Нейрон-глиальные взаимодействия в мозге
В 11:00, в четверг 01 июня 2017 г., в ауд. 306, состоится семинар «Биофизика клетки». А. В. Семьянов (НИИ Нейронаук, ННГУ им. Н. И. Лобачевского) сделает доклад о нейроглиальных взаимодействиях в мозге.
Аннотация доклада
Головной мозг зачастую рассматривается как большой нейронный коннектом, в котором информация кодируется в паттернах потенциалов действия и сохраняется в виде синаптической пластичности или появлении новых синаптических связей. Однако, недавние исследования показали, что астроциты обладают сложными паттернами кальциевых событий, которые изменяются под действием нейронной активности. Эти кальциевые ответы регулируют различные астроцитарные функции, включая высвобождение глиопередатчиков и морфологические изменения астроцитарных отростков. Таким образом, можно предположить, что информация в астроцитах кодируется в виде частоты кальциевых событий, по принципу формирования паттернов нейронных потенциалов действия. Было выдвинуто предположение, что высвобождаемый синапсами глутамат запускает кальциевые события в тонких перисинаптических отростках астроцита (ПОА) посредством активации метаботропных рецепторов глутамата (mGluR). Однако, наши исследования показали, что кальциевые депо, необходимые для запуска кальциевых ответов посредством mGluR отсутствуют в ПОА. Таким образом, роль значительная роль mGluR в запуске кальциевых событий в ПОА маловероятна. С другой стороны, мы показали, что активация «внесинаптических» mGluR в астроцитах приводит к увеличению размеров, спонтанно возникающих в этих клетках, кальциевых событий, без существенного увеличения их частоты. Данные результаты указывают на то, что астроцитарный ответ на нейронную активность кодируется в изменениях пространственных характеристик кальциевых событий, что является принципиально отличным от кодирования информации в нейронах в виде временных последовательностей потенциалов действия.
Механизмы ауторегуляции объема клеток эпителия в гипотонических условиях
В 15:00, в пятницу 14 апреля 2017 г, в ауд. 306, состоится семинар «Биофизика клетки». Ольга Пономарчук (биофак МГУ) сделает доклад оо регуляции объема клеток эпителия и возможной роли ионов Ca2+.
Аннотация
Несмотря на тот факт, что накоплен большой объем данных по механизмам регуляции объема в клетках, многие аспекты этого процесса, например молекулярная природа сенсоров изменений объема, активирующих RVI и RVD, остаются не исследованными. Сравнительно недавно нами было установлено, что в остутствии целостной плазматической мембраны биогель цитоплазмы ведет себя как осмосенсор. Белки трехмерного цитосклета клеток являются одним из основных компонетов цитоплазмы. В ранних исследованиях нами было обнаружено что целостность цитосклелета нарушается в результате плавления составляющих его белков при 48–49оС. В этой связи мы сопоставили действие химических модификаторов цитоскелета и температруной предобработки на свойства цитоплазмы как биогеля и RVD клеток эпителия. В литературе увеличение концентрации внутриклеточного кальция ([Cа2+]i) рассматривается в качестве одного из основных механизмов активации ионных каналов, вовлеченных в RVD. Однако хотелось бы отметить противоречивость полученных данных в зависимости от типа клеток или применяемых методов. В самом деле, методы, применяемые на суспензиях клеток или требующие длительных инкубаций, не подходят в связи с гетерогенностью клеток и быстрыми кинетиками изменениями объема. Часто эксперименты проводятся не на одиночных клетках, а в монослоях, где флуктуации [Cа2+]i выражены по-разному внутри популяции. Противоречивый характер может быть результатом проведения экспериментов по измерению объема и [Cа2+]i раздельно во времени. Учитывая выше упомянутые ограничения, для поставленных задач мы использовали метод реконструкции поверхности с помощью 2-х изображений (Double Image Surface Reconstruction (DISUR), а также модифицировали его для возможности одновременного измерения изменений клеточного объема и [Cа2+]i.
Рельеф поверхности мембраны и фликкер мембран эритроцитов
В 16:00, в четверг, 23 марта 2017 г., в ауд. 306 состоится очередной семинар «Биофизика клетки». Евгения Паршина сделает доклад о рельефе поверхности мембран эритроцитов.
Нейрофотоника и оптогенетика когнитивных нейронных сетей мозга
В 11:00, в четверг, 2 февраля 2017 г. в компьютерном классе состоится семинар «Биофизика клетки». К.В. Анохин (НИЦ "Курчатовский институт", НИИ нормальной физиологии им. П.К.Анохина, МГУ им. М.В.Ломоносова) сделает доклад об использовании оптических методов в исследовании когнитивных сетей мозга.
Аннотация доклада
Поведение, мышление, сознание требуют согласованной работы нервных клеток многих областей мозга. В задачи современной нейронауки входит идентификация нейронов, входящих в такие распределенные функциональные системы, характеристика их когнитивной специализации и их причинно-следственных взаимодействий. Традиционно для этого использовались электрофизиологические методы. Развиваемый нами подход основан на использовании оптических методов и экспрессии немедленных ранних генов (НРГ), служащей индикатором информационных процессов в нервных клетках. Свет обладает выдающимися преимуществами для проникновения в механизмы работы мозга: он неинвазивен, не нарушает обычных нейронных функций, обеспечивает высокое пространственное разрешение, возможность фокусировки на разных типах и группах нужных клеток и мультиплексность за счет использования разных длин волн для контроля разных функций. Я покажу, как эти свойства позволяют сегодня изучать - картировать, динамически визуализировать и оптически контролировать ментальные процессы в головном мозге.
Механизмы Ca-сигнализации в астроцитах и их взаимодействие с синапсами
В 13:00, в понедельник 26 декабря 2016 г., в ауд. 306 пройдет очередной семинар «Биофизика клетки». Алексей Браже сделает обзорный доклад о пространственно-временных характеристикахкальциевой активности в астроцитах, различиях в механизмах этой активности в тонких отростках и соме астроцита, а также о взаимодействии астроцитов и синапсов.
Аннотация
Астроциты — глиальные клетки, делящие нервную ткань на неперекрывающиеся пространственные домены, объемы которых они плотно заполняют большим количеством очень тонких отростков. Многи отростки, особенно те, которые сконцентрированы около синапсов, настолько тонки, что практически не содержат эндоплазматического ретикулума и других органелл. Благодаря специализированным мембранным механизмам, астроциты регулируют уровень и кинетику ейромедиаторов (глутамата, ГАМК) в синаптической щели. Интересной особенностью астроцитов являются изменения в концентрации цитоплазматического [Ca]i, которые могут носить спорадический или колебательный характер, затрагивать от локализованных участков до целых территорий отдельных астроцитов, а также распространяться от клетки к клетке.
Я попытаюсь рассказать о современных представлениях об отличиях Ca-динамики в ламеллах астроцитов от динамики на уровне толстых отростков и тел клеток, а также о том, как эта динамика связана с локальной синаптической активностью и синхронизацией на уровне сетей нейронов.
Изучение взаимодействия модифицированных ЛНП с макрофагами
В 14:00, в четверг, 19 мая 2016 г., в ауд. 306 состоится семинар «Биофизика клетки». Н. Г. Никифоров (Российский кардиологический научно-производственный комплекс) представит доклад по материалам кандидатской диссертации.
Аннотация
Целью исследования являлось изучить характер физического взаимодействия модифицированных атерогенных липопротеидов низкой плотности (ЛНП) с макрофагами, а также оценить последствия этого взаимодействия.Объектами исследования являлись процессы, лежащие в основе первичного и ключевого момента атерогенеза - накопления липидов в клетках. Предпринятое исследование было выполнено с использованием современных физических и молекулярно-биологических методов, а также математического аппарата.Анализ характера накопления липидов в клетке с помощью фазовоконтрастной и конфокальной микроскопии, а также анализ связывания ЛНП с клеткой свидетельствуют о том, что модифицированные ЛНП, циркулирующие в крови больных, взаимодействуют с клетками принципиально отличным от нативных ЛНП образом. Транскриптомный анализ экспрессии генов клеток, взаимодействующих с модифицированными атерогенными ЛНП, с использованием математических моделей выявили наибольшие изменения в группах генов, участвующих в реакциях иммунного ответа. Установлена связь между накоплением липидов в клетке и воспалением.
Ключевые слова
атеросклероз, макрофаги, липопротеиды низкой плотности, воспаление, транскриптом.
Роль ионных механизмов и внутриклеточного латерального транспорта в регуляции светозависимых мембранных процессов растительной клетки
В 14:00, в четверг, 24 марта 2016 г., в ауд. 306 состоится семинар «Биофизика клетки». Анна Владимировна Комарова представит доклад по материалам кандидатской диссертации. кандидатской диссертации.
Аннотация
Механизмы внутриклеточной регуляции представляют одну из важных проблем биологии. Ярким примером являются обратимые переходы между однородным и неоднородным распределением фотосинтетической активности и потоков протонов в клетках зеленых растений. В данной работе на модельном объекте Chara corallina рассмотрены механизмы регуляции светозависимых мембранных процессов растительной клетки, таких как фотосинтез, неравномерное распределение активности транспортных систем плазмалеммы, формирование щелочных зон при микроперфорации клеточной стенки и более глубоких клеточных структур (плазмалеммы, тонопласта), а также дистанционные взаимодействия между хлоропластами.
В работе показано участие внутриклеточного латерального транспорта и ионных механизмов в первичных реакциях растительной клетки на механический стресс, а также рассмотрены механизмы дальней регуляции фотосинтеза и мембранного транспорта и их роль в репарации микроповреждений.
Исследование ранних событий при точечном мех. повреждении клеточной стенки (КС) и более глубоких клеточных структур (плазмалеммы, тонопласта) выявило локальное образование наружных щелочных зон (с pH до 10.0), внешне сходных с щел. зонами, возникающими в физиол. условиях при общем или локальном освещении. Показано, что основными участниками первичных реакций в ответ на механический стресс являются растяжение плазматической мембраны, активность цитоскелета, потоки Са2+ и Н+(ОН-) через плазматическую мембрану, а также движение цитоплазмы. Быстрое локальное возрастание pH при мех. стимуляции отражает протекание малоизвестного мембранного процесса, который вероятно выполняет защитную функцию и повышает прочность КС. При внешней аналогии щелочных сдвигов, вызываемых светом и точечным повреждением, механизмы, лежащие в их основе, существенно отличаются.
Установлено, что в клетках Chara corallina происходит передача фотоиндуцируемых сигналов с потоком цитоплазмы на расстояния не менее 5 мм. Это проявляется в повышении или понижении максимальной флуоресценции хлорофилла Fm’, в отдаленных участках клетки в зависимости от фоновой освещенности, а также в возрастании фактической флуоресценции Ft. С помощью метода внутриклеточной перфузии исследовано влияние ионного состава цитоплазмы на фотосинтетическую активность хлоропластов. Выявлено влияние Н+ и Са2+ на эффективный квантовый выход фотореакции ФСII.
Сделан вывод, что трансмембранные потоки и латеральный транспорт веществ с потоком цитоплазмы играют важную роль в дальней сигнализации, в образовании пространственных структур, а также в предотвращении локального накопления токсичных продуктов при длительной фотостимуляции отдельных участков фотосинтезирующей клетки.
Метод микроспектроскопии комбинационного рассеяния для исследования свойств миелина нервных волокон
В 12:00, в среду, 09 марта 2016 г., в ауд. 306 состоится семинар «Биофизика клетки». Николай Кутузов представит доклад по материалам кандидатской диссертации.
Аннотация
В рамках данной работы был проведен детальный и комплексный анализ экспериментального подхода по измерению спектров КР с одиночных миелинизированных нервных волокон. Для того, чтобы адаптировать метод КР микро-спектроскопии для данной задачи необходимо было ответить на два главных вопроса, связанных со структурой объекта и особенностями измерительного метода: 1. Изменяются ли свойства спектров КР каротиноидов и липидов по длине нервного волокна? 2. Каким образом исследуемые молекулы ориентированы в мембранах миелина?
При исследовании зависимости интенсивности полос спектра КР от положения фокуса возбуждающего лазера относительно волокна было обнаружено неизвестное ранее оптическое свойство миелина, заключающееся в циклическом распространении света внутри миелина подобно кольцевому резонатору. Подобное распространение света сходно с известным в оптике эффектом возникновением особых пространственных мод электромагнитного излучения, называемых модами шепчущей галереи (МШГ). Используя данный эффект было показано, что разные участки интернодальной области нервного волокна можно разделить на типы, характеризующиеся наличием или отсутствием МШГ. Регистрация КР спектров позволила продемонстрировать, что данные участки отличаются конформационной упорядоченностью липидов и степенью насыщенности жирнокислотных остатков. Данные результаты свидетельствуют о наличии своеобразной микродоменной организации структуры миелина в пределах интернодальной области.
В данной работе количественная теория молекулярной ориентации была впервые применена для исследования живых клеток. Ряд модификаций классической теории был предложен для восстановления приближенного вида ОФР для каротиноидов и липидов в мембранах миелина. Рассчитанные ОФР указывают на упорядоченную ориентацию (перпендикулярно поверхности) каротиноидов в миелине. Модифицируя структуру миелина с помощью ряда воздействий нам удалось продемонстрировать применимость данного подхода для исследований функционирующих нервных волокон.
Для тестирования новых методик, а также для для рассмотрения всей последовательности разработанных экспериментальных подходов на конкретном примере, нами был выбран регуляторный процесс происходящий в нервных волокнах при активации их экстраклеточным АТФ или аденозином. Для данного исследования нами впервые был применен метод масс-спектрометрии совместно со спектроскопией КР для анализа химического состава нервных волокон. Согласно полученным данным, экстраклеточный АТФ может способствовать увеличению содержания холестерина и уменьшению фосфатидилхолина в мембранах миелина.
Атомно-силовая спектроскопия вирусных частиц и их субъединиц
В 14:00, в четверг, 3 декабря 2015 г., в ауд. 306 состоится семинар «Биофизика клетки». Денис Корнеев представит доклад об исследовании взаимодействия вирусных субъединиц с белками мембраны клеток-хозяев и конформационных изменений, сопровождающих это взаимодействие.
Рецепторные механизмы изменения конформации гемопорфирина гемоглобина эритроцита
В 14:00, в четверг, 26 ноября 2015 г., в ауд. 306 состоится семинар «Биофизика клетки». Светлана Бочкарева (Коваленко) представит доклад по материалам кандидатской диссертации.
Аннотация
При активации пуриновых рецепторов и рецепторов к ИФР-1, локализованных на клеточной поверхности, было выявлено изменение конформации гемопорфирина гемоглобина, а также ряда молекулярно-клеточных параметров эритроцита. С помощью метода спектроскопии комбинационного рассеяния исследовалась динамика изменения структуры гемоглобина не только в выделенных клетках, но и в эритроцитах в цельной крови. Кроме того, результаты модельных экспериментов при инкубации крови с ИФР-1 соответствовали результатам, полученным после терапии у детей с СТГ-дефицитом. Последовательная оценка изменений морфологической формы, микровязкости мембраны (ЭПР), структуры цитоскелета (АСМ), распределения гемоглобина (ЛИМ) и содержания внутриклеточного кальция позволила наиболее полно раскрыть механизм изменения кислородтранспортной функции эритроцитов и зафиксировать ряд общих ответных реакций, реализуемых в эритроците при активации рецепторов. Вероятно, зафиксированное в ответ на экстраклеточный сигнал увеличение содержания внутриклеточного кальция является одной из причин изменения транспортной функции эритроцита. Данная гипотеза подтвердилась в экспериментах на выделенных эритроцитах с кальциевым ионофором А23187. Применяемый в исследовании системный подход важен и эффективен, т.к. позволяет оценить вклад плазмы и прочих клеток крови в изменения свойств клетки, сопровождающие конформационные перестройки гемоглобина.