Микромеханические ответы эритроцитов человека на стимулирование мембранных рецепторов, ионных каналов и ферментов

Микромеханические ответы эритроцитов человека на стимулирование мембранных рецепторов, ионных каналов и ферментов

Автор: Муравьев А.В., Тихомирова И.А., Ахапкина А.А., Булаева С.В., Михайлов П.В., Муравьев А.А.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 1 (71) т.20, 2016 года.

Бесплатный доступ

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. Имеются отдельные свидетельства того, что изменение механических свойств эритроцитов происходит под влиянием сигнальных молекул, таких как рецепторы, ферменты и ионные каналы. С учетом вышесказанного целью исследования было изучение микромеханических ответов эритроцитов на стимулирование мембранных рецепторов, ионных каналов и ферментов. Для этого эритроциты инкубировали с агонистами адренорецепторов, стимуляторами и ингибиторами ферментов и ионных каналов мембраны с последующей регистрацией их деформируемости и агрегации. Было показано, что адреналин умеренно повышает деформируемость эритроцитов вместе с выраженным подъемом их агрегации (на 34 %), агонист альфа-1-адренорецепторов фенилэфрин мало изменял деформируемость эритроцитов, но сильно стимулировал их агрегацию, прирост составил 53 %. Напротив, стимулирование бета-адренорецепторов изопротеренолом привело к выраженному приросту деформируемости эритроцитов на 19 % и лишь умеренному снижению их агрегации. Более существенные и позитивные сдвиги деформируемости эритроцитов наблюдали в условиях изменения активности ферментов. В среднем прирост деформируемости составил 14 %. Стимулирование входа Са2+ в эритроциты или блокирование ионных каналов достоверно изменяло их деформируемость и агрегацию, особенно под влиянием блокатора Са2+-каналов верапамила. Наиболее сильный эффект Са2+ наблюдали в отношении агрегации, она изменялась в среднем на 44 %. Полученные данные позволяют заключить, что механические свойства эритроцитов и их транспортные возможности статистически достоверно изменяются под влиянием активации или ингибирования элементов молекулярных сигнальных каскадов клеток (рецепторов, ферментов и ионных каналов).

Еще

Эритроциты, механические свойства, деформируемость, агрегация, мембрана, рецепторы, ионные каналы, ферменты

Короткий адрес: https://sciup.org/146216191

IDR: 146216191   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2016.1.02

Список литературы Микромеханические ответы эритроцитов человека на стимулирование мембранных рецепторов, ионных каналов и ферментов

  • Муравьев А.В., Тихомирова И.А., Булаева С.В., Вдовин В.А., Муравьев А.А. Исследование роли отдельных реологических характеристик крови в изменении ее текучести и транспортного потенциала//Российский журнал биомеханики. -2012. -Т. 16, № 3. -С. 32-41.
  • Муравьев А.В., Тихомирова И.А., Маймистова А.А., Михайлов П.В., Муравьев А.А. Роль микрореологических свойств эритроцитов в неньютоновском поведении цельной крови//Российский журнал биомеханики. -2010. -Т. 14, № 4. -С. 96-104.
  • Anderson J.P., Morrow J.S. The interaction of calmodulin with human erythrocyte spectrin. Inhibition of protein 4.1-stimulated actin binding//J. Biol. Chem. -1987. -Vol. 262, № 13. -P. 6365-6372.
  • Boivin P., Garbarz M., Dhermy D., Galand C. In vitro phosphorylation of the red blood cell cytoskeleton complex by cyclic AMP-dependent protein kinase from erythrocyte membrane//Biochim. Biophys. Acta. -1981. -Vol. 647, № 1. -P. 1-6 DOI: 10.1016/0005-2736(81)90289-3
  • Bree F., Gault I., d’Athis P., Tillement J.P. Beta adrenoceptors of human red cells, determination of their subtypes//Biochem. Pharmacol. -1984. -Vol. 33, № 24. -P. 4045-4050 DOI: 10.1016/0006-2952(84)90019-4
  • Chien S., Sung L.P. Molecular basis of red cell membrane rheology. Part 1//Biorheology. -1990. -Vol. 27. -P. 327-344.
  • De Franceschi L., Rivera A., Fleming M.D., Honczarenko M., Peters L.L., Gascard P., Mohandas N., Brugnara C. Evidence for a protective role of the Gardos channel against hemolysis in murine spherocytosis//Blood. -2005. -Vol. 106, № 4. -P. 1454-1459 DOI: 10.1182/blood-2005-01-0368
  • Eder P.S., Soong C.J., Tao M. Phosphorylation reduces the affinity of protein 4.1 for spectrin//Biochemistry. -1986. -Vol. 25, № 7. -P. 1764-1770 DOI: 10.1021/bi00355a047
  • Govekar R.B., Zingde S.M. Protein kinase C isoforms in human erythrocytes//Ann. Hematol. -2001. -Vol. 80, № 9. -P. 531-534 DOI: 10.1007/s002770100352
  • Hanson M.S., Stephenson A.H., Bowles E.A., Sprague R.S. Insulin inhibits human erythrocyte cAMP accumulation and ATP release: role of phosphodiesterase 3 and phosphoinositide 3-kinase//Exp. Biol. Med. -2010. -Vol. 235, № 2. -P. 256-262 DOI: 10.1258/ebm.2009.009206
  • Horga J.F., Gisbert J., De Agustin J.C. A beta-2-adrenergic receptor activates adenilate cyclase in human erythrocyte membranes at physiological calcium plasma concentrations//Blood Cells, Molecules and Diseases. -2000. -Vol. 26, № 3. -P. 223-228 DOI: 10.1006/bcmd.2000.0299
  • Kaiserova K., Lakatos B., Peterajova E., Orlicky J., Varecka L. Investigation of properties of the Ca2+ influx and of the Ca2+-activated K+ efflux (Gardos effect) in vanadate-treated and ATP-depleted human red blood cells//Gen. Physiol. Biophys. -2002. -Vol. 21, № 4. -P. 429-442.
  • Lang F., Birka C., Myssina S., Lang K.S., Lang P.A., Tanneur V., Duranton C., Wieder T., Huber S.M. Erythrocyte ion channels in regulation of apoptosis//Adv. Exp. Med. Biol. -2004. -Vol. 559. -P. 211-217.
  • Ling E., Danilov Y.N., Cohen C.M. Modulation of red cell band 4.1 function by cAMP-dependent kinase and protein kinase C phosphorylation//J. Biol. Chem. -1988. -Vol. 263, № 5. -P. 2209-2216.
  • Manno S., Takakuwa Y., Mohandas N. Modulation of erythrocyte membrane mechanical function by protein 4.1 phosphorylation//J. Biol. Chem. -2005. -Vol. 280, № 9. -P. 7581-7587 DOI: 10.1074/jbc.M410650200
  • Minetti G., Ciana A., Balduini C. Differential sorting of tyrosine kinases and phosphotyrosine phosphatases acting on band 3 during vesiculation of human erythrocytes//Biochem. J. -2004. -Vol. 377, № 2. -P. 489-497 DOI: 10.1042/bj20031401
  • Morris S.A., Bilezikian J.P. Evidence that forskolin activates turkey erythrocyte adenylate cyclase through a noncatalytic site//Arch. Biochem. Biophys. -1983. -Vol. 220, № 2. -P. 628-636 DOI: 10.1016/0003-9861(83)90456-3
  • Muravyov A.V., Tikhomirova I.A. Role molecular signaling pathways in changes of red blood cell deformability//Clin. Hemorheol. Microcirc. -2013. -Vol. 53, № 1-2. -P. 45-59 DOI: 10.3233/CH-2012-1575
  • Nash G.B. Red cell mechanics: what changes are needed to adversely affect in vivo circulation//Biorheology. -1991. -Vol. 28. -P. 231-239.
  • Nunomura W., Takakuwa Y., Parra M., Conboy J., Mohandas N. Regulation of protein 4.1R, p55, and glycophorin C ternary complex in human erythrocyte membrane//J. Biol. Chem. -2000. -Vol. 275, № 32. -P. 24540-24546 DOI: 10.1074/jbc.M002492200
  • Nunomura W., Takakuwa Y. Regulation of protein 4.1R interactions with membrane proteins by Ca2+ and calmodulin//Front. Biosci. -2006. -Vol. 11, № 2. -P. 1522-1539. DOI: 10.2741/1901.
  • Oonishi T., Sakashita K., Uysaka N. Regulation of red blood cell filterability by Ca2+ inflax and cAMP-mediated signaling pathways//Am. J. Physiol. -1997. -Vol. 273, № 6. -P. 1828-1834.
  • Romero P.J., Romero E.A. New vanadate-induced Ca2+ pathway in human red cells//Cell Biol. Int. -2003. -Vol. 27, № 11. -P. 903-912 DOI: 10.1016/j.cellbi.2003.07.002
  • Sager G., Jacobsen S. Effect of plasma on human erythrocyte beta-adrenergic receptors//Biochem. Pharmacol. -1985. -Vol. 34, № 20. -P. 3767-3771 DOI: 10.1016/0006-2952(84)90019-4
  • Sundquist J., Blas S., Hogan J.E., Davis F.B., Davis P.J. The alpha 1-adrenergic receptor in human erythrocyte membranes mediated interaction in vitro of epinephrine and thyroid hormone at the membrane Ca(2+)-ATPase//Cell. Signal. -1992. -Vol. 4, № 6. -P. 795-799 DOI: 10.1016/0898-6568(92)90060-L
  • Takakuwa Y., Mohandas N., Ishibashi T. Regulation of red cell membrane deformability and stability by skeletal protein network//Biorheology. -1990. -Vol. 27. -P. 357-365.
  • Xiao R.P., Avdonin P., Zhou Y.Y., Cheng H., Akhter S.A., Eschenhagen T., Lefkowitz R.J., Koch W.J., Lakatta E.G. Coupling of beta-2-adrenoceptor to Gi proteins and its physiological relevance in murine cardiac myocytes//Circulation Res. -1999. -Vol. 84, № 1. -P. 43-52 DOI: 10.1161/01.RES.84.1.43
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp