H2S является токсичным газом, который при растворении в воде демонстрирует свойства слабые двухосновной кислоты. При этом во многих биологических реакциях H2S выступает в роли нуклеофила, демонстрируя свойства хорошего двух-электронного восстановителя. Как и с другими редокс-активными низкомолекулярными компонентами, вскоре выяснилось, что H2S активно синтезируется многими клетками. В различных тканях синтез H2S может отличаться по ферментам. Биологическая функция H2S обусловлена его хорошей способностью проникать через мембраны и широким спектром мишеней для взаимодействия, включая белки, нуклеиновые кислоты, многие окислители среди активных форм кислорода, азота, галогенов. По некоторым оценкам физиологическая концентрация H2S в периферической крови колеблется от 30 до 100 мкмоль/л, а уровень H2S в мозге млекопитающих составляет 50-160 мкмоль/л. Внутриклеточная концентрация H2S, вероятно, в норме не превышает 10-20 нМ. К настоящему моменту накоплено достаточно данных, позволивших уверенно отнести H2S к важной регуляторной молекуле. Ранее неоднократно отмечалось, что нарушение внутриклеточной динамики H2S приводит к развитию патологических состояний. Причем при некоторых состояниях (например, при некоторых онкологических, воспалительных реакциях, начальных стадиях диабета) отмечен повышенный уровень H2S, а при других отмечен пониженный (например, при ишемическом повреждении тканей, при атеросклерозе, сердечной недостаточности, ряде нейродегенеративных заболеваниях). Таким образом, исходя из этой информации, для терапии одних заболеваний усилия следует направить на развитие подходов ингибирования синтеза H2S, а для других, наоборот, на поддержание физиологически необходимых уровней H2S, компенсируя недостаточный уровень синтеза H2S и/или активные механизмы его нейтрализации. Главная трудность применения молекул-доноров H2S заключается в ограниченных возможностях направленной доставки подобных соединений в интересующие типы клеток и тканей. В настоящем Проекте мы предлагаем принципиально новый подход образования H2S не только в интересующих типах клеток, но и их компартментах. Мы разработаем первый в мире хемогенетический инструмент для контролируемой генерации H2S на основе фермента из класса D-цистеин десульфгидраз (DCYD), свойственного некоторым бактериям и растениям. В качестве субстрата DCYD использует D-цистеин с образованием пирувата и H2S. Будучи белковой молекулой по своей природе, ген такого инструмента легко можно экспрессировать в любых типах клеток и тканей модельных организмов. Мы детально охарактеризуем ключевые биохимические свойства полученного нами нового хемогенетического инструмента. Мы будем использовать популярный в мире объект рыбу Danio rerio для моделирования травмы спинного мозга и периферических нервов и определим с помощью разработанного инструмента, как генерация H2S в нейронах и клетках мышц влияет на развитие патологии и последующую регенерацию. В модели ишемического инсульта у крыс, вызванного окклюзией средней мозговой артерии, мы по отдельности выясним, как генерация H2S в цитозоле и матриксе митохондрий нейронов и астроцитов влияет на динамику ишемического повреждения в острой фазе патологии и на более поздних стадиях. Для H2S показаны свойства антиоксидантного и противовоспалительного агента, а также индуктора ангиогенеза и модулятора ионных токов, мы ожидаем наблюдать комплексное позитивное воздействие локальной и контролируемой генерации H2S на восстановление нейромышечной передачи, а также ишемического повреждения. Полученные в рамках настоящего проекта результаты станут важным дополнением к пониманию молекулярных механизмов различных нервных и нейромышечных заболеваний, потенциально откроют путь к новым подходам в их терапии. Созданный хемогенетический инструмент в дальнейшем позволит в различных in vivo моделях оценивать терапевтический потенциал подходов, направленных на повышение концентраций H2S в определенных типах клеток тканей.