Пресс-центр / новости / Наука /
Уникальная разработка российский ученых позволит исследователям всего мира расширить понимание роли пероксида водорода в нормальных и патологических процессах в живых организмах
Российские ученые совместно с зарубежными коллегами разработали уникальный флуоресцентный зонд для детекции сверхнизких концентраций пероксида водорода в клетках.
. DOI: 10.1016/j.cmet.2020.02.003
Пероксид водорода (H2O2) – одна из важнейших биологически активных молекул. Она является вторичным продуктом аэробного метаболизма, а также генерируется различными ферментными системами. Аномально высокий уровень H2O2 приводит к так называемому окислительному стрессу, являющемуся причиной множества патологических процессов. В физиологических концентрациях это соединение выполняет внутриклеточные и внеклеточные сигнальные функции, осуществляет окислительно-восстановительную (редокс) регуляцию ключевых биохимических процессов. Регуляторный потенциал пероксида водорода реализуется в чрезвычайно низких наномолярных концентрациях, молекула обладает высокой реакционностью и, следовательно, коротким временем жизни (до нескольких секунд). Все вместе это сильно затрудняет изучение точных механизмов продукции и распределения H2O2 в клетках и тканях, физиологической роли этой молекулы, ее участие в патологических процессах.
Разработка отечественных ученых стала плодом их многолетней деятельности по созданию биосенсоров пероксидов водорода. Первое поколение таких сенсоров, в свое время также получивших мировое признание и способствовавших расширению знаний в области редокс-биологии, обладало, однако, рядом недостатков. Имевшиеся до настоящего времени зонды не позволяли детектировать сверхнизкие концентрации H2O2, то есть именно такие, в которых реализуется большая часть функций данной молекула. К тому же, сенсоры были зависимы от кислотности (рН) среды и обладали недостаточной яркостью. Теперь исследователям под руководством доктора биологических наук, профессора РАН Всеволода Вадимовича Белоусова, руководителя Отдела метаболизма и редокс-биологии ИБХ РАН, удалось создать первый в мире сверхчувствительный обратимый сенсор H2O2, стабильно работающий в эукариотических клетках в широком диапазоне рН. Работа опубликована в высокорейтинговом журнале Cell Metabolism.
Новый зонд HyPer7 представляет собой комплекс из зеленого флуоресцентного белка, интегрированного в белок OxyR бактерии Neisseria meningitidis, чувствительный к окислению пероксидом водорода, но не другими активными формами кислорода. Для того чтобы его разработать, ученые исследовали множество белков OxyR у различных бактерий, варьировали схему интеграции OxyR и флуоресцентного белка, использовали направленный и случайный мутагенез. В результате удалось получить уникальный инструмент визуализации, работающий при сверхнизких концентрациях пероксида водорода, с высокой яркостью и коротким временем отклика, независимый от физиологических изменений рН.
С помощью разработанного сенсора авторам работы уже удалось изучить детали диффузии H2O2 между митохондриями и цитозолем, исследовать роль градиентов пероксида водорода в поляризации клеток, и при повреждении тканей. Разработка отечественных ученых позволит исследователям всего мира визуализировать H2O2 в различных биологических контекстах и исследовать роль этой молекулы в нормальных биохимических процессах, а также в широком круге патологий, в которых окислительный стресс играет ключевую роль: ишемических, нейродегенеративных, воспалительных и онкологических заболеваниях.
4 марта 2020 года