Механизмы микрореологических ответов эритроцитов на действие газотрансмиттеров — оксида азота и сероводорода

УДК 616.314-08

Аннотация

Введение. Эритроциты — высокоспециализированные клетки, основной функцией которых является транспорт кислорода. Они лишены ядра и митохондрий, однако сохранили многие элементы молекулярных сигнальных путей. При выполнении транспортной функции эритроциты изменяют свои механические свойства и в том числе деформируются и объединяются в комплексы — агрегаты. Имеется ряд свидетельств того, что изменение механических свойств эритроцитов происходит под влиянием сигнальных молекул, к которым относятся и газовые медиаторы или газотрансмиттеры (ГТ). Это оксид азота, монооксид углерода и сульфид водорода.

Цель исследования: изучение микрореологических ответов человеческих эритроцитов на действие ряда доноров газотрансмиттеров — оксида азота и сульфида водорода.

Материалы и методы. После инкубирования эритроцитов с донорами оксида азота (спермином и нитропруссидом натрия) и донором сульфида водорода (гидросульфидом натрия) регистрировали деформируемость эритроцитов, их агрегацию и вязкость суспензий клеток (показатель гематокрита — 40%, вязкость суспензионной среды — 1,30 мПа × с; раствор Рингера и декстран-200). Для уточнения механизмов действия ГТ на микрореологические свойства эритроцитов их инкубировали с ацетилхолином, серотонином и форсколином.

Результаты. Установлено, что под влиянием ГТ происходят заметные изменения микромеханических свойств эритроцитов, которые статистически значимо изменялись под влиянием доноров оксида азота. Более существенные сдвиги микрореологии клеток, особенно их агрегацию, вызывал нитропруссид натрия. Гидросульфид натрия умеренно, но статистически значимо повышал деформируемость эритроцитов и заметно снижал их агрегацию, однако его эффекты уступали действию нитропруссида натрия.

Заключение. На основании полученных данных и их анализа можно полагать, что внутриклеточными сигнальными путями для исследованных ГТ в эритроцитах при изменении их микромеханического состояния могут быть как ферменты гуанилатциклаза и аденилатциклаза, так и ионные каналы мембраны клетки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Artmann G.M. Microscopic photometric quantification of stiffness and relaxation time of red blood cells in a flow chamber. Biorheology. 1995;32(5):553–70. DOI: 10.1016/0006–355X(95)00032–5.

2. Cokelet G. B., Meiselman H. J. Rheological comparison of hemoglobin solutions and erythrocyte suspensions. Science. 1968;162(3850):275–7. DOI: 10.1126/science.162.3850.275.

3. Muravyov A.V., Tikhomirova I.A. Signaling pathways regulating red blood cell aggregation. Biorheology. 2014;51(2–3):135–45. DOI: 10.3233/BIR-140664.

4. Mustafa A.K., Gadalla M.M., Snyder S.H. Signaling by gasotransmitters. Sci Signal. 2009;2(68):re2. DOI: 10.1126/scisignal.268re2.

5. Муравьев А.В., Тихомирова И.А., Ахапкина А.А. и др. Микромеханические ответы эритроцитов человека на стимулирование мембранных рецепторов, ионных каналов и ферментов. Российский журнал биомеханики. 2016;20(1):28–36. DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2016.1.02.

6. ChienS.,SungL.P.Molecularbasisofredcellmembranerheology. Part 1. Biorheology. 1990;27(3–4):327–44.

7. Petrov V., Lijnen P. Regulation of human erythrocyte Na + /H + exchange by soluble and particulate guanylate cyclase. Am J Physiol. 1996;271(5 Pt 1):1556–64. DOI: 10.1152/ajpcell.1996.271.5.C1556.

8. Nunomura W., Takakuwa Y. Regulation of protein 4.1R interactions with membrane proteins by Ca2 + and calmodulin. Front Biosci. 2006;11(2):1522–39. DOI: 10.2741/1901.

9. Ситдикова Г.Ф. Зефиров А.Л. Газообразные посредники в нервной системе. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2006;92(7):872–82.

10. Kimura H. Hydrogen sulfide and polysulfides as biological mediators. Molecules. 2014;19(10):16146–57. DOI: 10.3390/molecules191016146.

11. Uyuklu M., Meiselman H.J., Baskurt O.K. Role of hemoglobin oxygenation in the modulation of red blood cell mechanical properties by nitric oxide. Nitric Oxide. 2009;21(1):20–6. DOI: 10.1016/j. niox.2009.03.004.

12. Nash G.B., Meiselman H.J. Effect of dehydration on the viscoelastic behavior of red cells. Blood Cells. 1991;17(3):517–22; discussion 523–5.

13. Bor-Kucukatay M., Wenby R.B., Meiselman H.J., Baskurt O.K. Effects of nitric oxide on red blood cell deformability. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2003;284(5):H1577–84. DOI: 10.1152/ajpheart.00665.2002.

14. Oonishi T., Sakashita K., Uysaka N. Regulation of red blood cell filterability by Ca2 + influx and cAMP-mediated signaling pathways. Am J Physiol. 1997;273(6):1828–34. DOI: 10.1152/ ajpcell.1997.273.6.C1828.
15. Деркач К.В., Шпаков А.О., Успенская З.И., Юдин А.Л. Молекулярные механизмы действия природных аминокислот и серотонина на аденилатциклазу и гуанилатциклазу инфузорий. Цитология. 2012;54(3):270–7.
16. Taqatqeh F., Mergia E., Neitz A. et al. More than a retrograde messenger: nitric oxide needs two cGMP pathways to induce hippocampal long-term potentiation. J Neurosci. 2009;29(29):9344–50.DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1902–09.2009.
17. Tang L.C., Schoomaker E., Wiesmann W.P. Cholinergic agonists stimulate calcium uptake and cGMP formation in human erythrocytes. Biochim Biophys Acta. 1984;772(2):235–8. DOI: 10.1016/0005– 2736(84)90050–6.
18. Martelli A., Testai L., Breschi M.C. et al. Vasorelaxation by hydrogen sulphide involves activation of Kv7 potassium channels. Pharmacol Res. 2013;70(1):27–34. DOI: 10.1016/j.phrs.2012.12.005.
19. Bubolz A.H., Li H., Wu Q., Liu Y. Enhanced oxidative stress impairs cAMP-mediated dilation by reducing Kv channel function in small coronary arteries of diabetic rats. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2005; 289(5):H1873–80. DOI: 10.1152/ajpheart.00357.2005.
20. González-Domenech C.M., Muñoz-Chápuli R. Molecular evolution of nitric oxide synthases in metazoans. Comp Biochem Physiol Part D Genomics Proteomics. 2010;5(4):295–301. DOI: 10.1016/j. cbd.2010.08.004.
21. Mozar A., Connes P., Collins B. et al. Red blood cell nitric oxide synthase modulates red blood cell deformability in sickle cell anemia. Clin Hemorheol Microcirc. 2016;64(1):47–53. DOI: 10.3233/ CH-162042.
22. Coletta C., Papapetropoulos A., Erdelyi K. et al. Hydrogen sulfide and nitric oxide are mutually dependent in the regulation of angiogenesis and endothelium-dependent vasorelaxation. Proc Natl Acad Sci USA. 2012;109(23):9161–6. DOI: 10.1073/pnas.1202916109.
23. Ткачук В.А. Введение в молекулярную эндокринологию. М.: Изд-во МГУ, 1983. 256 с.
24. McNamara D.B., Kadowitz P.J., Hyman A.L., Ignarro L.J. Adenosine 3’,5’- monophosphate formation by preparations of rat liver soluble guanylate cyclase activated with nitric oxide, nitrosyl ferroheme, S-nitrosothiols, and other nitroso compounds. Can J Physiol Pharmacol. 1980;58(12):1446–56. DOI: 10.1139/y80–219.

25. Mittal C.K., Braughler J.M., Ichihara K., Murad F. Synthesis of adenosine 3’,5’- monophosphate by guanylate cyclase, a new pathway for its formation. Biochim Biophis Acta. 1979;585(3):333–42. DOI: 10.1016/0304–4165(79)90078–3.

26. MuravyovA.V., TikhomirovaI.A.Role Ca2 + in mechanisms of the red blood cells microrheological changes. Adv Exp Med Biol. 2012;740:1017–38. DOI: 10.1007/978-94-007-2888-2_47.

27. Lim I., Gibbons S.J., Lyford G.L. et al. Carbon monoxide activates human intestinal smooth muscle L-type Ca2 + channels through a nitric oxide-dependent mechanism. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2005;288(1): G7–14. DOI: 10.1152/ajpgi.00205.2004.

28. Ko E.A., Han J., Jung I.D., Park W.S. Physiological roles of K + channels in vascular smooth muscle cells. J Smooth Muscle Res. 2008;44(2):65–81. DOI: 10.1540/jsmr.44.65.

29. Колесников С.И., Власов Б.Я., Колесникова Л.И. Сероводород как третья эссенциальная газовая молекула живых тканей. Вестник РАМН. 2015;70(2):237–41. DOI: 10.15690/vravn.v70i21318.

30. Huang S., Li H., Ge J. A cardioprotective insight of the cystathionine γ-lyase/hydrogen sulfide pathway. Int J Cardiol Heart Vasc. 2015;7:51–7. DOI: 10.1016/j.ijcha.2015.01.010.