манипуляций создают мультиспецифичные белки слияния для нацеливания наночастиц на клетки с заданным молекулярным профилем, что делает скаффолдовые полипептиды оптимальным средством для тераностики.

Тандемные дупликации экзонов, обеспечивающие механизм адаптивной регуляции функций белков, играют важную роль в эволюции эукариотических генов. В недавних исследованиях установлена связь тандемных дупликаций с образованием взаимоисключающих экзонов, т.е. с типом альтернативного сплайсинга, при котором в зрелый транскрипт включается один и только один экзон из группы тандемно расположенных экзонов. С использованием биоинформатических методов нами заново рассмотрена проблема идентификации тандемных дупликаций экзонов в эукариотических генах и показано, что тандемно дуплицированные экзоны широко распространены не только в кодирующих частях генов, но и в нетранслируемых областях. Приведен ряд примеров тандемных дупликаций экзонов, идентифицированы неаннотированные тандемно дуплицированные экзоны, представлены статистические свидетельства их экспрессии с использованием больших панелей экспериментов секвенирования РНК.

Разработан метод 3D-культивирования клеток с образованием сфероидов для прогнозирования функциональной активности различных соединений in vivo. Для формирования и роста объемных клеточных сфероидов использовали агарозный гель, представляющий собой матрицу, состоящую из 9 низкоадгезивных U-образных микроячеек размером 2.3 × 3.3 мм, помещаемую в лунку 12-луночного планшета. Формы для заливки агарозного геля созданы методом 3D-печати. Эффективность метода показана на примере клеточной линии карциномы яичников человека SKOVip-kat со стабильной цитоплазматической экспрессией красного флуоресцентного белка Katushka и сверхэкспрессией мембраноассоциированного онкомаркера HER2. Сфероиды линии SKOVip-kat визуализированы методом флуоресцентной микроскопии. Концентрации клеток оптимизированы для формирования сфероидов с одинаковой формой, размером и плотными межклеточными контактами. Для валидации разработанной модели оценена цитотоксичность адресного анти-HER2 иммунотоксина на основе анти-HER2 каркасного белка DARP 9_29 и фрагмента экзотоксина Pseudomonas aerиginosa – DARP-LoPE – на 2D- и 3D-культурах клеток SKOVip-kat. Выявлено различие цитотоксических свойств DARP-LoPE в 2D- и 3D-культуре: значение IC50 в 3D-культуре на порядок выше, чем в монослойной культуре. Описан универсальный метод 3D-культивирования клеток млекопитающих на основе многоразовых форм для заливки агарозного геля, позволяющий воспроизводимо получать мультиклеточные сфероиды с плотными контактами для задач молекулярной и клеточной биологии.

Внедрение в селекционные программы данных о геноме животных стало прорывом в селекции крупного рогатого скота. С 2010 года геномная селекция стала официальной системой оценки племенных качеств скота в Европе, США, Канаде и многих развитых странах. Цель данной работы состояла в разработке системы геномной оценки племенной ценности отечественного поголовья крупного рогатого скота черно-пестрой и голштинской породы по трем признакам молочной продуктивности (суточный удой (кг), суточный молочный жир (%) и суточный молочный белок (%); и по шести признакам фертильности (возраст от первого отела (AFC); межотельный период (CI); интервал от отела до первого осеменения (OFI); интервал от первого до последнего осеменения (FLI); длина сервис-периода (DO) и кратность осеменения (NS)). Сформирована единая база данных племенных животных для 523 племенных хозяйств Российской Федерации. В базу данных вошла информация о происхождении 2551529 коров и 69131 быка-производителя молочного направления продуктивности голштинской и черно-пестрой породы, а также информация о продуктивности 1597426 коров с законченными 4771366 лактациями. Даты рождения животных, вошедших в базу данных, – 1975–2017 годы. Проведено генотипирование 672 животных с использованием микроматрицы BovineSNP50 v3 DNA Analysis BeadChip (Illumina, США). Проведена геномная оценка племенной ценности (GEBV) только 644 животных голштинской и черно-пестрой породы (427 быков и 217 коров) (список доступен по ссылке https://doi.org/10.6084/m9.figshare.18673583.v1) с использованием метода одношагового геномного лучшего линейного несмещенного прогноза – модель животного (ssGBLUP-AM). Средний генетический потенциал животных составил +0.88 и +1.03 кг по суточному удою, -0.002% по содержанию жира в молоке и -0.003 и 0.001% по содержанию белка в молоке у коров и быков соответственно (генетический потенциал, который передается на потомство). Установлен отрицательный генетический прогресс по признакам фертильности в популяции за период 1975–2017 годы. Достоверность оценки племенной ценности по качеству потомства (EVB) генотипированных быков варьировала от 89 до 93% по молочным признакам и от 85 до 90% по признакам фертильности. По геному достоверность оценки варьировала от 54 до 64% по молочным признакам и от 23 до 60% по признакам фертильности. Этот результат показывает возможность применения геномной оценки племенной ценности (с довольно высокой достоверностью) отечественного поголовья КРС голштинской и черно-пестрой породы по совокупности признаков фертильности и молочной продуктивности. Система геномной оценки племенной ценности позволит вывести отечественную племенную работу на современный конкурентоспособный уровень и оценивать племенную ценность КРС уже при рождении на основании информации о геноме животного.