Life without aging. New conference: Homo sapiens liberatus ;
2-ая Международная конференция, 2-nd International Conference, Москва, Россия; 2–4 марта 2015; Moscow, Russia; March 2–4, 2015; Homo sapiens liberatus;
http://5bio5.blogspot.com/2015/03/life-without-aging-new-conference-homo.html
НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Факультет биоинженерии и биоинформатики, НИИ митоинженерии Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Международная конференция в честь 80-летия со дня рождения директора НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского, декана Факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М.В.Ломоносова профессора В.П.Скулачева
Сборник тезисов Москва, Россия 2-4 марта 2015 2-ая Международная конференция Homo sapiens liberatus 2-nd International Conference Homo sapiens liberatus; On the occasion of the 80th Anniversary of the Director of A.N.Belozersky Institute, the Dean of the Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, M.V.Lomonosov Moscow State University Professor V.P.Skulachev Abstract Book Moscow, Russia, March 2-4, 2015.
Организаторы и Спонсоры Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Факультет биоинженерии и биоинформатики, НИИ митоинженерии; Российский Фонд Фундаментальных Исследований Organizers and Sponsors M.V.Lomonosov Moscow State University A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Institute of Mitoengineering, The Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Russian Foundation for Basic Research Организационный комитет Председатель Алексей Алексеевич Богданов Д.х.н., профессор, академик РАН, зам. директора по научной работе НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского, МГУ имени М. В. Ломоносова Зам. председателя Петр Владимирович Вржещ Д.х.н., профессор, проректор-начальник управления академической политики и организации учебного процесса Зам. председателя Дмитрий Борисович Зоров Д.б.н., профессор, зав. лаб. НИИ ФХБ имени А. Н. Бело- зерского МГУ Член комитета Александр Валерьевич Богачев Д.б.н., профессор, зав. отдела НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского МГУ Член комитета Татьяна Владимировна Выгодина К.б.н., в.н.с. НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского МГУ Член комитета Галина Анатольевна Коршунова Д.х.н., в.н.с. НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского МГУ Член комитета Константин Геннадьевич Лямзаев К.б.н., с.н.с. НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского МГУ Член комитета Борис Александрович Фенюк К.б.н., доцент факультета биоинженерии и биинформа- тики Organizing Committee Chairperson Alexey Alexeevich Bogdanov Academician, Russian Academy of Sciences, Professor, Deputy Director of A. N. Belozersky Institute of PhysicoChemical Biology, Moscow State University Deputy Chairperson Petr Vladimirovich Vrzheshch Professor, pro-rector of the Moscow State University Deputy Chairperson Dmitry Borisovich Zorov Professor, head of the laboratory in A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University Member Alexey Valerievich Bogachev Head of Department, A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University Member Tatiana Vladimirovna Vygodina Principle Scientific Researcher, A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University Member Galina Anatolevna Korshunova Principle Scientific Researcher, A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University Member Konstantin Gennadievich Lyamzaev Senior scientific researcher, A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University Member Boris Alexandrovich Feniouk Docent in Faculty of Bioengineering and Bioinformatics of Moscow State UniversityПрограмма конференции 9:30 Регистрация участников. 2 марта 2015 Конференц-Зал 221, Лабораторный корпус «Б» 10:00 Открытие конференции. Вступительное слово акаде- мика РАН А.А.Богданова Секция 1 Биоэнергетика и биоинформатика. Председатель А.Д.Виноградов 10:00–10:30 Рождение мембранной биоэнергетики из системы Na+/K+ гомеостаза. А. Ю. Мулкиджанян 10:30–11:00 Интерпретация сигнала рецепторных тирозинкиназ в эндосомах определяет судьбу клетки. Я.Л. Калаидзидис 11:00–11:30 Молекулярно-динамический подход к изучению меха- низмов переноса заряда в митохондриальных мембра- нах и белковых комплексах. Д.А. Черепанов 11:30–12:00 Перерыв на кофе. Секция 2 Энергопреобразующие системы и цитохромные комплексы. Председатель А. А. Константинов 12:00–12:30 Регуляция митохондриальной цитохром с оксидазы ионами кальция и натрия через специальный сайт связывания катионов. Т.В. Выгодина 12:30–13:00 История первого кислород-редуктазного натриевого насоса. M.C. Мунтян 13:00–13:30 Цитохром bd из Escherichia coli катализирует распад перекиси водорода и пероксинитрита. В.Б. Борисов 13:30–14:30 Обед.Conference Programm 9:30 Registration March, 2, 2015 Conference Hall 221, Bldg.”B” 10:00 Bogdanov, Alexei Opening remarks. Section 1 Bioenergetics and bioinformatics. Chairperson Vinogradov, Andrey 10:00–10:30 Emergence of membrane bioenergetics from the systems of Na+/K+ homeostasis Mulkidjanian, Armen 10:30–11:00 Endocytic regulation of RTK signal interpretation for cell fate decision Kalaidzidis, Yannis 11:00–11:30 Molecular dynamics simulation studies on the mechanism of charge transfer processes in mitochondrial membranes and protein complexes. Cherepanov, Dmitry 11:30–12:00 Coffee break. Section 2 Energy-transducing systems and cytochrome complexes. Chairperson Konstantinov, Aleksander 12:00–12:30 Regulation of mitochondrial cytochrome c oxidase by calcium and sodium ions via special cation binding site.. Vygodina, Tatiana 12:30–13:00 Muntyan, Maria The history of the first oxygen-reducing sodium pump. 13:00–13:30 Cytochrome bd from Escherichia coli catalyzes the decomposition of hydrogen peroxide and peroxynitrite. Borisov, Vitaly 13:30–14:30 Lunch.Секция 3 Активные формы кислорода. Множественность митохондриальных функций. Председатель Б.В.Черняк. 14:30–15:00 Новые данные о роли митохондрий в метаболизме свободных радикалов и сигнализации. А.А. Старков 15:00–15:30 В митохондриях почек присутствует атипичный центр генерации активных форм кислорода, действующий постоянно и независимо от их окислительно-восста- новительного состояния А.Ю. Андреев 15:30–16:00 Генерация активных форм кислорода митохондриями: качественные и количественные параметры. А.Д. Виноградов 17:00–17:30 Перерыв на кофе. 16:00–16:30 Влияние хронического потребления митохондриаль- но–направленного антиоксиданта SkQ1 на старение самок крыс Sprague-Dawley. М.Л. Ловать Секция 4 Биоэнергетика мембранных систем. Председатель А.Ю.Мулкиджанян. 17:30–18:00 Д.Б. Зоров Миторазнообразие. 10 18:00–18:30 Длинноцепочечные α,ω-диоловые кислоты как актива- торы свободного окисления и индукторы Са2+-зависи- мой проницаемости митохондрий печени. В.Н. Самарцев 18:30–19:00 Поиск условий перехода фосфорилирующей системы митохондрий в режим работы суперкомплекса. Л.С. Ягужинский 16:30–17:00 Влияние митохондриально-направленного антиокси- данта SkQ1 на спонтанные патологические изменения у SPF-мышей. В.Н. МанскихSection 3 Reactive Oxygen Species. The diversity of mitochondrial functions. Chairperson Chernyak, Boris. 14:30–15:00 An update on the role of mitochondria in ROS metabolism and signaling. Starkov, Anatoly 15:00–15:30 Kidney mitochondria possess an atypical constitutively active site of generation of reactive oxygen species operating independently of mitochondrial redox status. Andreev, Alexander 15:30–16:00 Mitochondrial generation of reactive oxygen species: qualitative and quantitative characteristics. Vinogradov, Andrey 17:00–17:30 Coffee break. 16:00–16:30 The influence of the antioxidant SkQ1 chronic consumption on the aging of female Sprague-Dawley rats. Lovat, Maxim Section 4 Bioenergetics of membranous systems. Chairperson Mulkidjanian, Armen Y. 17:30–18:00 Zorov, Dmitry Mitodiversity. 11 18:00–18:30 A permeability transition in liver mitochondria induced by α,ω-dioic acids and Ca2+. Samartsev, Viktor 18:30–19:00 Searching the conditions upon which phosphorylating system of mitochondria shifts to a regime of supercomplex. Yaguzhinsky, Lev 16:30–17:00 Influence of mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 on spontaneous pathologies in SPF-mice. Manskikh, VasilyСекция 5 Биоэнергетика на службе у медицины. Председатель В.Н.Анисимов 10:00–10:30 Л.Б. Марголис Уроки ВИЧ: Что мы узнали про другие болезни. 10:30–11:00 Сигнальный путь активируемый при ограничении ка- лорийности питания как мишень для таргетной тера- пии рака и старения. Новое поколение лекарственных средств двойного действия. В.Н. Маршанский 11:00–11:30 С.А. Недоспасов Обратная генетика в изучении функций цитохрома c. Секция 6 Проблемы старения. Председатели С.А. Недоспасов и А.А. Старков. 12:00–12:30 А.М. Оловников Оставим теломерам теломерное, а мозгу мозгово. 12:30–13:00 Угнетение киназы mTOR для профилактики старения и рака. В.Н. Анисимов 13:00–13:30 Старение спасает популяции от вымирания в условиях дефицита ресурсов: эксперименты in silico. В.А. Чистяков 13:30–14:00 SkQ за пределами лаборатории: обзор клинических исследований и других результатов создания лекарс- твенных препаратов на основе SkQ. М.В. Скулачев 12 3 марта 2015 Конференц-Зал 221, Лабораторный корпус «Б» 11:30–12:00 Перерыв на кофе. 14:00–15:00 Обед.Section 5 Bioenergetics to serve medicine. Chairperson Anisimov, Vladimir. 10:00–10:30 Lessons of HIV disease: What did we understand about other pathologies. Margolis, Leonid 10:30–11:00 The calorie restriction pathway as a drug target in cancer and aging: A new generation of double-action drugs Marshansky, Vladimir 11:00–11:30 Nedospasov, Sergey Reverse genetics in elucidation of cytochrome c functions Section 6 Problems of aging. Chairpersons Nedospasov, Sergey and Starkov, Anatoly. 12:00–12:30 Olovnikov, Alexey Leave to telomere the telomere’s and to brain the brain’s. 12:30–13:00 Anisimov, Vladimir Kinase mTOR inhibition for aging and cancer prevention. 13:00–13:30 Ageing saves populations from extinction under lack of resources conditions: in silico experiments. Chistyakov, Vladimir 13:30–14:00 SkQ outside laboratories: review of clinical results and other achievements of SkQ drug development. Skulachev, Maxim 13 March, 3, 2015 Conference Hall 221, Bldg.”B” 11:30–12:00 Coffee break. 14:00–15:00 Lunch.15:00–15:30 К. Льюис Выживание и смерть клеток-персистеров. 15:30–16:00 Неинвазивная регистрация вялотекущего воспаления в панкреатических островках в условиях потребления высокоэнергетической диеты С.В. Зайцев Большой зал фундаментальной библиотеки МГУ Секция 7 Новоcти c фронтa ионов Скулачева. Председатель Д.Б.Зоров 10:00–10:30 SkQ1 стимулирует заживление ран у старых и диабети- ческих мышей. Б.В. Черняк 10:30–11:00 Молекулярные механизмы противовоспалительного действия SkQ1 Р.А. Зиновкин 11:00–11:30 Роль митохондрий и окислительного стресса при остром пиелонефрите. Е.Ю. Плотников 11:30–12:00 Перерыв на кофе. 12:00–12:30 Митохондриально-направленный антиоксидант SkQ1 подавляет развитие признаков болезни Альцгеймера у преждевременно стареющих крыс OXYS. Н.Г. Колосова 14 17:00–18:00 От Homo sapiens к Homo sapiens liberatus: как избавить человека от действия программы старения и других контрпродуктивных генетических программ. В. П. Скулачев 4 марта 2015 Конференц-Зал 221, Лабораторный корпус «Б» 12:30–13:00 Разобщающее и токсическое действие алкилтрифенил- фосфониевых катионов на митохондриях и бактериях в зависимости от длины алкильного заместителя Ю.Н. Антоненко 15:00–15:30 Lewis, Kim Survival and death of persister cells. 15:30–16:00 Noninvasive longitudinal live imaging of low grade inflammation in pancreatic islets under conditions of high energy intake. Zaitsev, Sergei Conference Hall of Fundamental library, MSU Section 7 Skulachev ions: progress report. Chairperson Zorov, Dmitry 10:00–10:30 Chernyak, Boris SkQ1 improves wound healing in old and diabetic mice. 10:30–11:00 Molecular mechanisms of anti-inflammatory action of SkQ1. Zinovkin, Roman 11:00–11:30 Мitochondria and oxidative stress in an acute pyelonephritis. Plotnikov, Egor 11:30–12:00 Coffee break. 12:00–12:30 Mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 suppresses the development of Alzheimer’s disease signs in senescenceaccelerated OXYS rats. Kolosova, Nataliya 15 17:00–18:00 From Homo sapiens to Homo sapiens liberatus: how to get rid of aging and other counterproductive genetic programs. Skulachev, Vladimir March, 4, 2015 Conference Hall 221, Bldg.”B” 12:30–13:00 Uncoupling and toxic action of alkyltriphenylphosphonium cations on mitochondria and bacteria as a function of the alkyl chain length Antonenko, Yuri 13:00–13:30 Митохондриально-направленный антиоксидант SkQR1 оказывает позитивное действие на память и травмати- ческое повреждение головного мозга. Н.К. Исаев 13:30–14:00 Кардиолипин как мишень митотропных хинонов в коррекции патологических проявлений при старении и заболеваниях оксидативного происхождения. М.Ю. Высоких 14:00–15:00 Обед. Секция 8 Разное. Председатель Ф.Ф.Северин. 19:00–21:00 Неформальная встреча в кафе. 16 15:00-15:30 Х. Геринг УФ-пояс Земли и его значение для здоровья людей. 15:30–16:00 Митохондриально-направленные хиноны SkQ по- давляют образование активных форм кислорода и защищают клетки растений от запрограммированной гибели. В.Д. Самуилов 16:00–16:30 Разобщители препятствуют распространению мутан- тной митохондриальной ДНК в гетероплазмичных клетках Saccharomyces cerevisiae. Д.А. Кнорре 16:30–17:00 Кардиолипин и надмолекулярная организация дыха- тельной цепи митохондрий. Е.Н. Милейковская 17:00–17:30 К.Г. Лямзаев Митохондрии как регуляторы активности аутофагии. 17:30–18:00 Активные формы кислорода являются эффективными вторичным мессенджером для индукции несопряжен- ного дыхания. В.Н. Попов 18:00–18:30 Общая дискуссия и закрытие конференции.13:00–13:30 Mitochondria-targeted antioxidant SkQR1 has positive effect on memory and traumatic brain injury of rats. Isaev, Nikolay 13:30–14:00 Cardiolipin as a target of mitotropic quinones under oxidative stress in age and disease Vyssokikh, Michael 14:00–15:00 Lunch. Section 8 Different problems. Chairperson Severin, Fedor. 19:00–21:00 Informal meeting in the cafeteria. 17 15:00-15:30 The UV belt of the Earth and its implication for people’s health. Göring, Horst 15:30–16:00 Mitochondria-targeted quinones SkQ suppress ROS generation and protect plant cells from apoptosis. Samuilov, Vitaly 16:00–16:30 Uncouplers prevent clonal expansion of mutant mitochondrial DNA in heteroplasmic Saccharomyces cerevisiae cells. Knorre, Dmitry 16:30–17:00 Cardiolipin and supramolecular organization of the mitochondrial respiratory chain. Mileykovskaya, Eugenia 17:00–17:30 Lyamzaev, Konstantin Mitochondria as regulator of autophagy. 17:30–18:00 Reactive oxygen species are effective secondary messengers for induction of the noncoupled respiration. Popov, Vasily 18:00–18:30 General discussion.18 Возникновение мембранной биоэнергетики из системы Na+/K+ гомеостаза 1 Дарья Владимировна Диброва, 2 Михаил Юрьевич Гальперин, 2 Евгений Викторович Кунин и 1,3,4* Армен Яковлевич Мулкиджанян 1 НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 117992, Россия, 2 National Center for Biotechnology Information, National Library of Medicine, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland 20894, USA, 3 School of Physics, Osnabrück University, 49069, Osnabrück, Germany, и 4 Факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 117992, Россия E-mail: amulkid@uos.de Цитоплазма всех клеток содержит значительно боль- ше калия, чем натрия, причем для многих клеточных процессов, в первую очередь, синтеза белка, важно, чтобы что соотношение [K+]/[Na+] превышало еди- ницу. Подобная зависимость от ионов калия была ранее объяснена возникновением первых клеток в богатой калием среде [1,2]. Основываясь на преобла- дании калия над натрием в геотермальном паре, мы предположили, что формирование первых клеточных организмов могло проходить на периферии древних бескислородных геотермальных полей, в водоемах из парового конденсата, элементный состав которого должен был быть близок химии цитоплазмы современ- ных клеток [2]. В морских и пресноводных водоемах соотношение [K+]/[Na+] обычно существенно меньше единицы. По- этому заселение таких водоемов первыми клетками могло происходить только при наличии у них систем откачки ионов натрия. Необходимость выживания в богатых натрием водоемах могла способствовать как постепенному уменьшению проводимости клеточных мембран, так и появлению различных редокс-, свето-, хемо- и осмозависимых систем откачки ионов натрия. В соответствии с данным эволюционным сценарием, взаимодействие между несколькими, исходно незави- симыми системами откачки ионов натрия привело к возникновению натрий-зависимой мембранной био- энергетики, за которым последовало появление про- тонной биоэнергетики у бактерий и архей [3]. Литература 1 Macallum, A. B. (1926) The paleochemistry of the body fluids and tissues. Physiol Rev 6, 316-357 2. Mulkidjanian, A. Y., Bychkov, A. Y., Dibrova, D. V., Galperin, M. Y., and Koonin, E. V. (2012) Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields. Proc Natl Acad Sci USA 109, E821-830 3. Mulkidjanian, A. Y., Galperin, M. Y., and Koonin, E. V. (2009) Co-evolution of primordial membranes and membrane proteins. Trends Biochem Sci 34, 206-215 Секция 119 Emergence of membrane bioenergetics from the systems of Na+/K+ homeostasis Daria V. Dibrova1 , Michael Y. Galperin2 , Eugene V. Koonin2 and Armen Y. Mulkidjanian1,3,4* 1 A.N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow 117999, Russia, 2 National Center for Biotechnology Information, National Library of Medicine, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland 20894, USA, 3 School of Physics, Osnabrück University, 49069, Osnabrück, Germany, and 4 School of Bioengineering and Bioinformatics, Lomonosov Moscow State University, Moscow 117999, Russia E-mail: amulkid@uos.de The cell cytoplasm of archaea, bacteria and eukaryotes contains substantially more potassium than sodium, and the prevalence of potassium ions is specifically required for many key cellular processes. This distinct ionic composition and requirements have been attributed to the emergence of the first cells in K+-rich habitats [1,2]. Building on the observation that the [K+]/[Na+] ratio is much greater than unity at vapor-dominated zones of inland geothermal systems, we argued that the first cells could have emerged in the pools and puddles at the periphery of primordial anoxic geothermal fields, where the elementary composition of the condensed vapor would resemble the internal milieu of modern cells [2]. Marine and freshwater environments generally show a [K+]/[Na+] ratio less than unity. Therefore, to invade such environments, while maintaining the cytoplasmic [K+]/[Na+] ratio over unity, primordial cells needed means to extrude sodium ions. The foray into new, Na+-rich habitats was the likely driving force behind the gradual the increase of membrane tightness and evolution of diverse redox-, light-, chemically- or osmotically-dependent sodium export pumps. Here we present a scenario that explains how the interplay between several, initially independent sodium pumps might have triggered the evolution of Na+-dependent membrane bioenergetics, followed by the separate emergence of the H+-dependent bioenergetics in archaea and bacteria [3]. We also discuss the development of systems that utilize the Na+/K+ gradient over cell membranes. Section 1 References: 1 Macallum, A. B. (1926) The paleochemistry of the body fluids and tissues. Physiol Rev 6, 316-357 2. Mulkidjanian, A. Y., Bychkov, A. Y., Dibrova, D. V., Galperin, M. Y., and Koonin, E. V. (2012) Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields. Proc Natl Acad Sci USA 109, E821-830 3. Mulkidjanian, A. Y., Galperin, M. Y., and Koonin, E. V. (2009) Co-evolution of primordial membranes and membrane proteins. Trends Biochem Sci 34, 206-21520Секция 1 Интерпретация сигнала рецепторных тирозинкиназ в эндосомах определяет судьбу клетки Яннис Калайдзидис, Роберто Вилласеньор, Перла Дель Конте-Цериал, Марино Цериал Институт Макса Планка, Дрезден, Германия E-mail: kalaidzi@mpi-cbg.de Сигналы от рецепторных тирозинкиназ инициируют- ся различными лигандами, каждый из которых может взаимодействовать с одним или несколькими различ- ными рецепторами. Дальнейшая передача сигнала, в основном, включает один и тот же каскад реакций, однако возбуждение различных рецепторов ведет к выбору различных, взаимоисключающих программ (пролиферация, дифференциация, апоптоз). Давно установлено, что эндоцитоз играет важную роль в пре- кращении сигнала и деградации комплексов лиганд- рецептор (например EGF-EGFR). Мы показали, что различные факторы роста приводят к специфическим изменениям размера эндосом. При помощи коли- чественной FRET-микроскопии мы обнаружили, что при эндоцитозе сохраняется постоянное среднее содержание EGFR на эндосому в широком диапазоне концентраций EGF. Было установлено, что контролиру- емое распределение фосфорилированного рецептора EGFR (pEGFR) в эндосомах является важной частью клеточной системы интерпретации сигнала и прямое вмешательство в этот процесс приводит к переклю- чению клеток РС12 с программы пролиферации на дифференцировку. Разработанная нами математичес- кая модель показала, что этот механизм обеспечива- ет надежность интерпретации сигнала и позволяет регулировать сигналинг в соответствии с клеточным контекстом.21 Endocytic regulation of RTK signal interpretation for cell fate decision Yannis Kalaidzidis, Roberto Villaseñor, Perla Del Conte-Zerial, Marino Zerial Max Plank Institute, Dresden, Germany E-mail: kalaidzi@mpi-cbg.de Receptor tyrosine kinase signalling can be activated by different ligands, which promiscuously interact with different receptors. Despite sharing the same signalling cascade, they are differentially processed by the cell and lead to a mutually exclusive fate selection (e.g. proliferation, differentiation, celldeath). It is well established that the endocytosis of ligand-bound RTK is an essential part of signal quenching and ligand-bound receptor degradation (e,g EGF-EGFR). Our analysis revealed that different growth factors specifically modulate the endosome size distribution. We demonstrated by quantitative high-resolution FRET-microscopy that the endocytic system maintains constant mean amount of pEGFRper endosome in a wide range of EGF concentrations in the extracellular medium. We showed that specific and highly controlled distribution of phosphorylated EGF receptor (pEGFR) is part of the cell fate decision mechanism and essential for correct signal interpretation. Direct interference in the pEGFR distribution over endosomes leads to switch cell fate from proliferation to differentiation under EGF stimulation in PC12 cell model system. We developed a mathematical model that suggests that this mechanism ensuresrobustness and provides a context-dependent regulation on the signal output. Section 122Секция 1 Молекулярно-динамический подход к изучению механизмов переноса заряда в митохондриальных мембранах и белковых комплексах Дмитрий Черепанов Научно-исследовательский институт физико- химической биологии имени А.Н. Белозерского, МГУ имени М.В. Ломоносова, 119991 Москва, Россия E-mail: tscherepanov@rambler.ru Методы современной молекулярной динамики пре- доставляют возможность изучать молекулярный механизм процессов переноса заряда через мито- хондриальную мембрану, в том числе, моделировать серьезными конформационные изменения как липид- ного бислоя, так и мембранных белковых комплексов. Мы использовали методы молекулярной динамики для изучения механизма диффузии протона через бислойную липидную мембрану. Несмотря на важное физиологическое значение, механизм протонной про- водимости до сих пор остается неизвестным. Метода- ми молекулярной динамики были проанализированы различные возможные сценарии пассивного транс- порта протона через липидный бислой. Было обна- ружено, что всей совокупности экспериментальных данных наиболее соответствует механизм, в котором две молекулы фосфатидилхолина (POPC), одна с про- тонированной и другая с депротонированной фос- фатной группой, сближаются друг с другом. Когда два фосфатные группы подходят друг ко другу ближе, чем на 1.5 нм, между ними образуется цепочка из несколь- ких молекул воды, которая потенциально способна к эффективному переносу протона. Молекулы воды при этом координированы цепочкой атомов кислорода, образованной восьмью атомами кислорода эфирных связей двух сближающихся молекул POPC. Рассчитан- ная свободная энергия сближения двух фосфатных групп липида на расстояние 1.5 нм (около 60 кДж / моль) хорошо согласуется с экспериментально изме- ренной энергией активации переноса протона через бислойную мембран из POPC. Поскольку перенос протона в этом сценарии контролируется сближением двух молекул липида и образованием цепочки поляр- ных атомов кислорода в центре мембраны, данный механизм объясняет чрезвычайно высокой коэффи- циент протонной проницаемости липидного бислоя, независимость коэффициента проницаемости прото- нов от величины рН и отсутствие изотопного эффекта при замене Н2 О на D2 O.23 Molecular dynamics simulation studies on the mechanism of charge transfer processes in mitochondrial membranes and protein complexes Dmitry Cherepanov A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991, Russia E-mail: tscherepanov@rambler.ru The modern techniques of molecular dynamics (MD) simulations give a possibility to study the molecular mechanisms of charge transfer processes in mitochondrial lipid membranes and protein complexes accompanied by large conformational changes. We scrutinized the mechanism of proton leakage through lipid membrane, which, in spite of its physiological importance, remains obscure. Using MD simulations, we analyzed various molecular scenarios of passive proton transfer through lipid bilayer and found that the most consistent with experimental observations is the mechanism, where two molecules of phosphatidylcholine (POPC), with a protonated and deprotonated phosphate groups, respectively, approached each other. When the two phosphate groups got closer than 1.5 nm, a short water wire, potentially capable of effective proton transfer, stretched between them. Thereby the water molecules lined up along the “oxygen ladder” as formed by the eight oxygen atoms of the ester bonds of the two encountering POPC molecules. The calculated free energy of bringing two lipid phosphate groups on a distance of 1.5 nm, about 60 kJ/mol, was in a good agreement with the experimentally measured activation energy of proton transfer across POPC membranes. Because the transmembrane proton transfer along short water wires is governed by the formation of polar oxygen ladders, the scenario accounts for the extremely high proton permeability of the lipid bilayer and explains the independence of proton permeability coefficient on pH and on the H2 O/D2 O substitution. Section 124 Второй изученной системой является митохондри- альный АДФ / АТФ антипортер. Это небольшой мем- бранный белок, который связывает АДФ со стороны межмембранного пространства и АТФ на матричной стороне митохондриальной мембраны. Молекулярный механизм действия антипортера остается неизвест- ным, его функционирование связано с конформаци- онным переходом между двумя состояниями: в одном белок открыт в сторону цитоплазмы и связывает АДФ, во втором он открыт в сторону матрикса и предпоч- тительно связывает АТФ. В соответствии с известными рентгеновскими структурами, антипортер состоит из трех доменов, которые сближены между собою со стороны матрикса и блокированы тремя междомен- ными соляными мостиками. Мостики предотвраща- ют конформационный переход до тех пор, пока не произойдет связывание АДФ, после чего происходит формирование сети из нескольких соляных мостов со стороны цитоплазмы и одновременно разрываются мостики со стороны матрикса. Данное конформацион- ное изменение сопровождается вращением доменов, в ходе которого четные α-спирали сдвигаются вдоль нечетных α-спиралей. При этом остатки пролина и серина, образующие перегибы в нечетных α-спиралях, функционируют как шарниры рычагов, образуя места изгибов в длинных нечетных α-спиралях. Методами молекулярной динамики была изучена альтернативная конформация АДФ / АТФ антипортера, неразрешенная методами рентгеновской спектроскопии, проведен анализ связывания АДФ, АТФ и жирных кислот в обеих конформациях, а также определена координата реак- ции, описывающая конформационный переход между состояниями.25 The second modeled system is the mitochondrial ADP/ ATP carrier, which accepts ADP from the cytosol side and binds ATP at the matrix side of mitochondrial membrane. Thus, the carrier cycles by a yet unknown mechanism between two states: in one the carrier is open to the cytoplasm side where it binds ADP, in the second it is open to the matrix and accepts ATP. According to the known Xray structures, the carriers have three domains, which are closed at the matrix side by three interdomain salt-bridges. The bridges prevent the conformational transition to the matrix-open state until the ADP binding occurs. The ADP binding results in formation of a new network of several salt-bridges and causes the rotation of domains, which is accompanied by a shift of the even-numbered α-helices along the odd-numbered α-helices. The proline and serine residues, which form kinks in the odd-numbered α-helices, function as a lever-arm, coupling the substrate-induced disruption of the matrix network to the formation of the cytoplasmic network. 26Секция 2 Регуляция митохондриальной цитохром с оксидазы ионами кальция и натрия через специальный сайт связывания катионов 1 Т.В.Выгодина, 2 Е.Мухалева и 1 А.А.Константинов 1 НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, 2 Факультет биоинженерии и биоинформатики, Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова E-mail: vygodina@genebee.msu.ru. Субъединица I цитохромом с оксидазы (ЦО) митохонд- рий и многих бактерий содержит специальный Центр Связывания Катионов (ЦСК), локализованный вблизи гема а и обращенный во внешнюю водную фазу. В бактериальной ЦО там находится прочно связанный Ca2+[1], а у ЦО млеко- питающих сайт обратимо связывает Ca2+ или Na+ [2]. Присоединение Ca2+ вызывает сдвиг спектра гема а, что позволило ранее определить характеристики связывания Ca2+ с ЦСК. Na+ практически не меняет спектральные свойства гема а, но конкурирует с Ca2+, снижая кажущееся сродство последнего к ЦСК [2]. Физиологическая значимость явления оставалась неясной до последнего времени, когда наша группа обнаружила, что добавленный снаружи Ca2+ может в 2-3 раза ингибировать активность ЦО в составе мито- хондрий или выделенной из сердца быка с Ki ~1 µM, близкой к Kd связывания Ca2+ с ЦО [3]. Известно, что находящиеся в цитоплазме ионы металлов, например Na+, влияют на связывание Ca2+ с ЦО, а значит могут модулировать ингибирующий эффект Ca2+ на дыхание. В связи с этим мы изучили ингибирование дыхания Ca2+ в среде, близкой по солевому составу к цитоп- лазме, содержащей 150 мM K+, 12 мM Na+ и 1 мM Mg2+. Содержание свободного Ca2+ контролировалось с помощью Са-НТА(нитрилтриацетат) буфера. Макси- мальное ингибирование в данной среде было пример- но двукратным, как и в предыдущих опытах, однако, кажушаяся Ki увеличилась с ~1 µM до ~10-20 µM в со- ответствии с тем, как Na+ влиял на связывание Ca2+ по данным спектральных измерений [2]. Следовательно, покоящаяся клетка защищена Na+ от ингибирующего действия ионов Ca2+ , которое, однако, может всту- пить в игру на пике выброса Ca2+ эндоплазматичес- ким ретикулумом (ЭР) в приграничное с мембранами митохондрий пространство в ответ на разные стиму- лы, например, во время Са спайков в сокращающемся сердце. Ингибирующий эффект Ca2+ характерен только для ЦО высших животных. 27 Regulation of mitochondrial cytochrome c oxidase by calcium and sodium ions via special cation binding site 1 T.V. Vygodina, 2 E. Mukhaleva and 1 A. A. Konstantinov 1 A.N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, 2 Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, M.V.Lomonosov Moscow State University, Russia E-mail: vygodina@genebee.msu.ru Subunit I of cytochrome c oxidase (CcO) from mitochondria and many bacteria contains a special Cation Binding Site (CBS) located near heme a and facing the outer aqueous phase. In the bacterial CcO, the site is occupied by tightly bound Ca2+[1], whereas in CcO from higher animals the site can bind reversibly Ca2+ or Na+ [2]. Binding of Ca2+ shifts absorption spectrum of heme a, which allowed previously to determine characteristics of Ca2+ binding at the CBS. Na+ does not perturb significantly spectral properties of heme a but it competes with Ca2+ decreasing effective affinity of the latter for the CBS [2]. Functional significance of the cation binding remained unknown until recently when our group found that extramitochondrial Ca2+ can inhibit activity of the mitochondrial or isolated bovine CcO 2-3-fold with Ki of ~1 µM, close to Kd of Ca2+ binding [3]. Metal cations present in the cytoplasm, such as Na+, are known to affect Ca2+ binding with CcO and therefore may be expected to modulate the inhibitory effect of Ca2+ on respiration. Therefore we have studied inhibition of CcO by calcium ions at ionic composition of the medium close to that in the cytoplasm. The buffer contained 150 mM K+, 12 mM Na+ and 1 mM Mg2+. Various calcium concentrations were maintained with Ca-NTA buffer. In this medium, ca. 2-fold maximal inhibition is observed as in the previous experiments, but apparent Ki is raised from ~1 µM to ~10-20 µM in agreement with the effect of Na+ on Ca2+ binding measured spectrophotometrically [2]. Accordingly, CcO is likely to be protected from inhibition by Ca2+ in the resting cells, but the inhibition may come into play during the peaks of Ca2+ release at the mitochondria/ER interface in response to various stimuli, e.g. during the Ca2+ spikes in the beating heart. The Ca2+-induced inhibition is specific for the higher animal CcO. E.g., it is not observed with homologous bacterial CcO, even if the bacterial enzyme is mutated to a form that binds Ca2+ reversibly as the bovine oxidase. Such a specificity of the inhibitory action accords with the fact that Ca2+ binding at the CBS involves two key residues in the exit part of the so-called “proton channel H” revealed in the bovine heart CcO [4]. Section 228 Его нет у гомологичных ЦО из бактерий, даже если фермент мутирован в форму, связывающую Ca2+ об- ратимо, как бычья ЦО. Такая специфичность инги- бирующего эффекта кальция согласуется с тем, что в связывании Ca2+ с ЦСК участвуют два ключевых остатка аминокислот, входящих в состав выходной части так называемого «Н-протонного канала», обнаруженного в 3-х мерной структуре бычьей ЦО [4]. У бактериаль- ной ЦО выходная часть «Н-протонного канала» не консервативна. Т.о. селективность ингибирования Ca2+ бычьей ЦО является экспериментальным свидетельс- твом функциональной значимости Н-канала для ЦО из митохондрий высших животных. Работа поддержана грантом РФФИ 14-04-00425 Литература 1] Pfitzner, U., Kirichenko, A., Konstantinov, A.A., Mertens, M., Wittershagen, A., Kolbesen, B.O., Steffens, C.M., Harrenga, A., Michel, H., Ludwig, B. (1999) FEBS Letters 456, 365-369. [2] Kirichenko, AV, Pfitzner, U, Ludwig, B, Soares, CM, Vygodina, TV, Konstantinov, AA Biochemistry (2005),44,12391-12401. [3] Vygodina, T., Kirichenko A., Konstantinov A.A.(2013).PloS one 8 (9): e74436 [4] Yoshikawa S, Muramoto K, Shinzawa-Itoh K (2011) Annu Rev Biophys 40: 205-223 Секция 2 История первого кислород-редуктазного натриевого насоса М. С. Мунтян НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, 119991, Россия E-mail: muntyan@genebee.msu.su В процессе дыхания биологически доступная энер- гия запасается живыми организмами первично на внутренней мембране митохондрий или на цитопл- зматической мембране прокариот в форме протон- движущей силы. Три десятилетия назад в дыхательной цепи некоторых аэробных алкалифильных бектерий был обнаружен натрий (Na+)- перекачивающий комп- лекс I, а именно, Na+-специфичная НАДН-хинон-окси- доредуктаза (NQR) (1). В. Скулачевым было высказано предположение о возможном существовании Na+-спе- цифичного комплекса IV у алкалифильных бактерий 30 лет назад (2). Однако, в течение последних 30 лет NQR оставался единствнным компонентом дыхательных цепей аэробных бактерий, для которого была доказана способность запасать энергию в форме натрий-дви- жущей силы. Считалось, что другие компоненты дыха- тельной цепи, включая и комплекс IV, который преоб- разует значительную часть энергии, поставляемой в процессе дыхания, могут функционировать только как H+-насосы. Недавно было получено доказательство функционирования в дыхательной цепи экстремально алкалифильных бактерий первого кислород-редуктаз- ного Na+-насоса, а именно, комплекса IV. Литература [1]. Tokuda H, Unemoto T: Na+ is translocated at NADH: quinone oxidoreductase segment in the respiratory chain of Vibrio alginolyticus. 1984 J Biol Chem 259(12):7785-7790. [2]. Skulachev VP: Sodium bioenergetics. 1984 TiBS 9(11):483-485.29 In the bacterial CcO the exit part of the H-proton pathway is not conserved. Therefore the selective inhibitory effect of Ca2+ on the bovine CcO provides experimental evidence for a special functional role of the H-channel in CcO from higher animal mitochondria. Supported by RFBR grant 14-04-00425 References: [1] Pfitzner, U., Kirichenko, A., Konstantinov, A.A., Mertens, M., Wittershagen, A., Kolbesen, B.O., Steffens, C.M., Harrenga, A., Michel, H., Ludwig, B. (1999) FEBS Letters 456, 365-369. [2] Kirichenko, AV, Pfitzner, U, Ludwig, B, Soares, CM, Vygodina, TV, Konstantinov, AA Biochemistry (2005),44,12391-12401. [3] Vygodina, T., Kirichenko A., Konstantinov A.A.(2013). PloS one 8 (9): e74436 [4] Yoshikawa S, Muramoto K, Shinzawa-Itoh K (2011 Annu Rev Biophys 40: 205-223 The history of the first oxygen-reducing sodium pump Maria S. Muntyan A.N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia E-mail: muntyan@genebee.msu.su Accumulation of biologically available energy by the living organisms during respiration occurs initially in the inner mitochondrial or cytoplasm prokaryotic membranes in the form of proton-motive-force. Three decades ago a sodium (Na+)-pumping complex I, i.e. the Na+-motive NADH-quinone-oxidoreductase (NQR), was revealed in the respiratory chain of some aerobic alkaliphilic bacteria (1). The possible existence of a Na+-motive complex IV in alkaliphilic bacteria was assumed by V. Skulachev 30 years ago (2). However, during the last 30 years, NQR was the only component of respiratory chains in aerobic bacteria known to accumulate energy in the form of sodium-motive-force. The other segments of respiratory chain and particularly complex IV, which converts the large portion of the utilizable energy provided during respiration, were believed to be H+-motive. Recently, the first oxygen-reducing Na+-pump, i.e. complex IV, was demonstrated to operate in the respiratory chain of extremely alkaliphilic bacteria. Section 2 References: [1]. Tokuda H, Unemoto T: Na+ is translocated at NADH: quinone oxidoreductase segment in the respiratory chain of Vibrio alginolyticus. 1984 J Biol Chem 259(12):7785-7790. [2]. Skulachev VP: Sodium bioenergetics. 1984 TiBS 9(11):483-485.30Секция 2 Цитохром bd из Escherichia coli катализирует распад перекиси водорода и пероксинитрита Виталий Б. Борисов1 , Елена Форте2 , Сергей А. Силецкий1 , Альберт И. Давлетшин1 , Паоло Сарти2,3 , Алессандро Жуффре3 1 Научно-исследовательский институт физико- химической биологии имени А.Н. Белозерского, МГУ имени М.В. Ломоносова, 119991 Москва; 2 Отдел биохимических наук и Институт Пастера - Фонд Ченчи Болоньетти, Римский университет Ла Сапиенца, I-00185 Рим, Италия; 3 Институт молекулярной биологии и патологии НИС, I-00185 Рим, Италия E-mail: bor@genebee.msu.su Цитохром bd - хинол:O2 оксидоредуктаза дыхатель- ных цепей прокариот. Фермент участвует в запасании энергии и повышает вирулентность некоторых пато- генных бактерий. Мы обнаружили, что цитохром bd-I, выделенный из Escherichia coli, (а) проявляет заметную каталазную активность [1] и (б) способен катализи- ровать разложение пероксинитрита [2]. Каталазная реакция нечувствительна к NO, CO, антимицину А и N-этилмалеимиду, но блокируется цианидом и ази- дом. Каталазную активность также можно наблюдать в клетках E. coli, дефицитных по каталазе, после супер- экспрессии цитохрома bd-I. Пероксинитрит сам по себе не ингибирует поглощение O2 изолированным ферментом или клетками E. coli с повышенной экс- прессией цитохрома bd-I. Более того, изолированный цитохром bd-I, находящийся в реакции с O2 , аскорба- том и ТМФД, может метаболизировать пероксинитрит с кажущимся числом оборота ~ 10 моль перокси- нитрита х (моль фермента)-1 х s-1. Полученные данные свидетельствуют о защитной роли цитохрома bd против окислительного и нитрозилирующего стресса in vivo и позволяют рассматривать фермент этого типа в качестве потенциальной мишени для лекарственных средств. Литература [1] Borisov VB, Forte E, Davletshin A, Mastronicola D, Sarti P, Giuffrè A: Cytochrome bd oxidase from Escherichia coli displays high catalase activity: An additional defense against oxidative stress. 2013 FEBS Lett 587:2214-2218. [2] Borisov VB, Forte E, Siletsky SA, Sarti P, Giuffrè A: Cytochrome bd from Escherichia coli catalyzes peroxynitrite pecomposition. 2015 Biochim Biophys Acta 1847:182-188. Секция 3 Прогресс в изучении метаболизма АФК в митохондриях за последние 10 лет Анатолий А.Старков Корнельский Университет, Нью Йорк, США E-mail: ans2024@med.cornell.edu Последняя декада ознаменовалась значительным про- грессом в изучении митохондриального метаболизма активных форм кислорода (АФК). Были обнаружены новые источники генерации АФК в митохондриях. Вклад ранее известных источников АФК подвергся значительной переоценке, равно как и роль различ- ных ферментных систем в детоксикации АФК. В нашем докладе будет представлен обзор наиболее важных открытий в области митохондриального метаболизма АФК за последнее десятилетие и их потенциальном значении для понимания физиологии окислительного стресса.31 Cytochrome bd from Escherichia coli catalyzes the decomposition of hydrogen peroxide and peroxynitrite Vitaliy B. Borisov1 , Elena Forte2 , Sergey A. Siletsky1 , Albert I. Davletshin1 , Paolo Sarti2,3 and Alessandro Giuffrè3 1 Lomonosov Moscow State University, Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow 119991, Russia; 2 Department of Biochemical Sciences and Istituto Pasteur – Fondazione Cenci Bolognetti, Sapienza University of Rome, I-00185 Rome, Italy; 3 CNR Institute of Molecular Biology and Pathology, I-00185 Rome, Italy E-mail: bor@genebee.msu.su Cytochrome bd is a quinol:O2 oxidoreductase of prokaryotic respiratory chains. The enzyme contributes to energy conservation and promotes virulence in some pathogenic bacteria. We found that cytochrome bd-I isolated from Escherichia coli (i) reveals a notable catalase activity [1] and (ii) is able to catalyze peroxynitrite decomposition [2]. The catalase reaction is insensitive to NO, CO, antimycin A and N-ethylmaleimide, but is blocked by cyanide and azide. The catalase activity can also be observed in catalase-deficient E. coli cells following cytochrome bd-I over-expression. Peroxynitrite per se does not inhibit O2 consumption by the isolated enzyme or E. coli cells overexpressing cytochrome bd-I. Furthermore, the isolated cytochrome bd-I in turnover with O2 , ascorbate and TMPD can metabolize peroxynitrite with an apparent turnover rate of ~ 10 mol peroxynitrite х (mol enzyme)-1 х s-1. The data suggest a protective role of cytochrome bd against oxidative and nitrosative stress in vivo and make this type of enzyme of interest as a potential drug target. Section 2 References: [1] Borisov VB, Forte E, Davletshin A, Mastronicola D, Sarti P, Giuffrè A: Cytochrome bd oxidase from Escherichia coli displays high catalase activity: An additional defense against oxidative stress. 2013 FEBS Lett 587:2214-2218. [2] Borisov VB, Forte E, Siletsky SA, Sarti P, Giuffrè A: Cytochrome bd from Escherichia coli catalyzes peroxynitrite pecomposition. 2015 Biochim Biophys Acta 1847:182-188. Recent advances in mitochondrial ROS metabolism: an overview of the last decade Anatoly Starkov Weill Medical College, Cornell University, New York, USA E-mail: ans2024@med.cornell.edu Significant progress was made during the last decade in the field of mitochondrial metabolism of reactive oxygen species (ROS). Novel mitochondrial sources of ROS have been discovered and the contribution of earlier known sources to overall ROS generation had been refined. The role of various enzymes in mitochondrial ROS scavenging system has been re-defined. In this presentation, we will provide an update on these recent discoveries with a focus on the functioning of mitochondrial antioxidant system and physiological significance of newly found sources of ROS in oxidative stress. Section 332Секция 3 В митохондриях почек присутствует атипичный центр генерации активных форм кислорода, действующий постоянно и независимо от их окислительно-восстановительного состояния Аджит Дивакаруни, Янг Ю, Сусанна Петросян, Кумар Шарма, Энн Н. Мерфи и Александр Андреев Университет Калифорнии, Сан Диего, США E-mail: andreyev@ucsd.edu Общепринято, что окислительный стресс включен как в «нормальный» процесс старения, так и в этиологию множества разнообразных патологий, включая ней- родегенеративные болезни и диабет. Митохондрии, благодаря их способности генерировать активные формы кислорода (АФК), широко признаны в качес- тве значимого источника окислительного стресса. Основные способы образования АФК, рассматрива- емые в литературе, сводятся к двум: 1) образование в комплексе III семихинона кофермента Q, которое может быть вызвано антимицином А и ингибировано миксотиазолом, и 2) активация центров в начальном участке дыхательной цепи или матриксе митохондрий, которое присходит при избыточной восстановленнос- ти внутримитохондриальной среды. В данной работе мы сообщаем, что митохондрии почек демонстрируют нетипичную картину генерации АФК, где два обще- принятых способа генерации не проявляются, а ранее неизвестный центр играет ярко выраженную роль. Генерация АФК в этом центре равно ингибируется как антимицином А, так и миксотиазолом, практически не зависит от окислительно-восстановительного состоя- ния митохондрий, не требует присутствия добавленых субстратов дыхания и происходит при исключительно низких скоростях транспорта электронов через ды- хательную цепь. По нашей гипотезе, этот центр нахо- дится в концевой части дыхательной цепи и является мощным нерегулируемым источником окислительного стресса в почках. 33 Kidney mitochondria possess an atypical constitutively active site of generation of reactive oxygen species op- erating independently of mitochondrial redox status Ajit Divakaruni, Young You, Susanna Petrosyan, Kumar Sharma, Anne N. Murphy and Alexander Y. Andreyev University of California, San Diego, USA E-mail: andreyev@ucsd.edu Oxidative stress is implicated both in “normal” senescence and in etiology of multiple diverse diseases, including neurodegeneration and diabetes. Due to ability to generate reactive oxygen species (ROS), mitochondria are widely accepted to be a major source of oxidative stress. Two major paradigms of mitochondrial ROS production considered in the literature are i) formation of semiquinone of coenzyme Q in Complex III which may be induced by antimycin A and inhibited by myxothiazol and ii) reduction of proximal site(s) in respiratory chain or mitochondrial matrix associated with highly negative redox status of mitochondria. Here we report that kidney mitochondria display an atypical pattern of ROS generation in which the two conventional paradigms do not manifest themselves whereas a previously unknown site plays a prominent role. ROS generation at this site is equally inhibited by either antimycin A or myxothiazol, is virtually independent of mitochondrial redox status, does not require exogenous respiratory substrate(s) and occurs at exceedingly low rates of electron flow through respiratory chain. We hypothesize that this site is located in the terminal portion of respiratory chain and acts as a constitutive powerful source of oxidative stress in kidney. Section 334Секция 3 Генерация активных форм кислорода митохондриями: качественные и количественные параметры А.Д. Виноградов, В.Г. Гривенникова, А.В. Кареева Кафедра биохимии биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва 119991 Интактные изолированные митохондрии сердца, инвертированные субмитохондриальные частицы и растворимые ферменты матрикса in vitro катализируют одно- и двухэлектронные сукцинат: и NADH:кислород оксидоредуктазные реакции, приводящие к образо- ванию супероксид-радикала и перекиси водорода (АФК), соответственно [1]. Существующие методы пока не позволяют достоверных количественных и даже качественных измерений параметров этих реакций in vivo, или в условиях, близких к физиологическим. Для оценки физиологической значимости образования АФК (если таковая существует), необходимо, хотя бы приблизительно соотнести скорости их образования in vitro и возможные in vivo концентрации субстратов (NADH, сукцинат, кислород) и лигандов, возможных регуляторов ферментов-генераторов. В докладе мы обсудим некоторые результаты, полученные нашей группой, которые могут оказаться полезными для такого анализа. Комплекс I дыхательной цепи [2, 3] и липоилдегидро- геназный компонент дегидрогеназ альфа-кетокислот (ЛипДГ) [4] – «главные» (по потенциальной активности) митохондриальные генераторы АФК. Комплекс I об- разует как супероксид-радикал, так и перекись водо- рода, и соотношение между ними сильно зависит от концентрации NADH [5]. Образование обоих продук- тов сильно снижается в присутствии NAD+ [3, 6]. ЛипДГ продуцирует в основном перекись водорода, и её образование сильно (до 10 раз) и специфично активи- руется ионами аммония [7]. Примерно половина об- щей NADH-зависимой генерации перекиси водорода пермеабилизованными митохондриями обусловлена активностью комплекса I, другая половина – активнос- тью ЛипДГ [8]. В присутствии ионов аммония до 90% перекиси образуется ЛипДГ. Генерация АФК препара- тами, лишенными барьеров проницаемости линейно зависит от концентрации кислорода [2, 6]. Внутренняя мембрана митохондрий ограниченно проницаема для перекиси водорода [8], что указывает на существова- ние Н2 О2 -специфичной транслоказы. Литература [1] Гривенникова В. Г., Виноградов А. Д. (2013) Успехи биологической химии, 53, 245–296. [2] Виноградов А.Д., Гривенникова В.Г. (2005) Биохимия, 70, 150-159. [3] Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. (2006) Biochim. Biophys. Acta, 1757, 553-561. [4] Kareyeva A.V., Grivennikova V.G., Cecchini G., Vinogradov A.D. (2011) FEBS Lett., 585, 385-389. [5] Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. (2013) Biochim. Biophys. Acta, 1827, 446-454. [6] Kareyeva A.V., Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. (2012) Biochim. Biophys. Acta, 1817, 1879-1885. [7] Grivennikova V.G., Cecchini G., Vinogradov A.D. (2008) FEBS Lett., 582, 2719-2724. [8] Grivennikova V.G., Kareyeva A.V., Vinogradov A.D. (2010) Biochim. Biophys. Acta, 1797, 939-944.35 Mitochondrial generation of reactive oxygen species: qualitative and quantitative characteristics A.D. Vinogradov, V.G. Grivennikova, A.V. Kareyeva Department of Biochemistry, School of Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991 Isolated intact mitochondria, inside-out submitochondrial particles, and soluble matrix located enzymes catalyze one- and two-electron succinate: and NADH:oxygen oxidoreductase reactions producing superoxide radical and hydrogen peroxide, respectively [1]. No experimental methods yet exist for reliable quantitative measurements of catalytic properties of these reactions in vivo or under the physiologically relevant conditions. To evaluate their physiological significance of ROS (if exists) it seems imperative to correlate the rates of their formation as determined in vitro with possible in vivo concentrations of the substrates (NADH, succinate, oxygen) and some ligands that regulate the activities of the enzymes-generators. In this report some of the results obtained by our group which seem helpful for such correlative analysis are discussed. The respiratory complex I [2, 3] and lipoyldehydrogenase – component of alpha-oxoacids (LipDH) [4] are the “major” (in terms of their potential capacity) mitochondrial generators of ROS. Complex I produce both superoxide and hydrogen peroxide and the partitioning between these product species depends on NADH concentration [5]. The formation of either species is strongly decreased by NAD+ [3, 6]. LipDH produces mostly hydrogen peroxide (~90%) and its activity is strongly (up to 10-folds) and specifically activated by ammonium [7]. About half of the total NADH-dependent ROS production by permeabilized mitochondria is catalyzed by complex I, the other half ia due to LipDH activity whereas in the presence of activating ammonium up to 90% of the total hydrogen peroxide formation is catalyzed by LipDH [8]. The rates of ROS production catalyzed by the preparations devoid of the permeability barriers are linearly depend on oxygen concentration [2, 6]. The inner mitochondrial membrane is only partially permeable for hydrogen peroxide [8] the observation suggesting that H2O2 permeation is catalyzed by the specific translocase. Section 3 References: [1] Grivennikova V. G., Vinogradov A. D. (2013) Biochemistry (Moscow), 78, 1490-1511. Published in Russian in Uspekhi Biologicheskoi Khimii, 2013, Vol. 53, pp. 245-296. [2] Vinogradov A.D., Grivennikova V.G. (2005) Biochemistry (Moscow), 70,120-127. [3] Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. (2006) Biochim. Biophys. Acta, 1757, 553-561. [4] Kareyeva A.V., Grivennikova V.G., Cecchini G., Vinogradov A.D. (2011) FEBS Lett., 585, 385-389. [5] Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. (2013) Biochim. Biophys. Acta, 1827, 446-454. [6] Kareyeva A.V., Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. (2012) Biochim. Biophys. Acta, 1817, 1879-1885. [7] Grivennikova V.G., Cecchini G., Vinogradov A.D. (2008) FEBS Lett., 582, 2719-2724. [8] Grivennikova V.G., Kareyeva A.V., Vinogradov A.D. (2010) Biochim. Biophys. Acta, 1797, 939-944.36Секция 3 Влияние хронического потребления митохондриально–направленного антиоксиданта SkQ1 на старение самок крыс Sprague-Dawley Аверина О.А., Белопольская М.В., Павшинцев В.В., Фролова О.Ю., Ловать М.Л. ООО «НИИ Митоинженерии МГУ», Москва, 119992, Россия E-mail: Lovat@mail.ru Согласно свободно-радикальной теории старения, постепенное накопление активных форм кислоро- да (АФК) вызывает повреждение митохондрий, что запускает клеточный апоптоз. Следовательно, пер- спективным методом решения проблемы является использование миитохондриально-направленных ан- тиоксидантов, прицельно препятствующих развитию окислительного стресса в митохондриях. Целью настоящей работы было исследовать влияние хронического перорального потребления антиокси- данта SkQ1 на фертильность и биохимические призна- ки естественного старения самок крыс стока SpragueDawley CD SPF-категории. Исследования проводились на стареющих самках, в двух сериях: по 32 и 40 крыс в каждой. Контрольные группы пили воду, опытные – раствор SkQ1 в воде, из расчета 250 нмоль/кг/сут; с возраста 16 по 22-й, и с 2 по 24-й месяц (в 1 и 2 сериях, соответственно). У контрольной группы к 17 месяцу жизни значимо снижалось содержание белка, креатинина и щелочной фосфатазы; увеличивалась активность трансаминазы в плазме крови (p<0,01), что указывает на начало стар- ческой дегенерации. Потребление SkQ1 сохраняло данные параметры на уровне животных более молодо- го возраста. К 21 месяцу отличия исчезали. Кроме того, SkQ1 замедлял угасание репродуктивной функции. В 18 месяцев только у 29% крыс контрольной группы на- блюдался регулярный эстральный цикл. У животных, потреблявших SkQ1, эта доля составляла 79% (p<0,05). Данные результаты позволяют предположить, что дли- тельное потребление SkQ1 может замедлять наступле- ние физиологических признаков старения у крыс.37 The influence of the antioxidant SkQ1 chronic consumption on the aging of female Sprague-Dawley rats Averina O.A., Belopol’skaya M.V., Pavshintsev V.V., Frolova O.Yu, Lovat M.L. “Institute of Mitoengineering of Moscow State University” LLC, Moscow, 119992, Russia E-mail: Lovat@mail.ru According to the free radical theory of aging, the gradual accumulation of the active forms of oxygen (AFO) causes damage of mitochondria which starts cellular apoptosis. Therefore, a perspective solution is use of the mitochondrial-targeted antioxidants which are precisely interfering development of an oxidizing stress in mitochondria. The aim of the study was investigation of the influence of chronic oral consumption of the antioxidant SkQ1 on the fertility and biochemical signs of natural aging in female Sprague-Dawley CD rats of SPF-category. Experiments were made on the ageing female rats, in two series: by 32 and 40 rats in each. Control groups had freechoice water, treated – SkQ1 water solution, at the rate of the 250 nmol/kg/day; from age 16 to the 22nd, and from 2 to the 24th month in series 1 and 2, respectively. In control group at the age of 17th month the total protein content, creatinine and alkaline phosphatase significantly decreased; the activity of transaminase in blood plasma increased (p<0,01), that could be a sign of the beginning of a senile degeneration process. The SkQ1 treatment followed by retention of these parameters at the level of animals of younger age. At the age of 21 months these differences between control and SkQ1 group became insignificant. Besides, SkQ1 slowed down fading of reproductive function. At the age of 18 months only 29% of control rats had the regular estrous cycle. In the SkQ1 group this share was 79% (p<0,05). These results suggests that consumption of SkQ1 may be followed the slowing down of some physiological signs of aging in rats. Section 338Секция 3 Влияние митохондриально-направленного антиоксиданта SkQ1 на спонтанные патологические изменения у SPF-мышей В.Н. Манских Институт Митоинженерии, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 73 E-mail: manskikh@mail.ru Митохондриально-направленный антиоксидант SkQ1 является новой лекарственной субстанцией с боль- шим количеством доказанных позитивных эффектов, в числе которых находится увеличение продолжитель- ности жизни животных. Мы исследовали эффекты SkQ1 на спонтанные патологии у SPF-мышей линий C57BL/6 и BALB/c. Было обнаружено, что SkQ1 в дозах 1 и 30 нмоль/кг/день, получаемый с питьевой водой в тече- ние всей жизни, изменяет спектр спонтанных опухо- лей и снижает частоту фолликулярных лимфом у самок BALB/c. Этот препарат в дозе 1 нмоль/кг/день снижал также частоту диссеминированных фолликулярных лимфом. При этом, ни у самцов, ни у самок не было обнаружено снижения суммарной частоты опухолей разных типов или увеличения продолжительности животных с новообразованиями. Следовательно, ранее установленная способность SkQ1 увеличивать продолжительности жизни самцов BALB/c, не связана с антиканцерогенным действием этого препарата. Среди неопухолевых патологий главный эффект SkQ1 оказывал на поражения сердца. Было обнаружено, что этот препарат, получаемый на протяжении всей жизни мышей BALB/c и C57BL/6, подавлял развитие возраст- ной кардиомиопатии, гипертрофии и диффузного фиб- роза миокарда. Эти данные показывают, что активные формы кислорода играют значительную роль в разви- тии возрастных патологических изменений миокарда, а SkQ1 является перспективным лекарственным средс- твом для коррекции названных поражений. 39 Influence of mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 on spontaneous pathologies in SPF-mice Vasily N. Manskikh Institute of Mitoengineering, Lomonosov Moscow State University, 119991, Leninskie gory 1, bld. 73, Moscow, Russia E-mail: manskikh@mail.ru Mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 is a novel drug that has many different beneficial effects including increase of life span of laboratory animals. In this study, the effects of SkQ1 on spontaneous pathological changes in SPF C57BL/6 and BALB/c mice have been analyzed. It has been found that addition of SkQ1 to drinking water at the doses of 1 or 30 nmol/kg of body weight per day throughout lifespan modified the spectrum of spontaneous tumors in female BALB/c mice and decreased the incidence of follicular lymphomas. SkQ1 at the dose of 1 nmol/kg/day also decreased the incidence of disseminated form of follicular lymphoma. However, SkQ1 did not influence summarized incidence of malignant tumors and the incidences of other types of malignant and benign tumors as well as longevity of mice (males and females) with neoplasms. Hence, the previously described ability of SkQ1 to increase the lifespan of male BALB/c mice is not related to anticarcinogenic activity of this substance. Among non-neoplastic pathologies the main effects of SKQ1 are related to cardiac lesion. We show that lifelong treatment of BALB/c and C57BL/6 mice with SkQ1 retards senescence-associated cardiomyopathy, cardiac hypertrophy, and diffuse myocardial fibrosis. The data indicate a causative role of mitochondrial reactive oxygen species in cardiovascular aging and imply that SkQ1 has potential as a drug against age-related cardiac lesions. Section 340Секция 4 Миторазнообразие В дополнении к недавно введенному нами термину «митобиота» мы вводим еще один термин «миторазно- образие», который включает в себя фенотипическую и генотипическую вариабильность, существующую как в пределах клетки, так в пределах органа, организма и между организмами. Эта вариабильность видна из вели- кого разнообразия ультраструктурных характеристик и физико-химических свойств митохондрий. Нами отме- чено, что вариабильность возрастает в клетке и органах при возникновении патологий разного типа. Однако, мы отмечаем, что даже в патологических условиях сохраняется часть популяции митохондрий с характе- ристиками, свойственными для нормального состоя- ния, что, вероятно, может служить базой для разработки путей обращения патологического состояния в норму. Такое генетическое и эпигенетическое разнообразие может быть рассмотрено с учетом распространенного мнение, что митохондрия – это симбионт, имеющий древнее бактериальное происхождение. При поста- новке знака равенства между митохондрией и бакте- рией, вполне могут подлежать пересмотру процессы, присущие митохондриальной физиологии и клеточной патологии, например теорий возникновения рака, инфицирования и старения. Мы считаем, что гомеостаз «митобиоты» не менее важен чем гомеостаз микробио- ты, широко обсуждаемый в настоящее время. Д.Б. Зоров, Е.Ю. Плотников, Д.Н. Силачев, В.А. Попков, К.Г. Лямзаев, Л.Д. Зорова, И.Б. Певзнер, С.С. Янкаускас, С.Д. Зоров, В.А. Бабенко Институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, Факультет биоинженерии и биоинформатики, Международный Лазерный Научный Центр, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119991 Москва E-mail: zorov@genebee.msu.su41 D.B.Zorov, E.Y.Plotnikov, D.N.Silachev, V.A. Popkov, K.G.Lyamzaev, L.D.Zorova, I.B.Pevzner, S.S.Jankauskas, S.D.Zorov, V.A.Babenko A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, International Laser Center M. V. Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991, Russia. E-mail: zorov@genebee.msu.ru In addition to recently introduced by us the term “mitobiota” we introduce another term “mitodiversity”, indicating a various levels of heterogeneity of the phenotype and genotype of mitochondria existing within a single cell, organ, organism or between organisms. Such diversity is seen from a great variability of ultrastructural characteristics and physico-chemical properties of mitochondria. We indicated that “mitodiversity” is specifically increased in cells and organs under incidence of pathologies. However, we admit that even under pathological conditions there is a portion of normal mitochondria staying in the cell which may be a basis for potential reversal of pathological states to the norm. Such genetic and epigenetic diversity of mitochondria may be considered on the basis of our knowledge that mitochondrion is a symbiont having ancient bacterial origin. It looks like when putting an equal sign between mitochondria and bacteria, some processes attributed to mitochondria and to cellular pathology can be reconsidered, i.e., theories of a cancer incidence, infection and aging. We suggest that the homeostasis of “mitobiota” is of not lesser physiological importance than homeostasis of microbiota which is currently highly discussed. Mitodiversity Section 442 α,ω-Диоловые кислоты (ДК) образуются главным об- разом в клетках печени и почек в процессе ω-окис- ления монокарбоновых жирных кислот. ω-Окисление значительно усиливается при увеличении содержа- ния свободных монокарбоновых жирных кислот, при различных нарушениях их метаболизма, а также под влиянием ксенобиотиков. В отсутствие Са2+ действие на изолированные митохондрии печени одной из ДК – α,ω-тетрадекандиоловой кислоты (ТДК) заключается в стимуляции дыхания без снижения Δψ. Этот эффект ТДК полностью устраняется циклоспорином А (ЦсА) в концентрации 10 мкМ. В митохондриях печени, на- груженных Ca2+ или Sr2+, ДК способны индуцировать открытие поры по механизму, нечувствительному к ЦсА. В этих условиях наблюдается освобождение ци- тохрома с из митохондрий. Накопление длинноцепо- чечных ДК в клетках печени рассматривается как один из возможных факторов их гибели при различных патологических состояниях, связанных с нарушением метаболизма липидов. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 14-04-00688) и Министерства образования и науки Российской Федерации (Задание № 1365). Литература Tsetlin V, Utkin Y, Kasheverov I (2009) Polypeptide and peptide toxins, magnifying lenses for binding sites in nicotinic acetylcholine receptors. Biochem Pharmacol.78, 720-731. Длинноцепочечные α,ω-диоловые кислоты как активаторы свободного окисления и индукторы Са2+-зависимой проницаемости митохондрий печени В.Н. Самарцев, М.В. Дубинин, С.И. Адакеева, А.А. Ведерников, Е.И. Хорошавина Марийский государственный университет, Йошкар-Ола, 424001, Россия E-mail: samvic56@mail.ru Секция 443 Long-chain α,ω-dioic acids as activators of free oxidation and inducers of Ca2+-dependent permeability transition in liver mitochondria Victor N. Samartsev, Mikhail V. Dubinin, Svetlana I. Adakeeva, Aleksander A. Vedernikov, Ekaterina I. Khoroshavina Mari State University, Yoshkar-Ola, 424001, Russia E-mail: samvic56@mail.ru α,ω-Dioic acids (DAs) are formed predominantly in the liver and kidney cells as a result of ω-oxidation of the corresponding monocarboxylic fatty acids. Rate of ω-oxidation is significantly enhanced under conditions that are characterized by increased levels of monocarboxylic free fatty acids, various disorders of their metabolism, as well as under the effect of xenobiotics. In the absence of Ca2+ one of the DAs – α,ω-tetradecanedioic acid (TDA) stimulates respiration of isolated liver mitochondria without affecting the Δψ. This effect of TDA is completely eliminated by cyclosporin A (CsA) at a concentration of 10 μM. In Ca2+- or Sr2+-loaded liver mitochondria DAs are able to induce the pore opening by the mechanism insensitive to CsA. Under these conditions, the release of cytochrome c from mitochondria is observed. Therefore, the accumulation of long-chain DAs in the liver cells is considered as one of the possible factors of their death under various pathological conditions associated with disturbance of lipid metabolism. This work was supported by the RFBR (14-04-00688) and Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Project No 1365). Section 444 Изучена температурная зависимость влияния эндоген- ных (а также экзогенных добавленных) жирных кислот на эффективность работы (параметр АДФ/О) системы окислительного фосфорилирования митохондрий в условиях, когда эта система работает в режиме супер- комплекса. Исследования проведены на митохондриях печени крыс при пониженной тоничности среды инку- бации (120мОсм) на стандартных препаратах, которые не подвергались специальной полной очистке мем- бран от жирных кислот. Обнаружен очень узкий тем- пературный интервал (19±1°С), в котором отсутствует или существенно ослаблено разобщающее действие жирных кислот. Показано, что в том же температур- ном интервале происходит структурная перестройка системы ферментов, которая сопровождается более плотной упаковкой мембранных белковых комплексов митохондрий. Таким образом, было показано, что при 19±1°С суперкомплекс функционирует в специфичес- ком режиме работы, защищенном (или частично защи- щенном) от разобщающего действия жирных кислот. Кроме того, при тех же температурах (19±1 °С) в усло- виях работы суперкомплекса в гипотонической среде в мембранах митохондрий происходит структурный переход. В работе обсуждается возможный механизм обнаруженного явления, физиологическая значимость повышенной эффективности синтеза АТФ в митохонд- риях при сниженных температурах, и указан наиболее вероятный характер структурного перехода, проис- ходящего при 19°С в системе мембранных ферментов митохондрий. О специфических свойствах системы окислительного фосфорилирования митохондрий, функционирующей в режиме суперкомплекса Нестеров С.В.1,2 , Скоробогатова Ю.А.1,2 , Ягужинский Л.С.1,2 1 Московский физико-технический институт, г.Долгопрудный 2 1НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, МГУ им.М.В.Ломоносова, г.Москва, Россия E-mail: yag@genebee.msu.su Секция 445 Specific properties of the mitochondrial oxidative phosphorylation system operating as supercomplex. Nesterov S.V.1,2 , Skorobogatova Y.A 1,2 , Yaguzhinsky L.S1,2 1 Moscow Institute of Physics and Technology (StateUniversity), Dolgoprudny, Moscow region 2 Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia E-mail: yag@genebee.msu.su This work represents the study of endogenous and exogenous fatty acids affecting mitochondrial phosphorylating system effectiveness (ADP/O) depending on temperature. Experiment was set up under conditions in which OxPhos system operates as supercomplex. Rat liver mitochondria were isolated without purposive fatty acidsremoval from membranes, then studied in hypotonic medium (120 mOsm). A very narrow interval 19±1 °C where fatty acid uncoupling effect is weak up to disappearing was detected. At the same small temperature range, a structure rearrangement of enzyme system arises accompanied with denser packing of membrane protein complexes. Thus, at the temperatures close to 19°C supercomplex works in the specific regime protected (or partially protected) from fatty acids uncoupling effect. Here we also discuss a mechanism of the discovered phenomenon, physiological significance of the increased ATP-synthesis effectiveness at lower temperatures and the most probable character of protein complexes structural rearrangement at 19°C. Section 446 Борьба с эпидемией ВИЧ, охватившей весь мир, при- влекла беспрецедентные финансовые и человеческие ресурсы. Сегодня мы знем об этом вирусе, о механиз- мах его патогенеза, о ВИЧ ко-патогенах и о, связанных с ВИЧ инфекцией, болезнях больше, чем о других пато- логиях человека. В ходе изучения ВИЧ инфекции были обнаружены механизмы патогенеза, общие с другими болезнями человека. В частности, стала очевидна цен- тральная роль иммуноактиавации в развитии различ- ных болезней человека. Становится все более очевидным, что иммуноактива- ция, возникшая, как система защиты против патогенов, может в результате дисрегуляции способствовать развитию многих патологий, в том числе вызываемых неизвестными возбудителями. Помимо СПИДа, список таких патологий включает, атеросклероз, макулодист- рофию, рак, диабет, преэклампсию и, возможно, даже общее старение. Таким образом, иммуноактивация является “общим знаменателем” патогенеза и может лежать в основе общности симптомов различных болезней. Выявле- ние механизмов иммуноактивации может привести к разработке новых стратегий терапии, применимых к лечению различных болезней, в том числе и тех, про возбудители которых мы знаем мало или совсем не- знаем. Уроки ВИЧ: что мы поняли про различные болезни человека в результате изучения ВИЧ инфекции Леонид Марголис НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия Национальные Институты Здоровья, США E-mail: margolil@mail.nih.gov Секция 547 Lessons of HIV disease: what did we understand about other pathologies Leonid Margolis Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University,Moscow, Russia National Institutes of Health, USA E-mail: margolil@mail.nih.gov Fighting HIV epidemics that engulfed the entire world, attracted unprecedented financial and human resources. As the result now we know about this virus, mechanisms of its pathogenesis and, in part, about HIV co-pathogens and HIV-associated diseases much more than about other human pathologies. In the cause of the studies of HIV infection several mechanisms apparently common for other human diseases have been revealed. In particular, the central role of immunoactivation in various human diseases has been understood. It is becoming increasingly clear that immunoactivation, which evolved as a system of host defense against pathogens, can become dysregulated and promote the pathogenesis of diverse diseases with both known and unknown etiologies. Besides AIDS the list of these diseases includes age-related macular degeneration, cancer, atherosclerosis, diabetes, preeclampsia andprobably even general aging. Thus, immunoactivation seems to be a “common denominator” or general mechanism of pathogenesis, and may explain the association and similarities in pathology among otherwise unrelated human diseases. Identification of general mechanisms of immunoactivation may lead to the development of new therapeutic strategies applicable to many diseases even before detailed knowledge of specific etiology and pathogenesis may be available. Section 548 В начале 21 века были открыты несколько фундамен- тальных биологических процессов клеток которые контролируют продолжительность жизни всех без исключения эукариотических организмов включая человека. Одним из этих процессов является “путь калорийного контроля”(ПКК) (calorie restriction (CR) pathway). Этот механизм так же называют “путь сиг- нализации инсулина и инсулино-подобного факто- ра роста-1”(ПСИИ) (insulin and IGF-1 signaling (ISS) pathway). Путь калорийного контроля состоит из: 1) гормональных факторов циркулирующие в крови (GH, IN, IGF-1); 2) клеточных рецепторов этих факторов (GHR, IR, IGFR-1) и 3) внутриклеточного каскада белков регулирующих фунционирование ПКК: 1) СTH1/2; 2) Arf1/6; 3) Ras; 4) Raf; 5) МЕК; 6) PI3P; 7) PTEN; 8) Akt; 9) mTOR; 10) S6K; 11) TSC1/2; 12) FOXO; 13) AMPK; 14) Sirt1 and 15) PGC-1a. Этот основополагающий для эволюции процесс регулирует приток питательных и энергети- ческих ресурсов в клетку и её метаболизм. Тем самым ПКК осуществляет контроль скорости старения клет- ки, что в конечном счёте контролирует смерть клетки и всего многоклеточного организма [1]. Парадоксальным образом, недавние исследова- ния и открытия в таргетной терапии рака показали, что клеточный каскад белков “пути калорийного контроля”(ПКК) также контролирует канцерогенез кле- ток, что приводит к возникновению многочисленных раковых заболеваний у человекa [2,3]. Этими белками являются: 1) ErbB1-4; 2) IGFR-1; 3) СTH1/2; 4) Arf1/6; 5) Ras; 6) Raf; 7) МЕК; 8) PI3P; 9) PTEN; 10) Akt and 11) mTOR. Они представляют собой «противораковые мишени» (onco-targets) для создания противораковых лекарств таргетной терапии нового поколения. Одним из бел- ков ПКК способных одновременно контролировать процессы старения и развития рака является белок под названием cytohesin1/2 (СTH1/2). Внутриклеточ- ные функции СTH1/2 включают в себя: 1) регуляцию передачи сигналов ErbB1-4, IR, IGFR-1, VEGFR рецепто- рами [4,5]; 2) контроль везикулярного транспорта этих рецепторов; 3) модуляцию функции V-ATPase как pH- рецептора и нано-мотора регулирующего закисление внутриклеточных органелл и внеклеточного про- странства, а также 4) активацию малых Arf1/6 GTPases [6,7]. Сигнальный путь активируемый при ограничении калорийности питания как мишень для таргетной терапии рака и старения. Новое поколение лекарственных средств двойного действия Владимир Маршанский Kadmon Pharmaceuticals Corporation, Molecular Oncology Division, Alexandria Center for Life Science, New York, NY & Program in Membrane Biology, Center for Systems Biology, Simches Research Center, MGH and Harvard Medical School, Boston, MA, USA E-mail: Marshansky.Vladimir@mgh.harvard.edu Секция 549 The calorie restriction pathway as a drug target in cancer and aging: A new generation of double-action drugs Vladimir Marshansky Kadmon Pharmaceuticals Corporation, Molecular Oncology Division, Alexandria Center for Life Science, New York, NY & Program in Membrane Biology, Center for Systems Biology, Simches Research Center, MGH and Harvard Medical School, Boston, MA, USA E-mail: Marshansky.Vladimir@mgh.harvard.edu During the last few decades various biological processes controlling aging and life expectancy of eukaryotic organisms including humans have been discovered. One of the most crucial of these mechanisms is the “calorie restriction (CR) pathway”, also known as, the “insulin and IGF-1 signaling (IIS) pathway”. The CR pathway is formed by: i) soluble hormonal factors found in the blood stream such as GH, IN and IGF-1; ii) the cell surface receptors for these factors including GHR, IR, IGFR-1; and iii) cascades of intracellular signaling proteins such as СTH1/2, Arf1/6, Ras, Raf, МЕК, PI3P, PTEN, Akt, mTOR, S6K, TSC1/2, FOXO, AMPK, Sirt1 and PGC-1a. Extraordinarily, the CR pathway is evolutionarily conserved from yeast to humans. It controls cellular bioenergetics by sensing and adjusting the intake of nutrients and regulating energy consumption. By these means the CR pathway controls the life and death of both individual cells and whole organisms [1]. Remarkably, recent groundbreaking discoveries have revealed that beyond regulating longevity, the CR pathway is also involved in cellular carcinogenesis, and thus is driving the development of a variety of human cancers [2,3]. Consequently, the components of CR pathway including ErbB1-4, IGFR-1, СTH1/2, Arf1/6, Ras, Raf, МЕК, PI3P, PTEN, Akt and mTOR, are now also considered as targets for the development of novel cancer therapies. Cytohesin1/2 (CTH1/2) is one of the components of the CR pathway that controls both the aging process and cancer development. It has a variety of intracellular functions including: 1) regulation of signaling through EGFR, IR, IGFR-1 and VEGFR receptors [4,5]; 2) control of the vesicular trafficking of these receptors; 3) modulation of the pH-sensor and proton pump functions of V-ATPase and acidification of intracellular compartments and extracellular environment; and 4) activation of the Arf1/6 small GTPases [6,7]. Research, development, clinical trials and commercialization of specifically targeted anti-cancer drugs is one of the most dynamic areas within the pharmaceutical industry. Specifically, our laboratory is involved in the development of anti-CTH1/2 compounds (drugs and peptides) that are able to inhibit cancer cell proliferation. Section 55 0 Развитие, создание, клинические испытания и коммер - циализация противораковых лекарств таргетной тера - пии является одним из самых перспективных и быстро развивающихся направлений в фармацевтической индустрии. В частности, наша лаборатория занимается разработкой и созданием фармакологических пре - паратов (лекарств и пептидов) нового поколения для противораковой таргетной терапии которые нацеле - ны в качестве мишени на белок cytohesin1/2 (СTH1/2). Однако очень важно подчеркнуть, что эти препараты действуя на белок СTH1/2 и регулируя «путь кало - рийного контроля» в нормальных постмитотических клетках, могут замедлять старение и удлинять про - должительность жизни. Таким образом эти фармако - логические препараты двойного действия, принима - емые в более низких дозах, как раз и могут оказаться теми таблетками против старения, «средством вечной молодости» или «фонтаном живой воды» которые так долго искало человечество. «Теорема Бронштейна» или «Проблема красной и синей таблетки». Возможно ли, что «Красная таб - летка» являющаяся лекарством двойного действия (фармакологическим препаратом удлиняющим про - должительность жизни человека, а также лечащее раковые заболевания), имеет значительно больший потенциал успешного фармацевтического развития, коммерциализации и применения, чем «Синяя таб - летка», являющаяся фармакологическим препаратом способным только удлинять продолжительность жизни человека? Ответ на этот критический воп - рос поставленный в данной теореме ожидает своего решения и практического применения в самом ближай - шем будущем. Литература [1] López-Otín C., Blasco M.A., Partridge L., Serrano M., and Kroemer G. ( 2 013) The hallmarks of aging. Cell 153, 11 9 4 -1217 [ 2] Hanahan D., and Weinberg R.A. ( 2000) The Hallmarks of caner. Cell 100, 57 - 7 0 [ 3] Hanahan D., and Weinberg R.A. ( 2 011) The Hallmarks of cancer: The next generation. Cell, 144, 646 -674 [ 4] Hafner M., Schmitz A., Grune I, Srivatsan S.G., Paul B., Kolanus W., Quast T, Kremmer E., Bauer I., and Famulok M. ( 200 6) Inhibition of cytohesins by SecinH 3 leads to hepatic insulin resistance. Nature, 444, 941-944 [5] Bill A., Schmitz A., Albertoni A, Song J-N., Heukamp L.C., Walrafen D., Thorwirth F., Verveer P.J., Zimmer S., Meffert L., Schreiber A., Chatterjee S., Thomas R.K., Ullrich R.T., Lang T., and Famulok M. ( 2 0 10) Cytohesins are cytoplasmic ErbB receptor activators. Cell, 143, 2 0 1 -211 [ 6] Hosokawa H., Dip P.V., Merkulova M., Bakulina A., Zhuang Z., Khatri A., Jian X., Keating S.M., Bueler S.A., Rubinstein J.L., Randazzo P.A., Ausiello D.A., Gruber G., and Marshansky V. ( 2 013) The N termini of a-subunit isoforms are involved in signaling between vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) and cytohesin- 2. J Biol Chem, 288, 58 9 6 - 5 913 [ 7] Marshansky V., Rubinstein J.L., and Gruber G. ( 2 014) Eukaryotic V-ATPase: Novel structural findings and functional insights. Biochim Biophys Acta, 1837, 857 -879 51 However, it is vital to emphasize that by targeting CTH1/2 in CR pathway of normal postmitotic cells, these novel compounds may also decelerate aging, delay age-related diseases and extend life expectancy. Thus, these doubleaction compounds, taken at low doses, may represent the “Magic Bullet anti-Aging Pill” or the “Fountain of Youth” sought by humanity for centuries. “Bronstein’s Theorem” or the “Red and Blue Pill Problem”: Is it possible that a ”Red Pill”, formulated with the doubleaction of being both anti-aging and also curing cancer, has a greater chance of being successfully developed and commercialized than a “Blue Pill” developed solely as an anti-aging drug without any anti-cancer capacity? The vital answer to “Bronstein’s Theorem” awaits solution and practical application. Our intention is to reach this goal in the near future. References: [1] López-Otín C., Blasco M.A., Partridge L., Serrano M., and Kroemer G. (2013) The hallmarks of aging. Cell 153, 1194-1217 [2] Hanahan D., and Weinberg R.A. (2000) The Hallmarks of caner. Cell 100, 57-70 [3] Hanahan D., and Weinberg R.A. (2011) The Hallmarks of cancer: The next generation. Cell, 144, 646-674 [4] Hafner M., Schmitz A., Grune I, Srivatsan S.G., Paul B., Kolanus W., Quast T, Kremmer E., Bauer I., and Famulok M. (2006) Inhibition of cytohesins by SecinH3 leads to hepatic insulin resistance. Nature, 444, 941-944 [5] Bill A., Schmitz A., Albertoni A, Song J-N., Heukamp L.C., Walrafen D., Thorwirth F., Verveer P.J., Zimmer S., Meffert L., Schreiber A., Chatterjee S., Thomas R.K., Ullrich R.T., Lang T., and Famulok M. (2010) Cytohesins are cytoplasmic ErbB receptor activators. Cell, 143, 201-211 [6] Hosokawa H., Dip P.V., Merkulova M., Bakulina A., Zhuang Z., Khatri A., Jian X., Keating S.M., Bueler S.A., Rubinstein J.L., Randazzo P.A., Ausiello D.A., Gruber G., and Marshansky V. (2013) The N termini of a-subunit isoforms are involved in signaling between vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) and cytohesin-2. J Biol Chem, 288, 5896-5913 [7] Marshansky V., Rubinstein J.L., and Gruber G. (2014) Eukaryotic V-ATPase: Novel structural findings and functional insights. Biochim Biophys Acta, 1837, 857-879 52 Цитохром с выполняет в клетке по меньшей мере две функции: перенос электронов в дыхательной цепи и регуляцию одного из каскадов программируемой клеточной гибели. Кроме того, цитохром с может обеспечивать защиту клетки от активных форм кисло- рода. Как эти функции реализуются в контексте целого организма можно выяснить методами обратной гене- тики, которая позволяет создать уникальные организ- мы (в данном случае, мышей) с полным, частичным или регулируемым дефицитом функции гена. Известно, что полный генетический нокаут цитохрома с ведет к эмб- риональной летальности у мышей. Попытки разделить две главных функции цитохрома с с помощью сайт-на- правленного мутагенеза in vivo дали противоречивые результаты. Нами созданы и исследованы мыши с мута- цией K72W, а также мыши со значительным снижением уровня экспрессии цитохрома с в выбранном виде клеток. Фенотипические особенности таких мышей будут обсуждены в докладе. Обратная генетика в изучении функций цитохрома с С.А. Недоспасов НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, Кафедра иммунологии, Биологический факультет, МГУ им.М.В.Ломоносова Институт молекулярной биологии им.Энгельгардта, РАН E-mail: sergei.nedospasov@gmail.com Секция 5 Ход старения запрограммирован. Как именно и поче- му? Ответ предлагается в новой теории старения. Оставим теломерам теломерное, а мозгу мозгово А.М. Оловников Институт Биохимической физики E-mail: olovnikov@gmail.com Секция 653 Reverse genetics in elucidation of cytochrome c functions Sergey A.Nedospasov Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Department of Immunology, Faculty of Biology, Lomonosov Moscow State University; Institute of Molecular Biology RAS E-mail: sergei.nedospasov@gmail.com Cytochrome c possesses at least two cellular functions: electron transfer in the respiration chain and regulation of one of pro-apoptotic cascades. Additionally, cytochrome c may provide protection against ROS. How these functions are balanced in the context of a living organism may be addressed by reverse genetics through engineering of unique mice with complete, partial or controllable dysfunctions of the gene and its product. Complete knockout of cytochrome c in mice is known to result in embryonic lethality. Attempts to separate two main functions of cytochrome c by site-directed mutagenesis in vivo led to controversial results. We have generated knockin mice with K72W mutation, as well as a panel of mice with significant deficit of cytochrome c in a particular cell type. Phenotypic features of these mice will be discussed. Leave to telomere the telomere’s and to brain the brain’s Alexey M. Olovnikov Institute of Biochemical Physics E-mail: olovnikov@gmail.com The course of aging is programmed. How and why? The answer is offered in the new theory of aging. Section 5 Section 654 Чувствительной к нутриентам киназе mTOR (Target of Rapamycin) придают ключевую роль в клеточном старении и старении организма. Фармакологические вмешательсвта, угнетающие регуляцию этой киназы, увеличивают продолжительность жизни дрожжей, нематод, мух и грызунов. В серии экспериментов мы исследовали влияние метформина (МФ) и рапамицина (Рап) на биомаркеры старения, продолжительность жизни, спонтанный и химический канцерогенез у аут- бредных, инбредных и трансгенных HER-2/neu мышей и крыс. Ингибитор mTOR Рап предотвращал возраст- ное увеличение веса тела, уменьшал скорость старе- ния, увеличивал продолжительность жизни и тормо- зил канцерогенез у трансгенных HER-2/neu мышей, высоко предрасположенных к развитию аденокарци- ном молочной железы. Длительное курсовое введение Рап самкам мышей 129/Sv увеличивало продолжи- тельность их жизни и замедляло развитие новообра- зований У самок мышей SHR МФ замедлял старение и появление опухолей при начале введения препарата с 3-месяччного, но не с 915-месячного возраста. Дли- тельное введение МФ мышам линии 129/Sv уменьшало среднюю продолжительность жизни самцов на 13.4% и несколько увеличивало ее у самок. МФ не оказывал влияния на частоту спонтанных опухолей у взрослых самцов мышей 129/Sv и уменьшал в 3.5 раза частоту злокачественных новообразований у самок. Мышам 129/Sv на 3-й, 5-й и 7-й дни жизни вводили подкожно МФ, что сопровождалось существенным увеличением средней продолжительности жизни на 20% у самцов, тогда как у самок она уменьшалась на 9.1% по срав- нению с контролем. МФ увеличивал СПЖ на 8% и латентный период аденокарцином молочной железы на 13.2% у взрослых мышей - носителей гена HER-2/ neu. Нами также было показаано угнетающее действие фенформина и МФ на развитие опухолей толстой кишки, индуцируемых 1,2-диметилгиразином у крыс, а также на канцерогенез, инуцируемый такими агентами как рентгеновское облучение, N-нитрозометилмоче- вина, 7,12-диметили(а)антрацен, бензо(а)пирен и уре- тан. Результаты наших экспериментов свидетельствуют о перспективности применения метформина и рапа- мицина для профилактики рака и преждевременного старения у челоовека. Угнетение киназы mTOR для профилактики старения и рака Владимир Н. Анисимов НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова Минздрава РФ, Институт цитологии РАН, Песочный-2, Санкт- Петербург 197758 РоссияE E-mail: aging@mail.ru Секция 655 Kinase mTOR inhibition for aging and cancer prevention Vladimir N. Anisimov N.N. Petrov Research Institute of Oncology, St.Petersburg, Russia; E-mail: aging@mail.ru The nutrient-sensing kinase mTOR (Target of Rapamycin) pathway is involved in cellular and organism aging. Pharmacological interventions that inhibit this pathway increase life span in yeast, nematode, flyies and rodents. In a number of experiments we studied the effects of Metformin (MF) and Rapamycin (Rap) on biomarkers of aging, life span, spontaneous and chemically-induced carcinogenesis in outbred, inbred and transgenic HER-2/neu mice and in rats. The mTOR inhibitor Rap prevents agerelated weight gain, decreases rate of aging, increases life span and decreases carcinogenesis in transgenic HER-2/ neu cancer-prone mice. Rap dramatically delayed tumors onset, decreased a number of tumors per animal and tumor size. Lifelong intermittent administration of Rap (every other 2 weeks) extends lifespan in female 129/Sv mice. Rap inhibited age-related weight gain, decreased aging rate, increased lifespan (especially in the last survivors) and delayed spontaneous cancer. In female SHR mice, MF slowed down aging and somewhat postponed appearance of tumors when started at the young and middle but not at the old age. MF improved reproductive function when started at any age. The chronic treatment of adult inbred 129/Sv mice with MF decreased by 13.4% the mean life span of male mice and slightly increased the mean life span of female mice. The treatment with MF failed influence spontaneous tumor incidence in adult male 129/Sv mice and decreased by 3.5 times the incidence of malignant neoplasms in female mice. Male and female 129/Sv mice were s.c. injected with MF at the 3rd, 5th and 7th days after birth. In males, neonatal MF treatment significantly increased the mean life span (+ 20%, p < 0.05) and slightly increased the maximum life span (+3.5%). In females, the mean life span and median in MFtreated groups were slightly decreased (-9.1% and -13.8% respectively, p>0.05) in comparison to controls. Thus, neonatal MF exposure slows down aging and prolongs lifespan in male but not in female mice. MF increased mean life span by 8% and mammary adenocarcinoma (MAC) latency by 13.2% (p<0.05) in transgenic HER2/neu mice. We also have shown that phenformin or MF inhibits 1,2-dimethylhydrazine-induced colon carcinogenesis in rats, X-rays, N-nitrosomethylurea, 7,12-dimethylbenz(a)a nthracene or benzo(a)pyrene-induced mammary carcinomas in rats, cervicovaginal, skin and soft tissue tumorigenesis in mice. These results suggest that both MF and Rap may be useful in prevention of cancer and extension of lifespan when used in rational and appropriate ages, doses and schedules. Section 656 Принятие концепции запрограммированного старе- ния (феноптоза) (1) неизбежно порождает вопрос о том, какие преимущества дает эта программа сооб- ществам, состоящим из стареющих особей? Ряд авто- ров рассматривает старение как «ускоритель эволю- ции» (1, 2). Это, безусловно, разумное предположение нуждается на наш взгляд в определенном дополнении. Мы считаем, что широчайшая распространенность феномена старения объясняется тем, что в определен- ных ситуациях присутствие старых особей становится залогом не только эволюции, но и самого существова- ния популяций. Задачей нашей работы было создание математической модели, позволяющей проиллюс- трировать, что могут существовать ситуации, когда присутствие старых особей обусловливает выживание популяции, в то время как нестареющая популяция в данных условиях полностью гибнет. Логическая основа модели состоит в следующем: 1. Природные популяции живут в условиях неравномерной скорости возобновления ресурсов. 2. При высокой скорости возобновления ресурса популяция стремить- ся достичь максимальной численности. 3. Падение скорости поступления ресурса до нуля может происходить очень быстро (например, в случае засухи) 4. В этих условиях принципиальной для выживания популяции стано- вится способность хотя бы части особей пережить период дефицита ресурса. 5. Быстрое вымирание более слабых старых особей экономит ресурсы для выживания молодых и сильных. Математическая основа модели – использование принципа мультиагентного моделирования, позволя- ющего выявлять глобальные закономерности функци- онирования модели, анализируя поведение ансамбля агентов c известными законами поведения и взаимо- действия с модельной средой и между собой (http:// www.winmobile.biz ). Модель, а также ее подробное описание представ- лены в открытом доступе по адресу http://www. winmobile.biz/star. Основной расчетный параметр - время вымирания (ExtinctionTime, ET), за которое чис- ленность популяции снижается на заданную % долю от исходного размера. Эксперименты in silico подтвер- дили отсутствие фатальных противоречий в наших логических построениях. Присутствие старых особей при включении программы старения в 25-30 лет дает 24-26% прибавку ET. Литература: 1. Скулачев В.П. Что такое «феноптоз» и как с ним бороться? Обзор. 2012 Биохимия 77:7. P. 827-846. 2. Миттельдорф Дж. Дж. Адаптивное старение в контексте эволюционной теории. 2012 Биохимия 77:7. P. 858-870. Старение спасает популяции от вымирания в условиях дефицита ресурсов: эксперименты in silico Владимир А. Чистяков, Юрий В. Денисенко Академия биологи и биотехнологии Южного федерального университета, Ростов-на-Дону, 344090, Россия E-mail: Vladimirchi@sfedu.ru Vladimirchi@yandex.ru Секция 657 Ageing saves populations from extinction under lack of resources conditions: in silico experiments Vladimir А. Chistyakov, Yuiriy V. Denisenko Academy of biology and biotechnology of the Southern federal university, Rostov-on-Donu, 344090, Russia E-mail: Vladimirchi@sfedu.ru vladimirchi@yandex.ru Acceptance of the concept of the programmed ageing (phenoptosis) (1) inevitably causes question regarding which advantages such a program brings to communities consisting of senescent individuals? Some authors consider aging as an “evolution accelerator” (1, 2). This undoubtedly reasonable assumption needs a specific addition from our point of view. We believe that ageing phenomenon being widespread can be explained as following: in certain situations the presence of aged individuals becomes a pre-requisite for not only the evolution but also for the very life of the populations. The problem we are dealing with in the present work is development of a model that would allow one to illustrate existence of the situations when aged individuals’ presence governs population survival, while unaging population would die in such circumstances. The logical basis of the model is the following: 1. Natural populations exist under conditions of uneven rate of resources renewal. 2. A population tends to achieve peak of its size when the rate of resources renewal is high. 3. Decrease in the rate of resources renewal to zero can happen very rapidly, for instance in the case of drought. 4. In the described above cases, ability of at least part of the population to survive a period of the lack of resources becomes crucial. 5. Rapid extinction of the weaker individuals helps to save resources for survival of younger and stronger individuals. Mathematical framework of the model is based on the principle of multi-agent modeling allowing one to reveal holistic rules of the model functioning by means of analysis of the agents’ ensemble behavior in accordance with the known laws of behavior and interaction with the model environment and inter se (http://www.winmobile. biz). The model together with its detailed description are available free of charge at the link http://www.winmobile. biz/star. The main computational parameter is ExtinctionTime (ET) showing the time over which a size of the population decrease at the specified rate from the initial size. Experiments in silico have confirmed absence of the fatal contradiction in our logical constructions. Presence of the aged individuals once the program of ageing has been turned at the age of 25-30 years results in 24-26% addition to the ET. References: 1. Skulachev V.P. What is “phenoptosis” and how to fight it? 2012 Biochemistry (Mosc). 77:7. P.689-706. 2. Mitteldorf J.J. Adaptive aging in the context of evolutionary theory. 2012 Biochemistry (Mosc). 77:7. P.716-725. Section 6Полное название нашего проекта – «Практическое применение ионов Скулачева». В первые годы работы проект был, в основном, сфокусирован на проведении исследований свойств SkQ, изучения механизмов взаи- модействия этих веществ с биологическими система- ми разного уровня, поиска областей применения ми- тохондриальных антиоксидантов. В этом направлении удалось добиться существенных успехов, о чем свиде- тельствуют, например, наукометрические показатели проекта (количество публикаций, индекс их цитирова- ния). Однако «практическое применение» подразуме- вает создание и внедрение в практику лекарственных препаратов на основе SkQ. Для этого необходимо проведение клинических исследований, а в случае их успешности - наладка производства, дистрибуции и маркетинга разработанных лекарств. Для решения этих задач были привлечены существенные объемы инвестиций, сформирована соответствующая команда специалистов, выстроена система управления про- ектом. В результате проекту удалось решить сущест- венную часть поставленных практических задач, и мы располагаем достаточными ресурсами для успешного продолжения проекта и достижения его главной цели: создания новой области биомедицинских технологий - митохондриально-ориентированной фармацевтики, предназначенной для борьбы с возрастными заболе- ваниями и старением как таковым. SkQ за пределами лаборатории: обзор клинических исследований и других результатов создания лекарственных препаратов на основе SkQ М.В. Скулачев, Е.М. Каргер ООО «Митотех» и НИИ Митоинженерии МГУ E-mail: max@mitotech.ru Секция 6SkQ outside laboratories: review of clinical results and other achievements of SkQ drug development. M.V. Skulachev, E.M. Karger Mitotech and Institute of Mitoengineering of Moscow State University E-mail: max@mitotech.ru The full title of our project is “Practical application of Skulachev ions”. At the first stage the project was mainly focused on the studies of SkQ properties, mechanisms of its interaction with different biological systems, areas of applications for mitochondrial antioxidants. This part of the project activity was successful judging from the number of scientific publications and their citation index. However “practical application” means also development and implementation of SkQ-based pharmaceuticals. This task requires clinical studies followed if successful by organization of dug manufacturing, distribution and marketing. To fulfill this task sufficient amount of investments was raised, professional team and management structure were formed. At the moment the project has made a significant progress towards its goal. We believe now that we have enough resources to complete the project mission: to create a new area of biomedical technology – mitochondrially-targeted pharmaceutics aimed on agerelated diseases and ageing in general. Section 660 Патогенные формы персистеров – это дремлющие варианты обычных клеток, которые устойчивы к ан- тибиотикам. У E. coli за образование персистера отве- чает в основном модуль Токсин/Антитоксин (Т/А). ТА модули присутствуют в сильном избытке. У E. coli их 25 и более 80 у туберкулезной палочки. Большинство токсинов вызывает переход в дремлющее состояние, ингибируя синтез белка. Токсин TisB образует ионные каналы, вызывая истощение по pmf и ATФ и отключе- ние функций. Доступные антибиотики убивают путем порчи активных мишеней и не эффективны против дремлющих персистеров. Мы открыли несколь- ко соединений, эффективных против персистеров. Ацилдепсипептид (ADEP), активатор ClpP протеазы, заставляет клетки само перевариваться, убивая пер- систеры in vitro и в модельной системе инфекции на мышиных биопленках. Lassomycin, выделенный из не культивируемой Lentzea убивает персистеров тубер- кулезной палочки путем ингибирования необходимой ей ClpP1P2C1 АТФ-азы и одновременно увеличивает ее общую АТФ-азную активность. Teixobactin, продуци- руемой не культивируемой Eleftheria terrae, является новым ингибитором синтеза клеточной стенки. Он свя- зывается с двумя консервативными мишенями: липи- дом II, предшественником пептидогликана, и пептидом III, предшественником тейхоевой кислоты клеточной стенки. И не отмечено развития резистентной устой- чивости к тейксобактину. Пульсовые дозы тейксобак- тина элиминируют всех персистеров. Выживание и смерть клеток-персистеров Ким Льюис Антимикробный Исследовательский Центр, Северовосточный Университет, Бостон, США E-mail: k.lewis@neu.edu Секция 661 Survival and Death of Persister Cells Kim Lewis Antimicrobial Discovery Center, Northeastern University, Boston, USA E-mail: k.lewis@neu.edu Pathogens form persisters, dormant variants of regular cells which are tolerant to killing by antibiotics. In E. coli, Toxin/antitoxin (TA) modules are largely responsible for persister formation. TAs are highly redundant, there are 25 of them in E. coli and over 80 in M. tuberculosis. Most toxins cause dormancy by inhibiting protein synthesis. The TisB toxin forms an ion channel, causing depletion of pmf and ATP, and shutdown of functions. Available antibiotics kill by corrupting active targets, and are ineffective against dormant persisters. We are developing several anti-persister compounds. Acyldepsipeptide (ADEP), an activator of the ClpP protease, forces the cell to self-digest, killing persisters in vitro and in a mouse biofilm model of infection. Lassomycin isolated from an uncultured Lentzea kills persisters of M. tuberculosis by inhibiting its essential ClpP1P2C1 ATPase and simultaneously increasing its ATPase activity. Teixobactin, produced by an uncultured Eleftheria terrae, is a novel inhibitor of cell wall synthesis. It binds two immutable targets, lipid II, precursor of peptidoglycan, and lipid III, precursor of wall teichoic acid, and there is no resistance development to teixobactin. Pulse-dosing with teixobactin eliminates persisters. Section 662 Диабет является хроническим заболеванием, на ко- торое влияют генетические и экологические (в том числе диета) факторы. Наиболее распространенная форма этого заболевания, сахарный диабет 2 типа, является заболеванием быстро прогрессирующим в процессе старения. Последние данные указывают на потенциальную роль воспаления панкреатических островков, как одного из ключевых фактров в разви- тии сахарного диабета 2 типа. Несмотря на обширные исследования этой проблемы механизмы воспаления в панкреатических островках пока не ясны. Инфор- мация об этих механизмах была в основном получена в условиях in vitro или in situ. В этой связи большую ценность представляют исследования, выполненные в условиях, наиболее приближенных к естественным. Целью данного исследования является неинвазивное с высоким разрешением в условиях in vivo наблю- дение воспаления панкреатических островков при развитии диабета 2 типа с использованием передней камеры глаза. Для достижения этой цели островки поджелудочной железы мыши трансплантируют в переднюю камеру глаза другой мыши. После транс- плантации постоянное неинвазивное наблюдение за функционированием островков, пересаженных в переднюю камеру глаза, выполняется в условиях in vivo с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии, и прослеживается развитие воспаления панкреатических островков в процессе кормления животных диетами с высоким содержанием жиров или высоким содержанием углеводов (условия приводя- щие к сахарному диабету 2 типа) в сравнении с обыч- ной диетой. Это исследование было поддержано грантом С.В. Зай- цева из Европейского фонда по изучению диабета и GlaxoSmithKline. Неинвазивная регистрация вялотекущего воспаления в панкреатических островках в условиях потребления высокоэнергетичкой диеты И. И. Зайцева1 , А. Дикер1 , Эрвин Илигемс1 , Пер-Улоф Бергрен1 и С. В. Зайцев1,2 * 1 Исследовательский центр Luft диабета и эндокринологии им. Рольфа Люфта, Каролинского институт, S-17176 Стокгольм, Швеция 2 Научно-исследовательский институт физико- химической биологии им. А. Н.Белозерского и Факультет биоинженерии и биоинформатики, Московский государственный университет, Москва, 119991, Россия E-mail: Sergei.Zaitsev@ki.se Секция 663 Noninvasive longitudinal live imaging of low grade inflammation in pancreatic islets under conditions of high energy intake Irina I. Zaitseva1 , Andrea Dicker1 , Erwin Iligems1 , Per-Olof Berggren1 and Sergei V. Zaitsev1,2* 1 The Rolf Luft Research Center for Diabetes and Endocrinology, Karolinska Institutet, Karolinska University Hospital, S-17176 Stockholm, Sweden 2 A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology and Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia E-mail: Sergei.Zaitsev@ki.se Diabetes is a chronic disorder initiated by factors of genetic and environmental (including diet) origin. The rate of the most abundant form of this disease, type 2 diabetes, is increasing during aging. Recent evidence points to pancreatic islet inflammation as one of the key players in the development of type 2 diabetes. Despite the extensive research performed within this topic, the mechanisms of inflammation in the pancreatic islets are not yet clear. The information on these mechanisms has been obtained predominantly under in vitro or in situ conditions. However, it is highly valuable to perform such measurements under more in vivo like conditions to provide a basis for interpretation and evaluation of the physiological relevance of in vitro studies. The aim of this study is to cover this niche and, for the first time, to perform noninvasive high-resolution in vivo imaging of pancreatic islet inflammation in type 2 diabetes by using the anterior chamber of the eye as in vivo model for islet cell research. To approach this aim pancreatic islets from a mouse are transplanted into the anterior chamber of the eye of another mouse. After transplantation longitudinal noninvasive in vivo imaging of islets transplanted into the anterior chamber of the eye is performed by using confocal laser scanning microscopy and the development of pancreatic islet inflammation in the course of high-fat, high carbohydrate feeding (conditions leading to type 2 diabetes) is monitored compare to the normal diet. Acknowledgement: This study was supported by the grant to S.V. Zaitsev from the European Foundation for the Study of Diabetes and GlaxoSmithKline. Section 664 Окислительный стресс играет важную роль в пато- генезе незаживающих ран различной этиологии. Мы исследовали заживление кожных ран у старых мышей и у мышей с диабетом (линия db/db). Для выяснения возможной роли активных форм кислорода образуе- мых в митохондриях (митоАФК) при этих патологиях был использован митохондриально-направленный антиоксидант SkQ1. Было показано, что прием SkQ1 ускоряет завершение воспалительной фазы, форми- рование грануляционной ткани, васкуляризацию и эпителизацию ран. SkQ1 стимулирует накопление в ранах миофибробластов — клеток, которые усиленно продуцируют компоненты внеклеточного матрикса и ростовые факторы, способствующие созреванию грануляционной ткани. Подобный эффект SkQ1 мы наблюдали ранее в культуре фибробластов, где он стимулировал миофибробластную дифференцировку. Под действием SkQ1 усиливается продукция цитокина TGFβ, который стимулирует подвижность эндотелиаль- ных клеток, и это, возможно, определяет ускоренный рост сосудов в ранах. Эксперименты in vitro показали, что SkQ1 предотвращает вызванное фактором некроза опухолей (TNF) разрушение адгезионных контактов и последующее повышение проницаемости монослоя эндотелиальных клеток для макромолекул. Прием SkQ1 не снижает повышенный воспалительный статус у старых мышей и мышей с диабетом. Можно полагать, что защита эндотелия от избыточной активации под действием воспалительных цитокинов лежит в основе противовоспалительного действия SkQ1. Полученные результаты указывают на важную роль митоАФК в пато- генезе незаживающих ран. Митохондриально-направленный антиоксидант SkQ1 ускоряет заживление ран у старых мышей и мышей с диабетом Екатерина Н. Попова1,3 , Илья Н. Демьяненко2 , Влада В. Захарова1,3,4 , Ольга П. Ильинская2 , Тамара В. Васильева2 , Валерия П. Ромащенко4 , Артем В. Федоров2 , Василий Н. Манских1,3 , Роман А. Зиновкин1,2,3 , Ольга Ю. Плетюшкина1,3 , Борис В. Черняк1,3 1 НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, 2 Биологический факультет, 3 Институт Митоинженерии, 4 Факультет биоинженерии и биоинформатики, Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова. E-mail: Bchernyak@yahoo.com Секция 765 Mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 improves impaired wound healing in old and diabetic mice Ekaterina N. Popova1,3 , Ilya N. Demyanenko2 , Vlada V. Zakharova1,3,4 , Olga P. Ilyinskaya2 , Tamara V. Vasilieva2 , Valeria P. Romashchenko4 , Artem V. Fedorov2 , Vasily N. Manskikh1,3 , Roman A. Zinovkin1,2,3 , Olga Yu. Pletjushkina1,3 , Boris V. Chernyak1,3 1 Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, 2 Faculty of Biology, 3 Institute of Mitoengineering, 4 Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Lomonosov Moscow State University E-mail: Bchernyak@yahoo.com Oxidative stress is recognized as the important factor of pathogenesis of chronic wounds of various etiologies. To investigate the possible role of mitochondrial reactive oxygen species (mtROS) in this pathology we have applied the mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 to treat impaired dermal wounds in diabetic db/db mice and in aged mice. The SkQ1 treatment resulted in accelerated resolution of the inflammatory phase, formation of granulation tissue, vascularization and epithelization of the wounds. The wounds of SkQ1-treated mice contained increased amount myofibroblasts which produce extracellular matrix proteins and growth factors mediating granulation tissue formation. This effect resembled SkQ1-induced myofibroblast differentiation of fibroblasts observed earlier in vitro. TGFβ produced by SkQ1-treated fibroblasts stimulated motility of endothelial cells in vitro and this effect could underlie pro-angiogenic action of SkQ1 in the wounds. In vitro experiments showed that SkQ1 prevented decomposition of adherens junctions and following increase in permeability of endothelial cells monolayer induced by pro-inflammatory cytokine TNF. Treatment with SkQ1 did not affect the elevated inflammatory status in the both diabetes and aging, so prevention of excessive reaction of endothelium to the pro-inflammatory cytokine(s) probably underlies anti-inflammatory effect of SkQ1. Our findings point to an important role of mtROS in pathogenesis of chronic wounds. Section 766 Согласно теории “воспалительного старения”, старчес- кий фенотип в значительной степени обусловлен про- цессами хронического воспаления. Старению и воспа- лению сосудов сопутствует повышение концентрации провоспалительных цитокинов в крови, что приводит к развитию воспалительных реакции эндотелия. Воз- растное повышение экспрессии молекулы адгезии ICAM1 в аортах 24-месячных мышей полностью отсутс- твовало у животных, длительное время потреблявших SkQ1. В эндотелиальных клетках, обработанных ФНО, SkQ1 снижал экспрессию ICAM1, VCAM, и Е-селектина, а также секрецию ИЛ6 и ИЛ8, предотвращая адгезию нейтрофилов к монослою эндотелия. SkQ1 значитель- но снижал активацию NF-κB, уменьшая фосфорили- рование и протеолитическое расщепление ингиби- торной субъединицы IκBα. SkQ1 также предотвращал вызванную ФНО протеолитическую деградацию VE- кадгерина, основного белка адгезионных контактов, тем самым сохраняя проницаемость эндотелия. Мито- хондриальные разобщители C12TPP и динитрофенол также обладали противовоспалительным действием на клетки эндотелия, действуя, по нашим предвари- тельным данным, через активацию AMPK. Помимо эндотелия, катионные митохондриальные разобщите- ли также снижали вызванную LPS активацию NF-kB у мышиных макрофагов RAW 264.7. Полученные данные свидетельствуют о важной роли митохондриального мембранного потенциала и/или активных форм кисло- рода в регуляции NF-kB и соответствующих воспали- тельных реакций. Молекулярные механизмы противовоспалительного действия SkQ1 Роман А. Зиновкин1 , Анастасия С. Приходько2 , Валерия П. Ромащенко2 , Влада В. Захарова2 , Ольга Ю.Плетюшкина1 , Борис В. Черняк1 и Екатерина Н. Попова1 1 НИИ ФХБ им. А.Н.Белозерского, Московский государственный университет, Москва, 119991, Россия; 2 Факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ, Москва, 119991, Россия. E-mail: roman.zinovkin@gmail.com Секция 767 Molecular mechanisms of anti-inflammatory action of SkQ1 Roman A. Zinovkin1 , Anastastia S. Prikhodko2 , Valeria P. Romaschenko2 , Vlada V. Zakharova2 , Olga Yu. Pletjushkina1 , Boris V. Chernyak1 and Ekaterina N. Popova1 1 A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia; 2 Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia. E-mail: roman.zinovkin@gmail.com According to the “Inflammaging theory” aging phenotype is largely caused by low-grade chronic proinflammatory status. Vascular inflammation and aging are accompanied by increases in circulatory proinflammatory cytokines leading to inflammatory endothelial response. Prolonged treatment of 24-month-old mice with SkQ1 completely abrogated the increase in adhesion molecule ICAM1 expression in their aortas. In endothelial cell culture, SkQ1 attenuated TNF-induced increase in ICAM1, VCAM, and E-selectin expression and secretion of IL-6 and IL-8, and prevented neutrophil adhesion to the endothelial monolayer. SkQ1 significantly reduced NF-κB activation by inhibiting phosphorylation and proteolytic cleavage of the inhibitory subunit IκBα. SkQ1 also prevented TNF-induced proteolytic degradation of VE-cadherin, the major protein of the adhesion contacts, thus preserving endothelial permeability. Unexpectedly, the mitochondrial uncouplers C12TPP and dinitrophenol also possessed similar anti-inflammatory effects on endothelium acting, according to our preliminary data, via AMPK activation. Behind endothelial targets, the cationic mitochondrial uncouplers also attenuated LPS-induced NF-κB activation of the murine macrophages RAW 264.7. The data indicate an important role of mitochondrial membrane potential and/or reactive oxygen species in regulation of the NF-κB pathway and corresponding inflammatory activation. Section 768 Острый пиелонефрит является одной из наиболее рас- пространенных инфекционных болезней мочеполового тракта и причиной последующей почечной недостаточнос- ти. Основным лечением острого пиелонефрита является применение антибиотиков. Однако немаловажными ком- понентами патогенеза пиелонефрита являютя воспаление и дальнейшее повреждение почечной ткани признаны инфильтрация лейкоцитов и выброс ими активных форм кислорода (АФК) во внеклеточное пространство в ответ на бактериальную инвазию. Исходя из этого, мы считаем воспаление и окислительный стресс явлениями, которые также могут быть мишенями для терапевтического воз- действия, и при этом митохондрии будут играть главную роль. В данной работе для определения роли митохондрий в патологии и поиска стратегий уменьшения повреждения почки использовались модели экспериментального пиело- нефрита in vivo и in vitro. Нами было показано, что пиело- нефрит ассоциирован с окислительным стрессом и гибе- лью клеток почки. В модели острого пиелонефрита in vivo отмечено увеличение концентрации лейкоцитов в крови в два раза по сравнению с интактными крысами на 3-й день после инфицирования. Лейкоцитоз коррелировал с ней- трофилией и моноцитозом, тогда как содержание лимфо- цитов не менялось. Лечение митохондриально-направлен- ным антиоксидантом SkQR1 предотвращало повышение в крови общего числа лейкоцитов и их субпопуляций. Мы наблюдали снижение содержания митохондриального бел- ка Bcl-2 и значительное повышение уровня TNFα в ткани почки при пиелонефрите. Все эти изменения уменьшались при лечении SkQR1. В клеточных моделях обнаружено, что хотя бактериальный лизат индуцирует мощную продукцию TNFα лейкоцитами, она тем более выражена при со-куль- тивировании лейкоцитов с клетками почечных канальцев, что указывает на важную роль прямого взаимодействия между клетками почки и лейкоцитами при индукции воспа- лительного процесса. Таким образом, с помощью моделей пиелонефрита in vivo и in vitro мы продемонстрировали ключевую роль окисли- тельного стресса в гибели почечных клеток и поврежде- нии почки. Митохондрии при этих условиях являются как источником АФК, так и их мишенью, а также регуляторами клеточной гибели. Можно заключить, что митохондрия должна быть главной мишенью фармакологического воз- действия. Это подтверждается тем, что гибель клеток почки и смертность животных уменьшались при применении митохондриально-направленного антиоксиданта SkQR1. Следовательно, в дополнение к антибиотикотерапии, пиелонефрит можно лечить с помощью снижения уровня митохондриальных АФК, что сохраняет целостность мито- хондриального аппарата в клетках и уменьшает поврежде- ние почечной ткани. Работа поддержана НИИ Митоинженерии и грантами РФФИ 14-04-00300 и 14-04-00542 Роль митохондрий и окислительного стресса при остром пиелонефрите Плотников Е.Ю. 1 , Моросанова М.А. 2 , Певзнер И.Б. 1 , Зорова Л.Д. 3 , Манских В.Н. 2 , Галкина С.И. 1 , Зоров Д.Б. 1 1 НИИ Физико-химической биологии имени А.Н.Белозерского, 2 Факультет биоинженерии и биоинформатики и 3 Международный Лазерный центр, МГУ имени М.В.Ломоносова. E-mail: plotnikov@genebee.msu.ru Секция 769 Мitochondria and oxidative stress in an acute pyelonephritis Egor Y. Plotnikov1 , Maria A. Morosanova2 , Irina B. Pevzner1 , Ljubava D. Zorova3 , Vasily N. Manskikh2 , Svetlana I. Galkina1 , Dmitry B. Zorov1 1 A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, 2 Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, and 3 International Laser Center, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119992, Russia E-mail: plotnikov@genebee.msu.ru Acute pyelonephritis remains to be one of the most frequent infectious diseases of urinary tract and a leading cause of kidney failure worldwide. Inflammatory response and the accompanying oxidative stress can contribute to kidney tissue damage, resulting in infection-induced intoxication that can become life-threatening. The main approach to treat acute pyelonephritis is antibiotic therapy. However, important component highly contributing to inflammation and further destruction of a renal tissue is infiltration of leukocytes and the extracellular releasing of reactive oxygen species (ROS) as a response to bacterial invasion. Hence we infer the inflammation and oxidative stress phenomena can also be a target for intervention, and mitochondria could be a principal player. In our study, in vitro and in vivo models of experimental pyelonephritis were employed to define the role of mitochondria in this pathology and to find a way to alleviate the kidney damage. We showed that pyelonephritis was associated with the oxidative stress and renal cells death. In the in vivo model of acute pyelonephritis, blood leukocytes concentration 3 days after infection was increased 2-fold compared to the intact animals. Leukocytosis correlated with neutrophilia and monocytosis while lymphocyte content did not change. The treatment with mitochondria-targeted antioxidant SkQR1 prevented an elevation of total leukocytes and subpopulations. We observed the reduced content of mitochondrial Bcl-2 and significantly increased TNFα level in pyelonephritic kidney. All these changes were diminished after SkQR1 treatment. It was revealed that although bacterial lysate induces a robust TNFα production by leukocytes in culture, such a production was even higher after co-cultivation of leukocytes with renal tubular cells which points to the important role of direct interaction between renal cell and leukocytes in the induction of inflammation. Thus with aim of in vitro and in vivo modeling of pyelonephritis we demonstrate the key role of oxidative stress in kidney cells death and renal damaging. Mitochondria under these conditions are both source of ROS, their target and cell death regulators. We conclude that mitochondria are the main target for pharmacological intervention. Importantly, renal cell death and animal mortality were both alleviated by mitochondria-targeted antioxidant SkQR1. These findings suggest that pyelonephritis can be treated by reducing mitochondrial reactive oxygen species and thus by protecting mitochondrial integrity and lowering kidney damage. Supported by Research Institute of Mitoengineering and RFBR grants 14-04-00300 and 14-04-00542 Section 770 В последнее время активно обсуждается роль ассоци- ированных со старением структурно-функциональных изменений митохондрий (М) в возникновении и прогрессии болезни Альцгеймера (БА). Цель исследо- вания - оценка вклада дисфункции М в развитие при- знаков БА у крыс OXYS (1) и влияние на него антиокси- данта SkQ1. Установлено, что структурные аномалии М, гиперфосфорилирование тау белка, потеря синапсов, гибель нейронов в мозге крыс OXYS регистрируются раньше, чем усиленное накопление амилоида бета (Aβ1-42) и его внеклеточных скоплений, которые выяв- ляются позднее и соответствуют необратимым стадиям БА. Прием SkQ1 (250 нмоль/кг/день) с возраста 12 до 18 месяцев повысил способность к обучению и память у крыс OXYS и Вистар (контроль), снизил уровни Aβ 1- 42 и Aβ1-40 в гиппокампе крыс OXYS, подавил гибель нейронов и замедлил снижение плотности синапсов (оценивали по белкам-маркерам синапсин I и PSD-95). Также SkQ1 увеличил количество М и улучшил их уль- траструктурные параметры в гиппокампе. Результаты указывают на то, что замедление ассоциированных со старением структурно-функциональных нарушений М мозга – продуктивный подход к профилактике БА, и подтверждают полученные ранее данные (2) о перс- пективности использования с этой целью SkQ1. Литература: [1] Stefanova NA et al. Senescence-accelerated OXYS rats: A model of age-related cognitive decline with relevance to abnormalities in Alzheimer disease. Cell Cycle. 2014 Mar 15;13(6):898-909. [2] Stefanova NA, Muraleva NA, Skulachev VP, Kolosova NG. Alzheimer’s Disease-Like Pathology in Senescence-Accelerated OXYS Rats can be Partially Retarded with Mitochondria-Targeted Antioxidant SkQ1. J Alzheimers Dis. 2014;38(3):681-94 Митохондриальный антиоксидант SkQ1 подавляет развитие признаков спорадической формы болезни Альцгеймера у крыс OXYS Н.Г.Колосова1,2 , Н.А.Муралева1 , К.Ю.Максимова3 , Е.А.Рудницкая1 , Н.А.Стефанова1 1 Институт цитологии и генетики, Новосибирск, Россия 2 НИИ Митоинженерии МГУ, Москва, Россия 3 Сибирский государственный медицинский университет, Томск, Россия E-mail: kolosova@bionet.nsc.ru или stefanovan@bionet.nsc.ru Секция 771 Sporadic Alzheimer’s disease-like pathology in OXYS rats can be suppresses with mitochondrial-targeted antioxidant SkQ1 Nataliya G. Kolosova1,2, Natalia A. Muraleva1 , Kseniya Yi. Maksimova3 , Ekaterina A. Rudnitskaya1 , and Natalia A. Stefanova1 1 Institute of Cytology and Genetics, Novosibirsk, Russia, 2 Institute of Mitoengineering, Moscow, Russia, 3 Siberian State Medical University, Tomsk, Russia. E-mail: kolosova@bionet.nsc.ru or stefanovan@bionet.nsc.ru There is growing evidence that mitochondrial dysfunction is a significant contributing factor to onset and progression of Alzheimer’s disease (AD). The aim of this study was to understand the contribution of mitochondrial damage in AD pathology and to estimate effect of mitochondrial-targeted antioxidant SkQ1 on the pathological changes in disease in OXYS rats simulating key aspects of the sporadic form of AD (1). We found that an age-dependent increase in the levels of Aβ1–42 and extracellular Aβ deposits in the brain of OXYS rats occur later than do hyperphosphorylation of the tau protein, synaptic losses, neuronal cell death, and mitochondrial structural abnormalities. Based on our results, we theorized that multiple age-associated degenerative processes may precede the toxic accumulation of Aβ, which in turn triggers the final, currently irreversible stage of AD. Treatment with SkQ1 (250 nmol/kg/day from the age of 12 to 18 months) effectively reduced the levels of Aβ1–42 and Aβ1–40 in the hippocampus of OXYS rats. In addition, SkQ1 partially reversed disease-dependent decrease of synaptic density, increased synapsin I and PSD-95 proteins expression, suppressed neuronal cell death, and improved the destructive changes in general organization of mitochondrial ultrastructure. Also, SkQ1 improved the behavioral abnormalities, and deficits in learning and memory in both OXYS and Wistar (control) rats. These findings suggest that potentially AD can be treated by protecting mitochondrial integrity and thus by lowering neuronal and synaptic damage. These results illustrate the role of mitochondrial damage in AD pathogenesis and confirms the shown earlier a therapeutic potential of mitochondria-targeted antioxidant SkQ1. References: [1] Stefanova NA et al. Senescence-accelerated OXYS rats: A model of age-related cognitive decline with relevance to abnormalities in Alzheimer disease. Cell Cycle. 2014 Mar 15;13(6):898-909. [2] Stefanova NA, Muraleva NA, Skulachev VP, Kolosova NG. Alzheimer’s Disease-Like Pathology in Senes- cence-Accelerated OXYS Rats can be Partially Retarded with Mitochondria-Targeted Antioxidant SkQ1. J Alzheimers Dis. 2014;38(3):681-94 Section 772 Cинтетическим путем была получена серия алкиль- ных производных трифенилфосфония, содержащих в структуре линейные углеводородные радикалы: бутил, октил, децил и додецил. В отличие от ряда эфиров родамина 19, где наибольшей активностью обладал бутиловый эфир, в случае Cn-TPP эффект стимуляции дыхания митохондрий монотонно возрастал с ростом длины алкильного радикала. Тетрафенилфосфоний и бутил-TPP разобщающего действия практически не оказывали. Наблюдаемый эффект можно связать с вза- имодействием Cn-TPP с эндогенными жирными кисло- тами и индукцией циклического процесса их перено- са, который приводит к транспорту ионов водорода через мембрану митохондрий. Этот механизм был изучен в системе вытекания карбоксифлуоресцеина из липосом под действием Cn-TPP. Додецил-ТРР, децил- ТРР и октил-ТРР, также как и хиноновый аналог SkQ1, ингибировали рост бактерий Bacillus subtilis, причем их действие росло с ростом липофильности соедине- ний. Эти катионы не оказывали токсического действия на рост бактерии Escherichia coli. Было предположено, что различие в токсическом действии на разных бак- териях может быть связано с различной проницаемос- тью мембран бактерий для исследованных катионов. Литература: [1] Severin FF et al., Penetrating cation/fatty acid anion pair as a mitochondria-targeted protonophore. 2010 Proc Natl Acad Sci U S A. 107:663. [2] Khailova LS et al., A short-chain alkyl derivative of Rhodamine 19 acts as a mild uncoupler of mitochondria and a neuroprotector 2014 Biochimica et Biophysica Acta 1837:1739. Разобщающее и токсическое действие алкилтрифенилфосфониевых катионов на митохондриях и бактериях в зависимости от длины алкильного заместителя Л.С.Хайлова1 , П.А.Назаров1 , Н.В.Сумбатян2 , Т.И.Рокицкая1 , А.М.Фирсов1 , Г.А.Коршунова1 , Ю.Н.Антоненко1 и В.П.Скулачев1 1 НИИ физико-химической биологии им А. Н. Белозерского, Московский Государственный Университет, Москва 119899, Россия; 2 Химический факультет, Московский Государственный Университет, Москва 119899, Россия 3 Институт Митоинженерии, Московский Государственный Университет, Москва 119899, Россия E-mail: antonen@genebee.msu.ru Секция 773 Uncoupling and toxic action of alkyltriphenylphosphonium cations on mitochondria and bacteria as a function of the alkyl chain length Ljudmila S. Khailova1 , Pavel A. Nazarov1 , Natalya V. Sumbatyan2 , Tatyana I. Rokitskaya1 , Alexander M. Firsov1 , Galina A. Korshunova1 , Yuri N. Antonenko1 and Vladimir P. Skulachev1 1 A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia; 2 Department of Chemistry, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia 3 Institute of Mitoengeneering, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia E-mail: antonen@genebee.msu.ru A series of alkyl-triphenylphosphonium cations (Cn-TPP) bearing butyl-, octyl-, decyl-, and dodecyl-groups were synthesized. In contrast to a series of rhodamine 19 alkyl esters exhibiting maximum activity with butyl ester, in the case of Cn-TPP the effect of stimulation of mitochondrial respiration increased with the length of the alkyl chain. Tetraphenylphosphonium and butyl-TPP were practically inactive in this system. The uncoupling effect can be related to the interaction with the endogenous fatty acids and the induction of their cyclic shuttling leading to proton transport across the membrane. This mechanism was verified in a system of carboxyfluorescein leakage from liposomes induced by Cn-TPP. Dodecyl-TPP, decyl-TPP and octyl-TPP, as well as quinone-containing SkQ1, inhibited the growth of the Gram-positive bacteria Bacillus subtilis, the effect being enhanced with the increase in lipophilicity of the compounds. The cations did not suppress the growth of the Gram-negative bacteria Escherichia coli. The difference in the toxicity towards different bacteria could be attributed to a difference in permeability of the bacterial membranes. References: [1] Severin FF et al., Penetrating cation/fatty acid anion pair as a mitochondria-targeted protonophore. 2010 Proc Natl Acad Sci U S A. 107:663. [2] Khailova LS et al., A short-chain alkyl derivative of Rhodamine 19 acts as a mild uncoupler of mitochon- dria and a neuroprotector 2014 Biochimica et Biophysica Acta 1837:1739. Section 774 Нейропротекторное действие митохондриально-на- правленного антиоксиданта SkQR1 исследовали на модели фокальной травмы сенсоромоторной коры головного мозга, на модели повреждения бета-амило- идом (Абета) длительной потенциации (LTP) в срезах гиппокампа, вида синаптической пластичности, свя- занной с памятью и обучением и модели нарушения памяти крыс стрептозотоцином. Было показано, что ежедневное внутрибрюшинное введение SkQR1 после травмы или стрептозотоцина уменьшает вызванный травмой неврологический дефицит и зону поражения коры головного мозга, а также достоверно снижает индуцированное стрептозотоцином нарушение памя- ти, что было определено в тесте “пассивного избега- ния”. Единичное введение более высокой дозы SkQR1 предотвращало негативное действие Абета на LTP и достоверно увеличивало LTP амплитуду популяцион- ного спайка в гиппокампе контроля, кроме того, жи- вотные, получившие SkQR1 обладали лучшей памятью в тесте “пассивного избегания”. Полученные результаты позволяют предположить, что SkQR1 можно рассматривать как перспективного кандидата для лечения последствий травмы головного мозга и ранних стадий болезни Альцгеймера. Митохондриально-направленный антиоксидант SkQR1 оказывает позитивное действие на память и травматическое повреждение головного мозга Н. К. Исаев1,2 , Е.В. Стельмашук2 , Н.А. Капай2 , О.В. Попова2 , А.В. Ставровская2 , Н.Г. Ямщикова2 , А.С. Ольшанский2 , В.Г. Скребицкий2 1 МГУ им. М.В. Ломоносова , НИИ физико- химической биологии им. А.Н. Белозерского 119991 Москва; 2 ФГБУ «Научный центр неврологии» РАМН, Москва, Волоколамское шоссе 80, 125367 Москва, Россия E-mail: isaev@genebee.msu.ru Секция 775 Mitochondria-targeted antioxidant SkQR1 has positive effect on memory and traumatic brain injury of rats N. K. Isaev1,2 , E.V. Stelmashook2 , N.A. Kapay2 , O.V. Popova2 , A.V. Stavrovskaya2 , N.G. Yamshchikova2 , A.S. Ol’shanskii2 , V.G. Skrebitsky2 1 Lomonosov Moscow State University, Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Vorobyevy Gory 1, Moscow 119992, Russia. 2 Research Center of Neurology, Russian Academy of Medical Sciences, Volokolamskoe Shosse 80, 125367 Moscow, Russia E-mail: isaev@genebee.msu.ru A protective effect of a mitochondria-targeted antioxidant SkQR1 was studied in models of focal trauma of rat brain sensorimotor cortex, amyloid-beta (Abeta)-induced impairment of hippocampal longterm potentiation (LTP), a kind of synaptic plasticity associated with learning and memory and streptozotocin-induced memory impairment. It was found that daily intraperitoneal injection of SkQR1 after trauma or streptozotocin treatment improves performance in a test characterizing neurological deficit, decreases the damaged cortical zone and significantly attenuated streptozotocin-induced memory impairment which was evaluated by behavioral test “passive avoidance”. Single intraperitoneal injection into the rat of SkQR1 abolishes the deleterious effect of Abeta on LTP, significantly increases of long-term potentiation amplitude of the population spike in pyramidal layer of the CA1 field of the hippocampus and the animals treated by SkQR1 performed better results in the behavioral tests «passive avoidance. Our results suggest that SkQR1 may be considered as a promising candidate for the treatment of traumatic brain injury and early-stage Alzheimer’s disease. Section 776 В отличие от большинства фосфолипидов, кардиолипин(КЛ) является единственным в своей уникальности липидом, локали- зованным в основном во внутренней мембране митохондрий. Наличие кардиолипина определенной структуры и в достаточ- ном количестве имеет решающее значение для функциониро- вания протеолипидных суперкомплексов митохондриальной дыхательной цепи и всей клеточной биоэнергетики, кроме того, его биологические функции, как полагают, зависят от состава его ацильных цепей, среди которых преобладает линоленовая кислота. В результате многолетних исследований было выяв- лено, что для сохранения нативной структуры КЛ процесс его постоянного ремоделлинга с участием ацилтрансфераз гораз- до важнее, чем даже его биосинтез denovo. С другой стороны, относительно недавно было показано, что при нарушении ремоделлинга КЛ происходит накопление его определенных форм, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами. Оказалось, что образование таких форм КЛ, способных к учас- тию в пероксидазных реакциях, рядом с сайтами повышенной продукции активных форм кислорода (АФК), вызывает окисли- тельный стресс и последующую дисфункцию митохондрий. На базе этих наблюдений была сформирована гипотеза о митохон- дриальной дисфункции, развивающейся при нарушении ремо- деллинга и накоплении определенных форм КЛ. При дисбалансе активности про- и антиоксидантных систем на базе острой или хронической митохондриальной дисфункции и перманентного окислительного стресса происходит манифестация патологий оксидативного генеза, таких как нейродегенеративные заболе- вания, мышечная недостаточность и дистрофия, а также наруше- ния метаболического характера, такие как ожирение, диабет и др. В модели преждевременного старения мутантных мышей, дефи- цитных по зрелому ферменту, отвечающему за коррекцию поли- меризации мтДНК, ускоренное накопление мутаций в мтДНКпри отсутствии их репарации приводит к появлению субъединиц дыхательной цепи со случайными аминокислотными заменами. В результате этого неправильно свернутые субъединицы наруша- ют нормальную сборку комплексов дыхательной цепи, которые подвергаются ускоренной деградации. Развивается порочный круг, приводящий к повышенному обороту митохондриальных белков и быстрому истощению клеточных ресурсов белок-син- тезирующих систем на фоне падения репаративных возможнос- тей антиоксидантных защитных систем в условиях повышенной продукции АФК. На данной модели нами было показано, что на фоне долговременного введения в рацион мутантных и конт- рольных мышей митотропного хинона SkQ1происходило повы- шение уровня кардиолипина в митохондриях как дикого, так и мутантного типа мышей. Мы предполагаем, что хроническое введение SkQ1у мышей подавляет нарушения содержания и состава кардиолипина - это может быть причиной увеличения стабильности дыхатель- ных комплексов в мембранах митохондрий мышей с мутантной мтДНК, и последующей задержки в развитии фенотипа их пре- ждевременного старения. В данной работе нами представлены суммарные данные и последние достижения в области исследо- вании молекулярных механизмов, приводящих к накоплению па- тологических форм КЛ с целью найти недостающее звено между окислительным стрессом и митохондриальной дисфункцией в метаболических заболеваниях и при старении. Кардиолипин как мишень митотропных хинонов в коррекции патологических проявлений при старении и заболеваниях оксидативного происхождения М.Ю. Высоких НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского,МГУ имени М.В.Ломоносова, Москва, Россия E-mail: mikhail.vyssokikh@gmail.com Секция 777 Cardiolipin as a target of mitotropicquinones under oxidative stress in age and disease Vyssokikh Mikhail Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia E-mail: mikhail.vyssokikh@gmail.com Among other phospholipids cardiolipin (CL) is single that localized essentially in inner mitochondrial membrane and its presence and correct structure is crucial for running of mitochondrial bioenergetics. Moreover, its biological functions are thought to depend on composition of its acyl chains, dominated by linoleic acids. From long history of CL studies it is known that remodeling process with participation of acyltransferases much more essential for lipid structure and intactness than its de novo biosynthesis. From other side, recently we knew that generation of some CL species causes oxidative stress and mitochondrial dysfunction belongs mainly to remodeling and homeostasis of mature CL enriched by polyunsaturated fatty acids located nearby ROS production sites. Therefore, hypothesis of mitochondrial dysfunction based on pathological remodeling of CL and prevalence of abnormal CL species has been implicated for description of etiology of diseases, characterized by oxidative stress and commonly associated with diabetes, obesity, heart failure, neurodegeneration and muscle dystrophy. In mtDNA mutator mice model of premature aging, the expression of mutated mtDNA-encoded respiratory chain subunits with random amino acid substitutions and incorrectly folded subunits are prevent proper assembly of the respiratory chain complexes. Improperly assembled respiratory complexes will be unstable and subjected to an increased mitochondrial protein turnover and responsible for subsequent vicious cycle of oxidative stress, macromolecules damage and its insufficient repair at excess of ROS production and deficiency of antioxidant protective system. In vivo treatment of mice with SkQ1 led to the increased level of cardiolipin in mitochondria of both WT and mutator mice. We suggest that SkQ1suppressed impairment in cardiolipin content/structure. This event may be the reason for the increase of assembled respiratory complexes stability in mtDNA mutator mice treated with SkQ1 and subsequent delay in its premature ageing phenotype development. Herein we summarize recent achievements in studies of molecular mechanisms conducted with pathological CL remodeling with an aim to find a missing link between oxidative stress and mitochondrial dysfunction in metabolic diseases and aging. Section 778 Колыбель Homo sapiens находилась в экваториальных плоскогорных регионах восточной Африки. Здесь он нашёл все необходимые условия жизни: легко до- ступные источники питания, подходящий интервал температуры и высокую интенсивность солнечной радиации, включая УФ-В радиацию. При миграции по континентам Homo sapiens предпочитал плодород- ные регионы нашей Земли, в широтах от -400 до +400 . Исключение составляет лишь Европа, где человек продвигался до широты 600 N. Сюда манил его мягкий климат, обусловленный теплым морским течением Гольфстрим. Однако, в таких высоких широтах только небольшая часть УФ-В-радиации достигает повер- хности Земли. В результате этого в коже человека образуется значтельно меньше холекальциферола (известного как витамин Д3). Дефицит этого гормона стал ещё большей проблемой при переходе человека от охотника к земледельцу и усилился с развитием цивилизации. Хотя человек может удовлетворить свою потребность в витамине Д через пищу, но в лучшем случае на 10-20% (1). И это не осталось без последс- твий для здоровья человека. Он существует более или менее хорощо в этих условиях. Как можно улучшить это положение, чтобы он мог жить оптимально? Литература: [1] Гёринг Х, Кожухова С: Витамин Д – гормон солнца. А если солнечного света недостаточно? 2015 Биохимия (в печати). УФ-пояс Земли и его значение для здоровья людей Хорст Геринг1 1 Göring Consulting, Mahlsdorfer Strasse 91, De-12555 Berlin, Germany E-mail: horst-goring@online.de Секция 879 The UV belt of the Earth and its implication for peoples health Horst Göring1 1 Göring Consulting, Mahlsdorfer Strasse 91, De-12555 Berlin, Germany E-mail: horst-goring@online.de The cradle of Homo sapiens has been in the equatorial high plains of East Africa. There he found necessary and sufficient conditions for his life: readily available food resources, a suitable interval of temperature and high intensity of sun radiation including UV-B radiation. When he migrated to different continents he preferred fertile regions within the range of -400 to +400 of latitude. There is one exception: Europe. Here people are living in relatively high density at a latitude of 600 N. They were lured here by the moderate climate provided by the warm water of the Gulf Stream. However, at this high latitude only a very low part of UV-B radiation is reaching the earth surface. As a consequence much less cholecalciferol (known as Vitamin D3) can be synthesized in the skin of men. Deficiency in this hormone became an even bigger problem when men changed from being a hunter to becoming a farmer and with all the pressures in his dress code and behavior that civilization imposed at him. Vitamin D can be acquired through food, it covers only 10-20% of his entire need (1). This could not be without consequences for his health. He survives more or less well, but how could the situation be improved for an optimal life of the individual? References: [1] Goring H, Koshuchowa S: Vitamin D – the sun hormone. Life in environmental mismatch. 2015 Biochemistry (Moscow), in press Section 880 Митохондриально-направленные хиноны SkQ, обла- дающие свойствами антиоксидантов, накапливаются в митохондриях клеток гороха. SkQ1 и SkQ3 подавляли самопроизвольное или индуцированное менадио- ном образование активных форм кислорода в клетках эпидермиса гороха, измеряемое по флуоресценции дихлорфлуоресцеина. SkQ1, SkQ3 и SkQR1 в наномо- лярных концентрациях предотвращали гибель эпи- дермальных и устьичных клеток гороха, вызванную хитозаном или KCN и регистрируемую по разрушению клеточных ядер. Защитный эффект SkQ1 снимался протонофорным разобщителем. SkQ1 в повышенных (микромолярных) концентрациях подавлял выделение О2 освещенными хлоропластами, действуя подобно феназинметосульфату, переключающему нецикличес- кий перенос электронов в циклический режим. SkQ1 стимулировал дыхание митохондрий, предположи- тельно оказывая разобщающее действие. Бактери- альный липополисахарид, подобно хитозану, вызывал гибель эпидермальных клеток гороха, которая подав- лялась SkQ1. SkQ1 замедлял старение и гибель лис- тьев Arabidopsis thaliana, влиял на структуру урожая и повышал урожайность пшеницы. Митохондриально-направленные хиноны SkQ подавляют образование активных форм кислорода и защищают клетки растений от запрограммированной гибели В.Д. Самуилов1 , Д.Б. Киселевский1 , Е.В. Дзюбинcкая1 , Л.А. Васильев1 , А.А. Шестак1 , И.Ф. Ионенко2 , Ф.Д. Самуилов3 1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, 119991 Москва; 2 Институт биохимии и биофизики КазНЦ РАН, 420111 Казань; 3 Казанский государственный аграрный университет, 420015 Казань E-mail: vdsamuilov@mail.ru Секция 881 Mitochondria-targeted quinones SkQ suppress reactive oxygen species production and protect plant cells against programmed death V.D. Samuilov1 , D.B. Kiselevsky1 , E.V. Dzyubinskaya1 , L.A. Vasil’ev1 , A.A. Shestak1 , I.F. Ionenko2 , F.D. Samuilov3 1 Faculty of Biology, Lomonosov Moscow State University, 119991 Moscow, Russia; 2 Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 420111 Kazan, Russia; 3 Kazan State Agrarian University, 420015 Kazan, Russia E-mail: vdsamuilov@mail.ru Mitochondria-targeted quinones with antioxidant properties accumulate in the mitochondria of pea cells. In our studies on the fluorescence of dichlorfluorescein, SkQ1 or SkQ3 suppressed the spontaneous or menadione-induced formation of reactive oxygen species in the cells of the pea epidermis. SkQ1, SkQ3, or SkQR1 at nanomolar concentrations prevented the chitosan- or KCN-induced death of epidermal or guard pea cells; this fact was established by monitoring the destruction of cell nuclei. The protective effect of SkQ1 was abolished by a protonophoric uncoupler. SkQ1 at still higher (micromolar) concentrations inhibited O2 evolution in illuminated chloroplasts, in an analogy to phenazine methosulfate that switches the non-cycliс electron transfer to the cyclic mode of operation. SkQ1 stimulated the respiration of mitochondria, presumably, by producing an uncoupling effect. Similar to chitosan, bacterial lipopolysaccharide caused the death of epidermal pea cells, and this effect was prevented by SkQ1. SkQ1 slowed down the aging and the death of Arabidopsis thaliana leaves. It increased the wheat crop yield and influenced the yield formula. Section 882 Состояние гетероплазмии характеризуется наличием в клетках нескольких форм митохондриальной ДНК (мтДНК) и сопряжено с развитием наследственных заболеваний человека и старением. Мы искали спосо- бы предотвращения клональной экспансии мутантной мтДНК на модельном объекте – пекарских дрожжах Saccharomyces cerevisieae. Мы скрещивали штаммы дрожжей, один из которых содержит функциональную мтДНК, а другой – мутантную, Мутантная мтДНК вытес- няла мтДНК дикого типа в образовавшихся диплоид- ных клетках. Мы обнаружили, что проведение такого скрещивания в присутствии анионных разобщителей, но не ингибиторов митохондриальных ферментов или катионного разобщителя додецилтрифенилфосфония, приводило к увеличению процента образовавшихся диплоидных клеток, сохранивших мтДНК дикого типа. Подавление синтеза белка Dnm1p, играющего ключе- вую роль в процессе деления митохондрий, или бел- ка Atg32p, участвующего в селективной деградации митохондрий, предотвращало эффект разобщителей. Мы считаем, что действие анионных разобщителей связано с необратимым снижением трансмембранно- го потенциала митохондрий, содержащих мутантную мтДНК, что способствует их селективной деградации. Таким образом анионные разобщители могут препятс- твовать экспансии мутантных форм мтДНК. Разобщители препятствуют распространению мутантной митохондриальной ДНК в гетероплазмичных клетках Saccharomyces cerevisiae Юлия Караваева, Екатерина Смирнова, Святослав Соколов, Федор Северин, Дмитрий Кнорре НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского, МГУ имени М.В.Ломоносова, 119991, Москва, Россия E-mail: knorre@belozersky.msu.ru Секция 883 Uncouplers prevent clonal expansion of mutant mitochondrial DNA in heteroplasmic Saccharomyces cerevisiae cells Iuliia E. Karavaeva, Ekaterina A. Smirnova, Svyatoslav S. Sokolov, Fedor F. Severin, Dmitry A. Knorre A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia E-mail: knorre@belozersky.msu.ru Heteroplasmy is a state characterized by the presence of non-identical mitochondrial DNA (mtDNA) molecules in a single cell. Heteroplasmy is associated with a number of pathologies including some aging-related diseases. Here we searched for the ways to prevent clonal expansion of mutant mtDNA in yeast cells. We mated strains, carrying normal and non-functional mtDNA to produce heteroplasmic diploid cell. In such cells mutant mtDNA eventually displaced the wild type one. We found that anionic uncouplers, but neither respiratory chain inhibitors nor cationic mild uncoupler dodecyltriphenylphosphonium, were able to prevent such displacement. Furthermore, we showed that the effect of uncouplers was much lower in the strains with suppressed DNM1 (a key protein in mitochondrial fission process) or ATG32 which is indispensable for mitophagy. We argue that anionic uncouplers decrease the transmembrane potential of mitochondria containing mutant mtDNA to the extent sufficient to induce their selective degradation. Our data suggest that anionic uncouplers can be used to prevent the clonal expansion of egoistic mtDNA. Section 884 Комплексы I, III IV митохондриальной дыхательной цепи объединяются в структуры более высокого порядка, именуемые суперкомплексами (СК). Ранее, используя в качестве модели дрожжевые клетки, мы выявили роль фосфолипида кардиолипина (КЛ) в фор- мировании дыхательных СК. В дальнейшем разными другими группами было получено множество экспе- риментальных данных, продемонстрировавших, что в целом ряде заболеваний, включая синдром Барта, нейродегенеративные патологии, сердечную недо- статочность, а также в процессе старения, снижение уровня СК в митохондриях наблюдается параллельно со снижением уровня КЛ. В наших исследованиях с использованием электронной криомикроскопии и анализа индивидуальных изображений частиц, мы получили трехмерную структуру дрожжевого СК, со- стоящего из одного комплекса III и двух комплексов IV. Структура характеризуется значительными расстояни- ями между обращенными друг к другу поверхностями трансмембранных доменов индивидуальных комп- лексов. Этот результат находится в хорошем соот- ветствии с результатами ионной масс-спектроскопии, выявившей большой избыток КЛ в СК по сравнению с количеством прочносвязанного КЛ в индивидуальных комплексах III и IV. Мы реконструировали дрожжевой СК из изолированных комплексов III и IV в липосомах, содержащих КЛ. Ни один другой анионный фосфо- липид не был так эффективен как КЛ в поддержании этого процесса. Мы заключили, что КЛ, связанный в центрах на экспoнированных в мембрану поверхнос- тях индивидуальных комплексов дыхательной цепи, необходим для образования СК. Литература: [1] Mileykovskaya, E., and W. Dowhan: Cardiolipin-dependent formation of mitochondrial respiratory supercomplexes. 2014 Chem Phys Lipids 179:42. [2] Mileykovskaya, E., P. A. Penczek, J. Fang, V. Mallampalli, G. Sparagna, and W. Dowhan: Arrangement of the respiratory chain complexes in Saccharomyces cerevisiae supercomplex III2IV2 revealed by single particle cryo-electron microscopy. 2012 J Biol Chem 287: 23095. Кардиолипин и супрамолекулярная организация дыхательной цепи митохондрий Е.И. Милейковская Медицинская Школа Университета Техаса, Хьюстон 77030, США E-mail: Eugenia.Mileykovskaya@uth.tmc.edu Секция 885 Cardiolipin and supramolecular organization of the mitochondrial respiratory chain Eugenia I. Mileykovskaya University of Texas, Medical School at Houston 77030 USA E-mail: Eugenia.Mileykovskaya@uth.tmc.edu The mitochondrial respiratory chain Complexes I, III, and IV associate into higher order structures termed supercomplexes (SCs). Our earlier studies on the yeast model system established the role of phospholipid cardiolipin (CL) for the respiratory SC formation. Subsequently, a significant amount of data have been accumulated by different groups demonstrating that in many diseases, including Barth syndrome, neurodegenerative disorders, heart failure, cancer and also in aging, the decrease in the levels of the respiratory SCs is associated with reduced levels of CL. Recently, using cryo-electron microscopy and single particle analysis we obtained the 3D structure of the yeast SC composed of one Complex III and two Complexes IV. The structure shows spaces between transmembrane domains of individual complexes at their interfaces. This is consistent with the large excess of CL in the SC over the tightly bound CL in the complexes III and IV as determined by the electrospray ionization mass spectrometry. We performed the reconstitution of yeast SC from the purified complexes III and IV in CL-containing liposomes. No other anionic phospholipid was as effective as CL in supporting SC formation. We concluded that CL, bound in the sites located at membrane-exposed surfaces of the individual respiratory complexes, is required for the SC formation. References: [1] Mileykovskaya, E., and W. Dowhan: Cardiolipin-dependent formation of mitochondrial respiratory supercomplexes. 2014 Chem Phys Lipids 179:42. [2] Mileykovskaya, E., P. A. Penczek, J. Fang, V. Mallampalli, G. Sparagna, and W. Dowhan : Arrangement of the respiratory chain complexes in Saccharomyces cerevisiae supercomplex III2IV2 revealed by single particle cryo-electron microscopy. 2012 J Biol Chem 287: 23095. Section 886 Хорошо известно, что митохондрии играют важную роль в таких клеточных процессах, как апоптоз, не- кроз, реакция на стресс, пролиферации и диффе- ренцировка. В последние годы активно изучаются механизмы контроля качества этих органелл и, прежде всего, роль в этом процессе аутофагии. Значительные успехи достигнуты в изучении механизмов узнавания поврежденных органелл и селективной аутофагии ми- тохондрий («митофагии»). Митохондрии обычно рас- сматриваются как пассивные участники этого процес- са, однако нами было обнаружено, что ингибирование комплекса III дыхательной цепи подавляет как общую аутофагию, так и митофагию. Механизм подавления аутофагии связан с нарушением биосинтеза фосфо- липидов, который зависит от синтеза пиримидиновых нуклеотидов при участии митохондриального фер- мента дигидрооротатдегидрогеназы. Активность этого фермента падает при остановке окисления коэнзима Q в комплексе III дыхательной цепи. Подавление ауто- фагии при ингибировании комплекса III дыхательной цепи не предотвращает элиминацию митохондрий при их массовом повреждении с помощью разобщи- телей окислительного фосфорилирования. Получен- ные нами результаты указывают на то, что в этих усло- виях может активировать альтернативный механизм уничтожения поврежденных митохондрий – митоптоз. Этот механизм, включающий образование плотных кластеров митохондрий и их последующий выброс из клетки, был описан нами ранее. Митохондрии как регуляторы аутофагии К.Г. Лямзаев, А.В. Токарчук, А.A. Пантелеева, Б.В. Черняк НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского, МГУ имени М.В.Ломоносова, 119991, Москва, Россия E-mail: Lyamzaev@gmail.com Секция 887 Mitochondria as regulators of autophagy K.G. Lyamzaev, A.V. Tokarchuk, A.A. Panteleeva, B.V. Chernyak A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia E-mail: Lyamzaev@gmail.com It is well known that mitochondria play an important role in such cellular processes as apoptosis, necrosis, stress responses, cell proliferation and differentiation. Recently, quality control mechanisms of these organelles are actively studied, paying special attention to the role of autophagy there. The work is mainly focused on the mechanism of recognition of damaged organelles, their selection and recycling through autophagy. Significant progress has been made in the study of the mechanisms of recognition of damaged organelles and selective autophagy of mitochondria (“mitophagy “). Mitochondria are usually regarded as passive members of this process, but we have found that inhibition of respiratory chain complex III inhibits both general autophagy and mitophagy. The mechanism of suppression of autophagy involves a violation of the biosynthesis of phospholipids, which depends on the synthesis of pyrimidine nucleotides, with the participation of the mitochondrial enzyme dihydroorotate dehydrogenase. The activity of this enzyme decreases with inhibition of coenzyme Q oxidation in the complex III of the respiratory chain. Inhibition of autophagy by myxothiazol does not prevent elimination of mitochondria damaged by uncouplers. Our results indicate that in these conditions can be activated an alternative mechanism for the elimination of damaged mitochondria - mitoptosis. This mechanism involves the formation of dense clusters of mitochondria and subsequent release them from the cell. Section 888 В наших исследованиях мы показали, что добавление перекиси водорода или индуктора образования ак- тивных форм кислорода (АФК) антимицина А к куль- туре клеток вызывает повышение уровней мРНК для генов aox1a, ant, и pump. Аналогично увеличение транскрипции этих генов наблюдается для зеленых растений при пониженных температурах. Следует также отметить, что в культуре клеток томата ATP/ADP антипортер индуцировался уже при низкой концент- рации перекиси, а при более высоких концентрациях Н2 О2 резко выросло содержание мРНК для разобщаю- щего белка. Оба эти перносчика способны к индуци- рованному жирными кислотами разобщению дыхания и окислительного фосфорилирования при адаптации растений к холоду, но конституитивно экспрессируе- мый антипортер активируется, а разобщающий белок оказывается вовлеченным в процесс разобщения только при значительных повреждениях клетки. Со- гласно представленных результатов, в случае окисли- тельного стресса белки AOX и NDB коэкспрессируются в тканях томата, а активные формы кислорода служат в качестве вторичных мессенджеров их коэкспрессии. Гипотеза о том, что несопряженная альтернативная оксидаза митохондрий растений действует как анти- оксидант обороны механизма, была подтверждена в наших экспериментах на изолированных митохонд- риях из семядолей проростков сои и гороха. Было показано, что ингибиторы AOX салицилгидроксамат и пропилгаллат сильно стимулировали образование Н2 О2 этими митохондриями. Делается заключение, что в условиях стресса наблю- дается резкое увеличение концентрации АФК. Такой «окислительный взрыв» играет роль вторичного мес- сенджера для индукции не только антиоксидантных ферментов, но также белков, участвующих в свобод- ном (несопряженном и разобщенном) дыхании. Ак- тивация этих путей приводит к резкому ограничению производства АФК и предотвращает окисление кле- точных компонентов и снижение митохондриального мембранного потенциала. Этот механизм обратной связи является важным стратегии общей устойчивости растений к абиотическому и биотическому стрессу. Это исследование было поддержано Министерством образования и науки Российской Федерации (Госу- дарственное задание № 6.149.2014/K). Активные формы кислорода являются эффективными вторичным мессенджером для индукции несопряженного дыхания В. Н. Попов Воронежский государственный университет, 394006, г. Воронеж, Россия E-mail: pvn@bio.vsu.ru Секция 889 Reactive oxygen species are effective secondary messengers for induction of the noncoupled respiration V.N. Popov Voronezh State University, 394006, Voronezh, Russia E-mail: pvn@bio.vsu.ru In our research we have demonstrated that the addition of hydrogen peroxide or ROS-inducer antimycin A to cell culture causes an increase in mRNA levels of aox1a, ant, and pump. This is similar to the increase of transcription of these genes in cold-treated green plants. It should also be noted that in tomato cell culture the ATP/ADP antiporter was induced at low peroxide concentrations, but at higher Н2 О2 concentrations the content of the uncoupling protein mRNA grew abruptly. Both of these carriers are capable of fatty acid-induced uncoupling of respiration and oxidative phosphorylation during adaptation of plants to cold, but it seems that the constantly expressed antiporter is activated first, and then the uncoupling protein gets involved in uncoupling process when the cell is considerably damaged. According to presented results, in the case of oxidative stress, AOX and NDB are coexpressed in tomato plant tissues, and the active oxygen forms serve as the secondary messengers of their coexpression. At the same time the hypothesis that the noncoupled alternative oxidase of plant mitochondria operates as an antioxidant defence mechanism has been confirmed in our experiments on isolated soybean and pea cotyledon mitochondria. It was shown that inhibitors of AOX, salicylhydroxamate (SHAM) and propyl gallate strongly stimulate Н2 О2 production by these mitochondria. Finally we propose that stress conditions cause oxidative burst accompanied by the dramatic increase of ROS concentration. Such oxidative burst plays a role as a secondary messenger for expression not only of the antioxidative enzymes, but also of the proteins involved in free (noncoupled and uncoupled) oxidation pathways. Activation of these pathways causes rapid limitation of ROS production and prevents oxidation of the ETC components and decrease of the mitochondrial membrane potential. This feedback mechanism represents an important strategy of general plant resistance to abiotic and biotic stress. This study was supported by Russian Federation Ministry of Education and Science (State Task No 6.149.2014/K). Section 890 В своей ранней истории жизнь, по-видимому, зависе- ла от пирофосфата, а не АТР как источника энергии. Уже почти 50 лет известна древняя мембранная пи- рофосфатаза (Н+-РРаза), открытая Х. и М. Балтчеффски в бактериях и сопрягающая гидролиз пирофосфата с активным транспортом Н+ в прокариотах, растениях и простейших, но не в грибах и животных. Мембранную пирофосфатазу принято считать вспомогательным устройством, мобилизующим энергию пирофосфата для выживания в условиях стресса. В наших работах была обнаружена эволюционно родственная и широ- ко распространенная в прокариотах Na+-зависимая пирофосфатаза, которая транспортирует и Na+ и Н+ при физиологических концентрациях Na+ (Na+,H+-РРа- за) (1). Кроме того, была открыта Na+-РРаза, которая транспортирует Na+ и Н+ при субфизиологических концентрациях Na+, но только Na+ при его физиологи- ческих концентрациях (2). Будучи простым однодомен- ным белком, мембранная пирофосфатаза представ- ляет очень удобную модель для понимания основных принципов транспорта Na+ и его связи с транспортом Н+ (3). Недавно определенные трехмерные структуры Н+- и Na+-пирофосфатаз создают хорошую основу для выяснения механизмов сопряжения и эволюции кати- онной специфичности в мембранных пирофосфатазах. Литература. [1] Luoto H., Baykov A. A., Lahti R., Malinen A. M. (2013) Membrane-integral pyrophosphatase subfamily capable of translocating both Na+ and H+. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 110, 1255–1260. [2] Luoto H.H., Nordbo E., Baykov A. A., Lahti R., Malinen A. M. (2013) Membrane Na+-pyrophosphatases can transport protons at low sodium concentrations. J. Biol. Chem. 288, 35489–35499. [3] Baykov A. A., Malinen A. M., Luoto H. H., Lahti R. (2013) Pyrophosphate-fueled Na+ and H+ transport in prokaryotes. MMBR, 77, 267–276. Мембранная пирофосфатаза: все еще «новый переносчик» А. А. Байков Институт физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва 119991 E-mail: baykov@genebee.msu.ru91 Membrane pyrophosphatase: still a new transporter Alexander A. Baykov Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow, 119991, Russia E-mail: baykov@genebee.msu.ru The early history of life appeared to depend on pyrophosphate rather than ATP as the source of energy. Ancient membrane pyrophosphatase (PPase), discovered in bacteria by H. and M. Baltscheffsky nearly 50 years ago, have long been known to couple pyrophosphate hydrolysis to active H+ transport in prokaryotes, plants, and protists (H+-PPase), but not found in animals or fungi. The popular view is that membrane PPases are auxiliary devices that mobilize PPi energy to facilitate survival under stress conditions. Our studies have identified evolutionarily related and widespread Na+-dependent prokaryotic relics that pump both Na+ and H+ at physiological Na+ concentrations (Na+,H+-PPase) (1) and the ones that pump Na+ or H+ at subphysiological but only Na+ at physiological Na+ concentrations (Na+-PPase) (2). As simple one-domain proteins, membrane PPases provide a very promising model for understanding the basic principles of Na+ transport and its relation to H+ transport (3). The recently determined three-dimensional structures of H+- and Na+- PPases have provided a platform for understanding the coupling mechanism and evolution of cation specificity in membrane PPases. References: [1] Luoto H., Baykov A. A., Lahti R., Malinen A. M. (2013) Membrane-integral pyrophosphatase subfamily capable of translocating both Na+ and H+. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 110, 1255–1260. [2] Luoto H.H., Nordbo E., Baykov A. A., Lahti R., Malinen A. M. (2013) Membrane Na+-pyrophosphatases can transport protons at low sodium concentrations. J. Biol. Chem. 288, 35489–35499. [3] Baykov A. A., Malinen A. M., Luoto H. H., Lahti R. (2013) Pyrophosphate-fueled Na+ and H+ transport in prokaryotes. MMBR, 77, 267–276.92 Оглавление 32.............. 54.............. 72.............. 30.............. 34.............. 26.............. 76.............. 78.............. 62.............. 66.............. 40.............. 74.............. 20.............. 82.............. 70.............. 36.............. 60.............. 86.............. 38.............. 46.............. 48.............. 84.............. 18.............. 28.............. 52.............. 52.............. 68.............. 88.............. 42.............. 80.............. 58.............. 30.............. 22.............. 64.............. 56.............. 44.............. 92 Страница Андреев А.А. Анисимов В.Н. Антоненко Ю.Н. Борисов В.Б. Виноградов А.Д. Выгодина Т.В. Высоких М.Ю. Геринг Х. Зайцев С.В. Зиновкин Р.А. Зоров Д.Б. Исаев Н.К. Калайдзидис Я.Л. Кнорре Д.В. Колосова Н.Г. Ловать М.Л. Льюис К. Лямзаев К.Г. Манских В.Н. Марголис Л.Б. Маршанский В.Н. Милейковская Е.И. Мулкиджанян А.Я. Мунтян М.С. Недоспасов С.А. Оловников А.М. Плотников Е.Ю. Попов В.Н. Самарцев В.Н. Самуилов В.Д. Скулачев М.В. Старков А.А. Черепанов Д.А. Черняк Б.В. Чистяков В.А. Ягужинский Л.С.99 33 Contents 33.............. 55.............. 73.............. 31.............. 35.............. 27.............. 77.............. 79.............. 63.............. 67.............. 41.............. 75.............. 21.............. 83.............. 71.............. 37.............. 61.............. 87.............. 39.............. 47.............. 49.............. 85.............. 19.............. 29.............. 53.............. 53.............. 69.............. 89.............. 43.............. 81.............. 59.............. 31.............. 23.............. 65.............. 57.............. 45.............. Page Andreev A.A. Anisimov V.N. Antonenko Y.N. Borisov V.B. Vinogradov A.D. Vygodina T.V. Vyssokikh M.Y. Göring H. Zaitsev S.V. Zinovkin R.A. Zorov D.B. Isaev N.K. Kalaidzidis Y.L. Knorre D.V. Kolosova N.G. Lovat M.L. Lewis K. Lyamzaev K.G. Manskikh V.N. Margolis L.B. MarshanskyV.N. Mileykovskaya, E.I. Mulkidjanian A.Y. Muntyan M.S. Nedospasov S.A. Olovnokov A.M. Plotnikov E.Y. Popov V.N. Samartsev V.N. Samuilov V.D. Skulachev M.V. Starkov A.A. Cherepanov D.A. Chernyak B.V. Chistyakov V.A. Yagushinsky L.S.94 Для заметок95
**
2-ая Международная конференция, 2-nd International Conference, Москва, Россия; 2–4 марта 2015; Moscow, Russia; March 2–4, 2015; Homo sapiens liberatus;
http://5bio5.blogspot.com/2015/03/life-without-aging-new-conference-homo.html
НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Факультет биоинженерии и биоинформатики, НИИ митоинженерии Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Международная конференция в честь 80-летия со дня рождения директора НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского, декана Факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М.В.Ломоносова профессора В.П.Скулачева
Сборник тезисов Москва, Россия 2-4 марта 2015 2-ая Международная конференция Homo sapiens liberatus 2-nd International Conference Homo sapiens liberatus; On the occasion of the 80th Anniversary of the Director of A.N.Belozersky Institute, the Dean of the Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, M.V.Lomonosov Moscow State University Professor V.P.Skulachev Abstract Book Moscow, Russia, March 2-4, 2015.
Организаторы и Спонсоры Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Факультет биоинженерии и биоинформатики, НИИ митоинженерии; Российский Фонд Фундаментальных Исследований Organizers and Sponsors M.V.Lomonosov Moscow State University A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Institute of Mitoengineering, The Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Russian Foundation for Basic Research Организационный комитет Председатель Алексей Алексеевич Богданов Д.х.н., профессор, академик РАН, зам. директора по научной работе НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского, МГУ имени М. В. Ломоносова Зам. председателя Петр Владимирович Вржещ Д.х.н., профессор, проректор-начальник управления академической политики и организации учебного процесса Зам. председателя Дмитрий Борисович Зоров Д.б.н., профессор, зав. лаб. НИИ ФХБ имени А. Н. Бело- зерского МГУ Член комитета Александр Валерьевич Богачев Д.б.н., профессор, зав. отдела НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского МГУ Член комитета Татьяна Владимировна Выгодина К.б.н., в.н.с. НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского МГУ Член комитета Галина Анатольевна Коршунова Д.х.н., в.н.с. НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского МГУ Член комитета Константин Геннадьевич Лямзаев К.б.н., с.н.с. НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского МГУ Член комитета Борис Александрович Фенюк К.б.н., доцент факультета биоинженерии и биинформа- тики Organizing Committee Chairperson Alexey Alexeevich Bogdanov Academician, Russian Academy of Sciences, Professor, Deputy Director of A. N. Belozersky Institute of PhysicoChemical Biology, Moscow State University Deputy Chairperson Petr Vladimirovich Vrzheshch Professor, pro-rector of the Moscow State University Deputy Chairperson Dmitry Borisovich Zorov Professor, head of the laboratory in A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University Member Alexey Valerievich Bogachev Head of Department, A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University Member Tatiana Vladimirovna Vygodina Principle Scientific Researcher, A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University Member Galina Anatolevna Korshunova Principle Scientific Researcher, A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University Member Konstantin Gennadievich Lyamzaev Senior scientific researcher, A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University Member Boris Alexandrovich Feniouk Docent in Faculty of Bioengineering and Bioinformatics of Moscow State UniversityПрограмма конференции 9:30 Регистрация участников. 2 марта 2015 Конференц-Зал 221, Лабораторный корпус «Б» 10:00 Открытие конференции. Вступительное слово акаде- мика РАН А.А.Богданова Секция 1 Биоэнергетика и биоинформатика. Председатель А.Д.Виноградов 10:00–10:30 Рождение мембранной биоэнергетики из системы Na+/K+ гомеостаза. А. Ю. Мулкиджанян 10:30–11:00 Интерпретация сигнала рецепторных тирозинкиназ в эндосомах определяет судьбу клетки. Я.Л. Калаидзидис 11:00–11:30 Молекулярно-динамический подход к изучению меха- низмов переноса заряда в митохондриальных мембра- нах и белковых комплексах. Д.А. Черепанов 11:30–12:00 Перерыв на кофе. Секция 2 Энергопреобразующие системы и цитохромные комплексы. Председатель А. А. Константинов 12:00–12:30 Регуляция митохондриальной цитохром с оксидазы ионами кальция и натрия через специальный сайт связывания катионов. Т.В. Выгодина 12:30–13:00 История первого кислород-редуктазного натриевого насоса. M.C. Мунтян 13:00–13:30 Цитохром bd из Escherichia coli катализирует распад перекиси водорода и пероксинитрита. В.Б. Борисов 13:30–14:30 Обед.Conference Programm 9:30 Registration March, 2, 2015 Conference Hall 221, Bldg.”B” 10:00 Bogdanov, Alexei Opening remarks. Section 1 Bioenergetics and bioinformatics. Chairperson Vinogradov, Andrey 10:00–10:30 Emergence of membrane bioenergetics from the systems of Na+/K+ homeostasis Mulkidjanian, Armen 10:30–11:00 Endocytic regulation of RTK signal interpretation for cell fate decision Kalaidzidis, Yannis 11:00–11:30 Molecular dynamics simulation studies on the mechanism of charge transfer processes in mitochondrial membranes and protein complexes. Cherepanov, Dmitry 11:30–12:00 Coffee break. Section 2 Energy-transducing systems and cytochrome complexes. Chairperson Konstantinov, Aleksander 12:00–12:30 Regulation of mitochondrial cytochrome c oxidase by calcium and sodium ions via special cation binding site.. Vygodina, Tatiana 12:30–13:00 Muntyan, Maria The history of the first oxygen-reducing sodium pump. 13:00–13:30 Cytochrome bd from Escherichia coli catalyzes the decomposition of hydrogen peroxide and peroxynitrite. Borisov, Vitaly 13:30–14:30 Lunch.Секция 3 Активные формы кислорода. Множественность митохондриальных функций. Председатель Б.В.Черняк. 14:30–15:00 Новые данные о роли митохондрий в метаболизме свободных радикалов и сигнализации. А.А. Старков 15:00–15:30 В митохондриях почек присутствует атипичный центр генерации активных форм кислорода, действующий постоянно и независимо от их окислительно-восста- новительного состояния А.Ю. Андреев 15:30–16:00 Генерация активных форм кислорода митохондриями: качественные и количественные параметры. А.Д. Виноградов 17:00–17:30 Перерыв на кофе. 16:00–16:30 Влияние хронического потребления митохондриаль- но–направленного антиоксиданта SkQ1 на старение самок крыс Sprague-Dawley. М.Л. Ловать Секция 4 Биоэнергетика мембранных систем. Председатель А.Ю.Мулкиджанян. 17:30–18:00 Д.Б. Зоров Миторазнообразие. 10 18:00–18:30 Длинноцепочечные α,ω-диоловые кислоты как актива- торы свободного окисления и индукторы Са2+-зависи- мой проницаемости митохондрий печени. В.Н. Самарцев 18:30–19:00 Поиск условий перехода фосфорилирующей системы митохондрий в режим работы суперкомплекса. Л.С. Ягужинский 16:30–17:00 Влияние митохондриально-направленного антиокси- данта SkQ1 на спонтанные патологические изменения у SPF-мышей. В.Н. МанскихSection 3 Reactive Oxygen Species. The diversity of mitochondrial functions. Chairperson Chernyak, Boris. 14:30–15:00 An update on the role of mitochondria in ROS metabolism and signaling. Starkov, Anatoly 15:00–15:30 Kidney mitochondria possess an atypical constitutively active site of generation of reactive oxygen species operating independently of mitochondrial redox status. Andreev, Alexander 15:30–16:00 Mitochondrial generation of reactive oxygen species: qualitative and quantitative characteristics. Vinogradov, Andrey 17:00–17:30 Coffee break. 16:00–16:30 The influence of the antioxidant SkQ1 chronic consumption on the aging of female Sprague-Dawley rats. Lovat, Maxim Section 4 Bioenergetics of membranous systems. Chairperson Mulkidjanian, Armen Y. 17:30–18:00 Zorov, Dmitry Mitodiversity. 11 18:00–18:30 A permeability transition in liver mitochondria induced by α,ω-dioic acids and Ca2+. Samartsev, Viktor 18:30–19:00 Searching the conditions upon which phosphorylating system of mitochondria shifts to a regime of supercomplex. Yaguzhinsky, Lev 16:30–17:00 Influence of mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 on spontaneous pathologies in SPF-mice. Manskikh, VasilyСекция 5 Биоэнергетика на службе у медицины. Председатель В.Н.Анисимов 10:00–10:30 Л.Б. Марголис Уроки ВИЧ: Что мы узнали про другие болезни. 10:30–11:00 Сигнальный путь активируемый при ограничении ка- лорийности питания как мишень для таргетной тера- пии рака и старения. Новое поколение лекарственных средств двойного действия. В.Н. Маршанский 11:00–11:30 С.А. Недоспасов Обратная генетика в изучении функций цитохрома c. Секция 6 Проблемы старения. Председатели С.А. Недоспасов и А.А. Старков. 12:00–12:30 А.М. Оловников Оставим теломерам теломерное, а мозгу мозгово. 12:30–13:00 Угнетение киназы mTOR для профилактики старения и рака. В.Н. Анисимов 13:00–13:30 Старение спасает популяции от вымирания в условиях дефицита ресурсов: эксперименты in silico. В.А. Чистяков 13:30–14:00 SkQ за пределами лаборатории: обзор клинических исследований и других результатов создания лекарс- твенных препаратов на основе SkQ. М.В. Скулачев 12 3 марта 2015 Конференц-Зал 221, Лабораторный корпус «Б» 11:30–12:00 Перерыв на кофе. 14:00–15:00 Обед.Section 5 Bioenergetics to serve medicine. Chairperson Anisimov, Vladimir. 10:00–10:30 Lessons of HIV disease: What did we understand about other pathologies. Margolis, Leonid 10:30–11:00 The calorie restriction pathway as a drug target in cancer and aging: A new generation of double-action drugs Marshansky, Vladimir 11:00–11:30 Nedospasov, Sergey Reverse genetics in elucidation of cytochrome c functions Section 6 Problems of aging. Chairpersons Nedospasov, Sergey and Starkov, Anatoly. 12:00–12:30 Olovnikov, Alexey Leave to telomere the telomere’s and to brain the brain’s. 12:30–13:00 Anisimov, Vladimir Kinase mTOR inhibition for aging and cancer prevention. 13:00–13:30 Ageing saves populations from extinction under lack of resources conditions: in silico experiments. Chistyakov, Vladimir 13:30–14:00 SkQ outside laboratories: review of clinical results and other achievements of SkQ drug development. Skulachev, Maxim 13 March, 3, 2015 Conference Hall 221, Bldg.”B” 11:30–12:00 Coffee break. 14:00–15:00 Lunch.15:00–15:30 К. Льюис Выживание и смерть клеток-персистеров. 15:30–16:00 Неинвазивная регистрация вялотекущего воспаления в панкреатических островках в условиях потребления высокоэнергетической диеты С.В. Зайцев Большой зал фундаментальной библиотеки МГУ Секция 7 Новоcти c фронтa ионов Скулачева. Председатель Д.Б.Зоров 10:00–10:30 SkQ1 стимулирует заживление ран у старых и диабети- ческих мышей. Б.В. Черняк 10:30–11:00 Молекулярные механизмы противовоспалительного действия SkQ1 Р.А. Зиновкин 11:00–11:30 Роль митохондрий и окислительного стресса при остром пиелонефрите. Е.Ю. Плотников 11:30–12:00 Перерыв на кофе. 12:00–12:30 Митохондриально-направленный антиоксидант SkQ1 подавляет развитие признаков болезни Альцгеймера у преждевременно стареющих крыс OXYS. Н.Г. Колосова 14 17:00–18:00 От Homo sapiens к Homo sapiens liberatus: как избавить человека от действия программы старения и других контрпродуктивных генетических программ. В. П. Скулачев 4 марта 2015 Конференц-Зал 221, Лабораторный корпус «Б» 12:30–13:00 Разобщающее и токсическое действие алкилтрифенил- фосфониевых катионов на митохондриях и бактериях в зависимости от длины алкильного заместителя Ю.Н. Антоненко 15:00–15:30 Lewis, Kim Survival and death of persister cells. 15:30–16:00 Noninvasive longitudinal live imaging of low grade inflammation in pancreatic islets under conditions of high energy intake. Zaitsev, Sergei Conference Hall of Fundamental library, MSU Section 7 Skulachev ions: progress report. Chairperson Zorov, Dmitry 10:00–10:30 Chernyak, Boris SkQ1 improves wound healing in old and diabetic mice. 10:30–11:00 Molecular mechanisms of anti-inflammatory action of SkQ1. Zinovkin, Roman 11:00–11:30 Мitochondria and oxidative stress in an acute pyelonephritis. Plotnikov, Egor 11:30–12:00 Coffee break. 12:00–12:30 Mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 suppresses the development of Alzheimer’s disease signs in senescenceaccelerated OXYS rats. Kolosova, Nataliya 15 17:00–18:00 From Homo sapiens to Homo sapiens liberatus: how to get rid of aging and other counterproductive genetic programs. Skulachev, Vladimir March, 4, 2015 Conference Hall 221, Bldg.”B” 12:30–13:00 Uncoupling and toxic action of alkyltriphenylphosphonium cations on mitochondria and bacteria as a function of the alkyl chain length Antonenko, Yuri 13:00–13:30 Митохондриально-направленный антиоксидант SkQR1 оказывает позитивное действие на память и травмати- ческое повреждение головного мозга. Н.К. Исаев 13:30–14:00 Кардиолипин как мишень митотропных хинонов в коррекции патологических проявлений при старении и заболеваниях оксидативного происхождения. М.Ю. Высоких 14:00–15:00 Обед. Секция 8 Разное. Председатель Ф.Ф.Северин. 19:00–21:00 Неформальная встреча в кафе. 16 15:00-15:30 Х. Геринг УФ-пояс Земли и его значение для здоровья людей. 15:30–16:00 Митохондриально-направленные хиноны SkQ по- давляют образование активных форм кислорода и защищают клетки растений от запрограммированной гибели. В.Д. Самуилов 16:00–16:30 Разобщители препятствуют распространению мутан- тной митохондриальной ДНК в гетероплазмичных клетках Saccharomyces cerevisiae. Д.А. Кнорре 16:30–17:00 Кардиолипин и надмолекулярная организация дыха- тельной цепи митохондрий. Е.Н. Милейковская 17:00–17:30 К.Г. Лямзаев Митохондрии как регуляторы активности аутофагии. 17:30–18:00 Активные формы кислорода являются эффективными вторичным мессенджером для индукции несопряжен- ного дыхания. В.Н. Попов 18:00–18:30 Общая дискуссия и закрытие конференции.13:00–13:30 Mitochondria-targeted antioxidant SkQR1 has positive effect on memory and traumatic brain injury of rats. Isaev, Nikolay 13:30–14:00 Cardiolipin as a target of mitotropic quinones under oxidative stress in age and disease Vyssokikh, Michael 14:00–15:00 Lunch. Section 8 Different problems. Chairperson Severin, Fedor. 19:00–21:00 Informal meeting in the cafeteria. 17 15:00-15:30 The UV belt of the Earth and its implication for people’s health. Göring, Horst 15:30–16:00 Mitochondria-targeted quinones SkQ suppress ROS generation and protect plant cells from apoptosis. Samuilov, Vitaly 16:00–16:30 Uncouplers prevent clonal expansion of mutant mitochondrial DNA in heteroplasmic Saccharomyces cerevisiae cells. Knorre, Dmitry 16:30–17:00 Cardiolipin and supramolecular organization of the mitochondrial respiratory chain. Mileykovskaya, Eugenia 17:00–17:30 Lyamzaev, Konstantin Mitochondria as regulator of autophagy. 17:30–18:00 Reactive oxygen species are effective secondary messengers for induction of the noncoupled respiration. Popov, Vasily 18:00–18:30 General discussion.18 Возникновение мембранной биоэнергетики из системы Na+/K+ гомеостаза 1 Дарья Владимировна Диброва, 2 Михаил Юрьевич Гальперин, 2 Евгений Викторович Кунин и 1,3,4* Армен Яковлевич Мулкиджанян 1 НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 117992, Россия, 2 National Center for Biotechnology Information, National Library of Medicine, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland 20894, USA, 3 School of Physics, Osnabrück University, 49069, Osnabrück, Germany, и 4 Факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 117992, Россия E-mail: amulkid@uos.de Цитоплазма всех клеток содержит значительно боль- ше калия, чем натрия, причем для многих клеточных процессов, в первую очередь, синтеза белка, важно, чтобы что соотношение [K+]/[Na+] превышало еди- ницу. Подобная зависимость от ионов калия была ранее объяснена возникновением первых клеток в богатой калием среде [1,2]. Основываясь на преобла- дании калия над натрием в геотермальном паре, мы предположили, что формирование первых клеточных организмов могло проходить на периферии древних бескислородных геотермальных полей, в водоемах из парового конденсата, элементный состав которого должен был быть близок химии цитоплазмы современ- ных клеток [2]. В морских и пресноводных водоемах соотношение [K+]/[Na+] обычно существенно меньше единицы. По- этому заселение таких водоемов первыми клетками могло происходить только при наличии у них систем откачки ионов натрия. Необходимость выживания в богатых натрием водоемах могла способствовать как постепенному уменьшению проводимости клеточных мембран, так и появлению различных редокс-, свето-, хемо- и осмозависимых систем откачки ионов натрия. В соответствии с данным эволюционным сценарием, взаимодействие между несколькими, исходно незави- симыми системами откачки ионов натрия привело к возникновению натрий-зависимой мембранной био- энергетики, за которым последовало появление про- тонной биоэнергетики у бактерий и архей [3]. Литература 1 Macallum, A. B. (1926) The paleochemistry of the body fluids and tissues. Physiol Rev 6, 316-357 2. Mulkidjanian, A. Y., Bychkov, A. Y., Dibrova, D. V., Galperin, M. Y., and Koonin, E. V. (2012) Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields. Proc Natl Acad Sci USA 109, E821-830 3. Mulkidjanian, A. Y., Galperin, M. Y., and Koonin, E. V. (2009) Co-evolution of primordial membranes and membrane proteins. Trends Biochem Sci 34, 206-215 Секция 119 Emergence of membrane bioenergetics from the systems of Na+/K+ homeostasis Daria V. Dibrova1 , Michael Y. Galperin2 , Eugene V. Koonin2 and Armen Y. Mulkidjanian1,3,4* 1 A.N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow 117999, Russia, 2 National Center for Biotechnology Information, National Library of Medicine, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland 20894, USA, 3 School of Physics, Osnabrück University, 49069, Osnabrück, Germany, and 4 School of Bioengineering and Bioinformatics, Lomonosov Moscow State University, Moscow 117999, Russia E-mail: amulkid@uos.de The cell cytoplasm of archaea, bacteria and eukaryotes contains substantially more potassium than sodium, and the prevalence of potassium ions is specifically required for many key cellular processes. This distinct ionic composition and requirements have been attributed to the emergence of the first cells in K+-rich habitats [1,2]. Building on the observation that the [K+]/[Na+] ratio is much greater than unity at vapor-dominated zones of inland geothermal systems, we argued that the first cells could have emerged in the pools and puddles at the periphery of primordial anoxic geothermal fields, where the elementary composition of the condensed vapor would resemble the internal milieu of modern cells [2]. Marine and freshwater environments generally show a [K+]/[Na+] ratio less than unity. Therefore, to invade such environments, while maintaining the cytoplasmic [K+]/[Na+] ratio over unity, primordial cells needed means to extrude sodium ions. The foray into new, Na+-rich habitats was the likely driving force behind the gradual the increase of membrane tightness and evolution of diverse redox-, light-, chemically- or osmotically-dependent sodium export pumps. Here we present a scenario that explains how the interplay between several, initially independent sodium pumps might have triggered the evolution of Na+-dependent membrane bioenergetics, followed by the separate emergence of the H+-dependent bioenergetics in archaea and bacteria [3]. We also discuss the development of systems that utilize the Na+/K+ gradient over cell membranes. Section 1 References: 1 Macallum, A. B. (1926) The paleochemistry of the body fluids and tissues. Physiol Rev 6, 316-357 2. Mulkidjanian, A. Y., Bychkov, A. Y., Dibrova, D. V., Galperin, M. Y., and Koonin, E. V. (2012) Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields. Proc Natl Acad Sci USA 109, E821-830 3. Mulkidjanian, A. Y., Galperin, M. Y., and Koonin, E. V. (2009) Co-evolution of primordial membranes and membrane proteins. Trends Biochem Sci 34, 206-21520Секция 1 Интерпретация сигнала рецепторных тирозинкиназ в эндосомах определяет судьбу клетки Яннис Калайдзидис, Роберто Вилласеньор, Перла Дель Конте-Цериал, Марино Цериал Институт Макса Планка, Дрезден, Германия E-mail: kalaidzi@mpi-cbg.de Сигналы от рецепторных тирозинкиназ инициируют- ся различными лигандами, каждый из которых может взаимодействовать с одним или несколькими различ- ными рецепторами. Дальнейшая передача сигнала, в основном, включает один и тот же каскад реакций, однако возбуждение различных рецепторов ведет к выбору различных, взаимоисключающих программ (пролиферация, дифференциация, апоптоз). Давно установлено, что эндоцитоз играет важную роль в пре- кращении сигнала и деградации комплексов лиганд- рецептор (например EGF-EGFR). Мы показали, что различные факторы роста приводят к специфическим изменениям размера эндосом. При помощи коли- чественной FRET-микроскопии мы обнаружили, что при эндоцитозе сохраняется постоянное среднее содержание EGFR на эндосому в широком диапазоне концентраций EGF. Было установлено, что контролиру- емое распределение фосфорилированного рецептора EGFR (pEGFR) в эндосомах является важной частью клеточной системы интерпретации сигнала и прямое вмешательство в этот процесс приводит к переклю- чению клеток РС12 с программы пролиферации на дифференцировку. Разработанная нами математичес- кая модель показала, что этот механизм обеспечива- ет надежность интерпретации сигнала и позволяет регулировать сигналинг в соответствии с клеточным контекстом.21 Endocytic regulation of RTK signal interpretation for cell fate decision Yannis Kalaidzidis, Roberto Villaseñor, Perla Del Conte-Zerial, Marino Zerial Max Plank Institute, Dresden, Germany E-mail: kalaidzi@mpi-cbg.de Receptor tyrosine kinase signalling can be activated by different ligands, which promiscuously interact with different receptors. Despite sharing the same signalling cascade, they are differentially processed by the cell and lead to a mutually exclusive fate selection (e.g. proliferation, differentiation, celldeath). It is well established that the endocytosis of ligand-bound RTK is an essential part of signal quenching and ligand-bound receptor degradation (e,g EGF-EGFR). Our analysis revealed that different growth factors specifically modulate the endosome size distribution. We demonstrated by quantitative high-resolution FRET-microscopy that the endocytic system maintains constant mean amount of pEGFRper endosome in a wide range of EGF concentrations in the extracellular medium. We showed that specific and highly controlled distribution of phosphorylated EGF receptor (pEGFR) is part of the cell fate decision mechanism and essential for correct signal interpretation. Direct interference in the pEGFR distribution over endosomes leads to switch cell fate from proliferation to differentiation under EGF stimulation in PC12 cell model system. We developed a mathematical model that suggests that this mechanism ensuresrobustness and provides a context-dependent regulation on the signal output. Section 122Секция 1 Молекулярно-динамический подход к изучению механизмов переноса заряда в митохондриальных мембранах и белковых комплексах Дмитрий Черепанов Научно-исследовательский институт физико- химической биологии имени А.Н. Белозерского, МГУ имени М.В. Ломоносова, 119991 Москва, Россия E-mail: tscherepanov@rambler.ru Методы современной молекулярной динамики пре- доставляют возможность изучать молекулярный механизм процессов переноса заряда через мито- хондриальную мембрану, в том числе, моделировать серьезными конформационные изменения как липид- ного бислоя, так и мембранных белковых комплексов. Мы использовали методы молекулярной динамики для изучения механизма диффузии протона через бислойную липидную мембрану. Несмотря на важное физиологическое значение, механизм протонной про- водимости до сих пор остается неизвестным. Метода- ми молекулярной динамики были проанализированы различные возможные сценарии пассивного транс- порта протона через липидный бислой. Было обна- ружено, что всей совокупности экспериментальных данных наиболее соответствует механизм, в котором две молекулы фосфатидилхолина (POPC), одна с про- тонированной и другая с депротонированной фос- фатной группой, сближаются друг с другом. Когда два фосфатные группы подходят друг ко другу ближе, чем на 1.5 нм, между ними образуется цепочка из несколь- ких молекул воды, которая потенциально способна к эффективному переносу протона. Молекулы воды при этом координированы цепочкой атомов кислорода, образованной восьмью атомами кислорода эфирных связей двух сближающихся молекул POPC. Рассчитан- ная свободная энергия сближения двух фосфатных групп липида на расстояние 1.5 нм (около 60 кДж / моль) хорошо согласуется с экспериментально изме- ренной энергией активации переноса протона через бислойную мембран из POPC. Поскольку перенос протона в этом сценарии контролируется сближением двух молекул липида и образованием цепочки поляр- ных атомов кислорода в центре мембраны, данный механизм объясняет чрезвычайно высокой коэффи- циент протонной проницаемости липидного бислоя, независимость коэффициента проницаемости прото- нов от величины рН и отсутствие изотопного эффекта при замене Н2 О на D2 O.23 Molecular dynamics simulation studies on the mechanism of charge transfer processes in mitochondrial membranes and protein complexes Dmitry Cherepanov A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991, Russia E-mail: tscherepanov@rambler.ru The modern techniques of molecular dynamics (MD) simulations give a possibility to study the molecular mechanisms of charge transfer processes in mitochondrial lipid membranes and protein complexes accompanied by large conformational changes. We scrutinized the mechanism of proton leakage through lipid membrane, which, in spite of its physiological importance, remains obscure. Using MD simulations, we analyzed various molecular scenarios of passive proton transfer through lipid bilayer and found that the most consistent with experimental observations is the mechanism, where two molecules of phosphatidylcholine (POPC), with a protonated and deprotonated phosphate groups, respectively, approached each other. When the two phosphate groups got closer than 1.5 nm, a short water wire, potentially capable of effective proton transfer, stretched between them. Thereby the water molecules lined up along the “oxygen ladder” as formed by the eight oxygen atoms of the ester bonds of the two encountering POPC molecules. The calculated free energy of bringing two lipid phosphate groups on a distance of 1.5 nm, about 60 kJ/mol, was in a good agreement with the experimentally measured activation energy of proton transfer across POPC membranes. Because the transmembrane proton transfer along short water wires is governed by the formation of polar oxygen ladders, the scenario accounts for the extremely high proton permeability of the lipid bilayer and explains the independence of proton permeability coefficient on pH and on the H2 O/D2 O substitution. Section 124 Второй изученной системой является митохондри- альный АДФ / АТФ антипортер. Это небольшой мем- бранный белок, который связывает АДФ со стороны межмембранного пространства и АТФ на матричной стороне митохондриальной мембраны. Молекулярный механизм действия антипортера остается неизвест- ным, его функционирование связано с конформаци- онным переходом между двумя состояниями: в одном белок открыт в сторону цитоплазмы и связывает АДФ, во втором он открыт в сторону матрикса и предпоч- тительно связывает АТФ. В соответствии с известными рентгеновскими структурами, антипортер состоит из трех доменов, которые сближены между собою со стороны матрикса и блокированы тремя междомен- ными соляными мостиками. Мостики предотвраща- ют конформационный переход до тех пор, пока не произойдет связывание АДФ, после чего происходит формирование сети из нескольких соляных мостов со стороны цитоплазмы и одновременно разрываются мостики со стороны матрикса. Данное конформацион- ное изменение сопровождается вращением доменов, в ходе которого четные α-спирали сдвигаются вдоль нечетных α-спиралей. При этом остатки пролина и серина, образующие перегибы в нечетных α-спиралях, функционируют как шарниры рычагов, образуя места изгибов в длинных нечетных α-спиралях. Методами молекулярной динамики была изучена альтернативная конформация АДФ / АТФ антипортера, неразрешенная методами рентгеновской спектроскопии, проведен анализ связывания АДФ, АТФ и жирных кислот в обеих конформациях, а также определена координата реак- ции, описывающая конформационный переход между состояниями.25 The second modeled system is the mitochondrial ADP/ ATP carrier, which accepts ADP from the cytosol side and binds ATP at the matrix side of mitochondrial membrane. Thus, the carrier cycles by a yet unknown mechanism between two states: in one the carrier is open to the cytoplasm side where it binds ADP, in the second it is open to the matrix and accepts ATP. According to the known Xray structures, the carriers have three domains, which are closed at the matrix side by three interdomain salt-bridges. The bridges prevent the conformational transition to the matrix-open state until the ADP binding occurs. The ADP binding results in formation of a new network of several salt-bridges and causes the rotation of domains, which is accompanied by a shift of the even-numbered α-helices along the odd-numbered α-helices. The proline and serine residues, which form kinks in the odd-numbered α-helices, function as a lever-arm, coupling the substrate-induced disruption of the matrix network to the formation of the cytoplasmic network. 26Секция 2 Регуляция митохондриальной цитохром с оксидазы ионами кальция и натрия через специальный сайт связывания катионов 1 Т.В.Выгодина, 2 Е.Мухалева и 1 А.А.Константинов 1 НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, 2 Факультет биоинженерии и биоинформатики, Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова E-mail: vygodina@genebee.msu.ru. Субъединица I цитохромом с оксидазы (ЦО) митохонд- рий и многих бактерий содержит специальный Центр Связывания Катионов (ЦСК), локализованный вблизи гема а и обращенный во внешнюю водную фазу. В бактериальной ЦО там находится прочно связанный Ca2+[1], а у ЦО млеко- питающих сайт обратимо связывает Ca2+ или Na+ [2]. Присоединение Ca2+ вызывает сдвиг спектра гема а, что позволило ранее определить характеристики связывания Ca2+ с ЦСК. Na+ практически не меняет спектральные свойства гема а, но конкурирует с Ca2+, снижая кажущееся сродство последнего к ЦСК [2]. Физиологическая значимость явления оставалась неясной до последнего времени, когда наша группа обнаружила, что добавленный снаружи Ca2+ может в 2-3 раза ингибировать активность ЦО в составе мито- хондрий или выделенной из сердца быка с Ki ~1 µM, близкой к Kd связывания Ca2+ с ЦО [3]. Известно, что находящиеся в цитоплазме ионы металлов, например Na+, влияют на связывание Ca2+ с ЦО, а значит могут модулировать ингибирующий эффект Ca2+ на дыхание. В связи с этим мы изучили ингибирование дыхания Ca2+ в среде, близкой по солевому составу к цитоп- лазме, содержащей 150 мM K+, 12 мM Na+ и 1 мM Mg2+. Содержание свободного Ca2+ контролировалось с помощью Са-НТА(нитрилтриацетат) буфера. Макси- мальное ингибирование в данной среде было пример- но двукратным, как и в предыдущих опытах, однако, кажушаяся Ki увеличилась с ~1 µM до ~10-20 µM в со- ответствии с тем, как Na+ влиял на связывание Ca2+ по данным спектральных измерений [2]. Следовательно, покоящаяся клетка защищена Na+ от ингибирующего действия ионов Ca2+ , которое, однако, может всту- пить в игру на пике выброса Ca2+ эндоплазматичес- ким ретикулумом (ЭР) в приграничное с мембранами митохондрий пространство в ответ на разные стиму- лы, например, во время Са спайков в сокращающемся сердце. Ингибирующий эффект Ca2+ характерен только для ЦО высших животных. 27 Regulation of mitochondrial cytochrome c oxidase by calcium and sodium ions via special cation binding site 1 T.V. Vygodina, 2 E. Mukhaleva and 1 A. A. Konstantinov 1 A.N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, 2 Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, M.V.Lomonosov Moscow State University, Russia E-mail: vygodina@genebee.msu.ru Subunit I of cytochrome c oxidase (CcO) from mitochondria and many bacteria contains a special Cation Binding Site (CBS) located near heme a and facing the outer aqueous phase. In the bacterial CcO, the site is occupied by tightly bound Ca2+[1], whereas in CcO from higher animals the site can bind reversibly Ca2+ or Na+ [2]. Binding of Ca2+ shifts absorption spectrum of heme a, which allowed previously to determine characteristics of Ca2+ binding at the CBS. Na+ does not perturb significantly spectral properties of heme a but it competes with Ca2+ decreasing effective affinity of the latter for the CBS [2]. Functional significance of the cation binding remained unknown until recently when our group found that extramitochondrial Ca2+ can inhibit activity of the mitochondrial or isolated bovine CcO 2-3-fold with Ki of ~1 µM, close to Kd of Ca2+ binding [3]. Metal cations present in the cytoplasm, such as Na+, are known to affect Ca2+ binding with CcO and therefore may be expected to modulate the inhibitory effect of Ca2+ on respiration. Therefore we have studied inhibition of CcO by calcium ions at ionic composition of the medium close to that in the cytoplasm. The buffer contained 150 mM K+, 12 mM Na+ and 1 mM Mg2+. Various calcium concentrations were maintained with Ca-NTA buffer. In this medium, ca. 2-fold maximal inhibition is observed as in the previous experiments, but apparent Ki is raised from ~1 µM to ~10-20 µM in agreement with the effect of Na+ on Ca2+ binding measured spectrophotometrically [2]. Accordingly, CcO is likely to be protected from inhibition by Ca2+ in the resting cells, but the inhibition may come into play during the peaks of Ca2+ release at the mitochondria/ER interface in response to various stimuli, e.g. during the Ca2+ spikes in the beating heart. The Ca2+-induced inhibition is specific for the higher animal CcO. E.g., it is not observed with homologous bacterial CcO, even if the bacterial enzyme is mutated to a form that binds Ca2+ reversibly as the bovine oxidase. Such a specificity of the inhibitory action accords with the fact that Ca2+ binding at the CBS involves two key residues in the exit part of the so-called “proton channel H” revealed in the bovine heart CcO [4]. Section 228 Его нет у гомологичных ЦО из бактерий, даже если фермент мутирован в форму, связывающую Ca2+ об- ратимо, как бычья ЦО. Такая специфичность инги- бирующего эффекта кальция согласуется с тем, что в связывании Ca2+ с ЦСК участвуют два ключевых остатка аминокислот, входящих в состав выходной части так называемого «Н-протонного канала», обнаруженного в 3-х мерной структуре бычьей ЦО [4]. У бактериаль- ной ЦО выходная часть «Н-протонного канала» не консервативна. Т.о. селективность ингибирования Ca2+ бычьей ЦО является экспериментальным свидетельс- твом функциональной значимости Н-канала для ЦО из митохондрий высших животных. Работа поддержана грантом РФФИ 14-04-00425 Литература 1] Pfitzner, U., Kirichenko, A., Konstantinov, A.A., Mertens, M., Wittershagen, A., Kolbesen, B.O., Steffens, C.M., Harrenga, A., Michel, H., Ludwig, B. (1999) FEBS Letters 456, 365-369. [2] Kirichenko, AV, Pfitzner, U, Ludwig, B, Soares, CM, Vygodina, TV, Konstantinov, AA Biochemistry (2005),44,12391-12401. [3] Vygodina, T., Kirichenko A., Konstantinov A.A.(2013).PloS one 8 (9): e74436 [4] Yoshikawa S, Muramoto K, Shinzawa-Itoh K (2011) Annu Rev Biophys 40: 205-223 Секция 2 История первого кислород-редуктазного натриевого насоса М. С. Мунтян НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, 119991, Россия E-mail: muntyan@genebee.msu.su В процессе дыхания биологически доступная энер- гия запасается живыми организмами первично на внутренней мембране митохондрий или на цитопл- зматической мембране прокариот в форме протон- движущей силы. Три десятилетия назад в дыхательной цепи некоторых аэробных алкалифильных бектерий был обнаружен натрий (Na+)- перекачивающий комп- лекс I, а именно, Na+-специфичная НАДН-хинон-окси- доредуктаза (NQR) (1). В. Скулачевым было высказано предположение о возможном существовании Na+-спе- цифичного комплекса IV у алкалифильных бактерий 30 лет назад (2). Однако, в течение последних 30 лет NQR оставался единствнным компонентом дыхательных цепей аэробных бактерий, для которого была доказана способность запасать энергию в форме натрий-дви- жущей силы. Считалось, что другие компоненты дыха- тельной цепи, включая и комплекс IV, который преоб- разует значительную часть энергии, поставляемой в процессе дыхания, могут функционировать только как H+-насосы. Недавно было получено доказательство функционирования в дыхательной цепи экстремально алкалифильных бактерий первого кислород-редуктаз- ного Na+-насоса, а именно, комплекса IV. Литература [1]. Tokuda H, Unemoto T: Na+ is translocated at NADH: quinone oxidoreductase segment in the respiratory chain of Vibrio alginolyticus. 1984 J Biol Chem 259(12):7785-7790. [2]. Skulachev VP: Sodium bioenergetics. 1984 TiBS 9(11):483-485.29 In the bacterial CcO the exit part of the H-proton pathway is not conserved. Therefore the selective inhibitory effect of Ca2+ on the bovine CcO provides experimental evidence for a special functional role of the H-channel in CcO from higher animal mitochondria. Supported by RFBR grant 14-04-00425 References: [1] Pfitzner, U., Kirichenko, A., Konstantinov, A.A., Mertens, M., Wittershagen, A., Kolbesen, B.O., Steffens, C.M., Harrenga, A., Michel, H., Ludwig, B. (1999) FEBS Letters 456, 365-369. [2] Kirichenko, AV, Pfitzner, U, Ludwig, B, Soares, CM, Vygodina, TV, Konstantinov, AA Biochemistry (2005),44,12391-12401. [3] Vygodina, T., Kirichenko A., Konstantinov A.A.(2013). PloS one 8 (9): e74436 [4] Yoshikawa S, Muramoto K, Shinzawa-Itoh K (2011 Annu Rev Biophys 40: 205-223 The history of the first oxygen-reducing sodium pump Maria S. Muntyan A.N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia E-mail: muntyan@genebee.msu.su Accumulation of biologically available energy by the living organisms during respiration occurs initially in the inner mitochondrial or cytoplasm prokaryotic membranes in the form of proton-motive-force. Three decades ago a sodium (Na+)-pumping complex I, i.e. the Na+-motive NADH-quinone-oxidoreductase (NQR), was revealed in the respiratory chain of some aerobic alkaliphilic bacteria (1). The possible existence of a Na+-motive complex IV in alkaliphilic bacteria was assumed by V. Skulachev 30 years ago (2). However, during the last 30 years, NQR was the only component of respiratory chains in aerobic bacteria known to accumulate energy in the form of sodium-motive-force. The other segments of respiratory chain and particularly complex IV, which converts the large portion of the utilizable energy provided during respiration, were believed to be H+-motive. Recently, the first oxygen-reducing Na+-pump, i.e. complex IV, was demonstrated to operate in the respiratory chain of extremely alkaliphilic bacteria. Section 2 References: [1]. Tokuda H, Unemoto T: Na+ is translocated at NADH: quinone oxidoreductase segment in the respiratory chain of Vibrio alginolyticus. 1984 J Biol Chem 259(12):7785-7790. [2]. Skulachev VP: Sodium bioenergetics. 1984 TiBS 9(11):483-485.30Секция 2 Цитохром bd из Escherichia coli катализирует распад перекиси водорода и пероксинитрита Виталий Б. Борисов1 , Елена Форте2 , Сергей А. Силецкий1 , Альберт И. Давлетшин1 , Паоло Сарти2,3 , Алессандро Жуффре3 1 Научно-исследовательский институт физико- химической биологии имени А.Н. Белозерского, МГУ имени М.В. Ломоносова, 119991 Москва; 2 Отдел биохимических наук и Институт Пастера - Фонд Ченчи Болоньетти, Римский университет Ла Сапиенца, I-00185 Рим, Италия; 3 Институт молекулярной биологии и патологии НИС, I-00185 Рим, Италия E-mail: bor@genebee.msu.su Цитохром bd - хинол:O2 оксидоредуктаза дыхатель- ных цепей прокариот. Фермент участвует в запасании энергии и повышает вирулентность некоторых пато- генных бактерий. Мы обнаружили, что цитохром bd-I, выделенный из Escherichia coli, (а) проявляет заметную каталазную активность [1] и (б) способен катализи- ровать разложение пероксинитрита [2]. Каталазная реакция нечувствительна к NO, CO, антимицину А и N-этилмалеимиду, но блокируется цианидом и ази- дом. Каталазную активность также можно наблюдать в клетках E. coli, дефицитных по каталазе, после супер- экспрессии цитохрома bd-I. Пероксинитрит сам по себе не ингибирует поглощение O2 изолированным ферментом или клетками E. coli с повышенной экс- прессией цитохрома bd-I. Более того, изолированный цитохром bd-I, находящийся в реакции с O2 , аскорба- том и ТМФД, может метаболизировать пероксинитрит с кажущимся числом оборота ~ 10 моль перокси- нитрита х (моль фермента)-1 х s-1. Полученные данные свидетельствуют о защитной роли цитохрома bd против окислительного и нитрозилирующего стресса in vivo и позволяют рассматривать фермент этого типа в качестве потенциальной мишени для лекарственных средств. Литература [1] Borisov VB, Forte E, Davletshin A, Mastronicola D, Sarti P, Giuffrè A: Cytochrome bd oxidase from Escherichia coli displays high catalase activity: An additional defense against oxidative stress. 2013 FEBS Lett 587:2214-2218. [2] Borisov VB, Forte E, Siletsky SA, Sarti P, Giuffrè A: Cytochrome bd from Escherichia coli catalyzes peroxynitrite pecomposition. 2015 Biochim Biophys Acta 1847:182-188. Секция 3 Прогресс в изучении метаболизма АФК в митохондриях за последние 10 лет Анатолий А.Старков Корнельский Университет, Нью Йорк, США E-mail: ans2024@med.cornell.edu Последняя декада ознаменовалась значительным про- грессом в изучении митохондриального метаболизма активных форм кислорода (АФК). Были обнаружены новые источники генерации АФК в митохондриях. Вклад ранее известных источников АФК подвергся значительной переоценке, равно как и роль различ- ных ферментных систем в детоксикации АФК. В нашем докладе будет представлен обзор наиболее важных открытий в области митохондриального метаболизма АФК за последнее десятилетие и их потенциальном значении для понимания физиологии окислительного стресса.31 Cytochrome bd from Escherichia coli catalyzes the decomposition of hydrogen peroxide and peroxynitrite Vitaliy B. Borisov1 , Elena Forte2 , Sergey A. Siletsky1 , Albert I. Davletshin1 , Paolo Sarti2,3 and Alessandro Giuffrè3 1 Lomonosov Moscow State University, Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow 119991, Russia; 2 Department of Biochemical Sciences and Istituto Pasteur – Fondazione Cenci Bolognetti, Sapienza University of Rome, I-00185 Rome, Italy; 3 CNR Institute of Molecular Biology and Pathology, I-00185 Rome, Italy E-mail: bor@genebee.msu.su Cytochrome bd is a quinol:O2 oxidoreductase of prokaryotic respiratory chains. The enzyme contributes to energy conservation and promotes virulence in some pathogenic bacteria. We found that cytochrome bd-I isolated from Escherichia coli (i) reveals a notable catalase activity [1] and (ii) is able to catalyze peroxynitrite decomposition [2]. The catalase reaction is insensitive to NO, CO, antimycin A and N-ethylmaleimide, but is blocked by cyanide and azide. The catalase activity can also be observed in catalase-deficient E. coli cells following cytochrome bd-I over-expression. Peroxynitrite per se does not inhibit O2 consumption by the isolated enzyme or E. coli cells overexpressing cytochrome bd-I. Furthermore, the isolated cytochrome bd-I in turnover with O2 , ascorbate and TMPD can metabolize peroxynitrite with an apparent turnover rate of ~ 10 mol peroxynitrite х (mol enzyme)-1 х s-1. The data suggest a protective role of cytochrome bd against oxidative and nitrosative stress in vivo and make this type of enzyme of interest as a potential drug target. Section 2 References: [1] Borisov VB, Forte E, Davletshin A, Mastronicola D, Sarti P, Giuffrè A: Cytochrome bd oxidase from Escherichia coli displays high catalase activity: An additional defense against oxidative stress. 2013 FEBS Lett 587:2214-2218. [2] Borisov VB, Forte E, Siletsky SA, Sarti P, Giuffrè A: Cytochrome bd from Escherichia coli catalyzes peroxynitrite pecomposition. 2015 Biochim Biophys Acta 1847:182-188. Recent advances in mitochondrial ROS metabolism: an overview of the last decade Anatoly Starkov Weill Medical College, Cornell University, New York, USA E-mail: ans2024@med.cornell.edu Significant progress was made during the last decade in the field of mitochondrial metabolism of reactive oxygen species (ROS). Novel mitochondrial sources of ROS have been discovered and the contribution of earlier known sources to overall ROS generation had been refined. The role of various enzymes in mitochondrial ROS scavenging system has been re-defined. In this presentation, we will provide an update on these recent discoveries with a focus on the functioning of mitochondrial antioxidant system and physiological significance of newly found sources of ROS in oxidative stress. Section 332Секция 3 В митохондриях почек присутствует атипичный центр генерации активных форм кислорода, действующий постоянно и независимо от их окислительно-восстановительного состояния Аджит Дивакаруни, Янг Ю, Сусанна Петросян, Кумар Шарма, Энн Н. Мерфи и Александр Андреев Университет Калифорнии, Сан Диего, США E-mail: andreyev@ucsd.edu Общепринято, что окислительный стресс включен как в «нормальный» процесс старения, так и в этиологию множества разнообразных патологий, включая ней- родегенеративные болезни и диабет. Митохондрии, благодаря их способности генерировать активные формы кислорода (АФК), широко признаны в качес- тве значимого источника окислительного стресса. Основные способы образования АФК, рассматрива- емые в литературе, сводятся к двум: 1) образование в комплексе III семихинона кофермента Q, которое может быть вызвано антимицином А и ингибировано миксотиазолом, и 2) активация центров в начальном участке дыхательной цепи или матриксе митохондрий, которое присходит при избыточной восстановленнос- ти внутримитохондриальной среды. В данной работе мы сообщаем, что митохондрии почек демонстрируют нетипичную картину генерации АФК, где два обще- принятых способа генерации не проявляются, а ранее неизвестный центр играет ярко выраженную роль. Генерация АФК в этом центре равно ингибируется как антимицином А, так и миксотиазолом, практически не зависит от окислительно-восстановительного состоя- ния митохондрий, не требует присутствия добавленых субстратов дыхания и происходит при исключительно низких скоростях транспорта электронов через ды- хательную цепь. По нашей гипотезе, этот центр нахо- дится в концевой части дыхательной цепи и является мощным нерегулируемым источником окислительного стресса в почках. 33 Kidney mitochondria possess an atypical constitutively active site of generation of reactive oxygen species op- erating independently of mitochondrial redox status Ajit Divakaruni, Young You, Susanna Petrosyan, Kumar Sharma, Anne N. Murphy and Alexander Y. Andreyev University of California, San Diego, USA E-mail: andreyev@ucsd.edu Oxidative stress is implicated both in “normal” senescence and in etiology of multiple diverse diseases, including neurodegeneration and diabetes. Due to ability to generate reactive oxygen species (ROS), mitochondria are widely accepted to be a major source of oxidative stress. Two major paradigms of mitochondrial ROS production considered in the literature are i) formation of semiquinone of coenzyme Q in Complex III which may be induced by antimycin A and inhibited by myxothiazol and ii) reduction of proximal site(s) in respiratory chain or mitochondrial matrix associated with highly negative redox status of mitochondria. Here we report that kidney mitochondria display an atypical pattern of ROS generation in which the two conventional paradigms do not manifest themselves whereas a previously unknown site plays a prominent role. ROS generation at this site is equally inhibited by either antimycin A or myxothiazol, is virtually independent of mitochondrial redox status, does not require exogenous respiratory substrate(s) and occurs at exceedingly low rates of electron flow through respiratory chain. We hypothesize that this site is located in the terminal portion of respiratory chain and acts as a constitutive powerful source of oxidative stress in kidney. Section 334Секция 3 Генерация активных форм кислорода митохондриями: качественные и количественные параметры А.Д. Виноградов, В.Г. Гривенникова, А.В. Кареева Кафедра биохимии биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва 119991 Интактные изолированные митохондрии сердца, инвертированные субмитохондриальные частицы и растворимые ферменты матрикса in vitro катализируют одно- и двухэлектронные сукцинат: и NADH:кислород оксидоредуктазные реакции, приводящие к образо- ванию супероксид-радикала и перекиси водорода (АФК), соответственно [1]. Существующие методы пока не позволяют достоверных количественных и даже качественных измерений параметров этих реакций in vivo, или в условиях, близких к физиологическим. Для оценки физиологической значимости образования АФК (если таковая существует), необходимо, хотя бы приблизительно соотнести скорости их образования in vitro и возможные in vivo концентрации субстратов (NADH, сукцинат, кислород) и лигандов, возможных регуляторов ферментов-генераторов. В докладе мы обсудим некоторые результаты, полученные нашей группой, которые могут оказаться полезными для такого анализа. Комплекс I дыхательной цепи [2, 3] и липоилдегидро- геназный компонент дегидрогеназ альфа-кетокислот (ЛипДГ) [4] – «главные» (по потенциальной активности) митохондриальные генераторы АФК. Комплекс I об- разует как супероксид-радикал, так и перекись водо- рода, и соотношение между ними сильно зависит от концентрации NADH [5]. Образование обоих продук- тов сильно снижается в присутствии NAD+ [3, 6]. ЛипДГ продуцирует в основном перекись водорода, и её образование сильно (до 10 раз) и специфично активи- руется ионами аммония [7]. Примерно половина об- щей NADH-зависимой генерации перекиси водорода пермеабилизованными митохондриями обусловлена активностью комплекса I, другая половина – активнос- тью ЛипДГ [8]. В присутствии ионов аммония до 90% перекиси образуется ЛипДГ. Генерация АФК препара- тами, лишенными барьеров проницаемости линейно зависит от концентрации кислорода [2, 6]. Внутренняя мембрана митохондрий ограниченно проницаема для перекиси водорода [8], что указывает на существова- ние Н2 О2 -специфичной транслоказы. Литература [1] Гривенникова В. Г., Виноградов А. Д. (2013) Успехи биологической химии, 53, 245–296. [2] Виноградов А.Д., Гривенникова В.Г. (2005) Биохимия, 70, 150-159. [3] Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. (2006) Biochim. Biophys. Acta, 1757, 553-561. [4] Kareyeva A.V., Grivennikova V.G., Cecchini G., Vinogradov A.D. (2011) FEBS Lett., 585, 385-389. [5] Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. (2013) Biochim. Biophys. Acta, 1827, 446-454. [6] Kareyeva A.V., Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. (2012) Biochim. Biophys. Acta, 1817, 1879-1885. [7] Grivennikova V.G., Cecchini G., Vinogradov A.D. (2008) FEBS Lett., 582, 2719-2724. [8] Grivennikova V.G., Kareyeva A.V., Vinogradov A.D. (2010) Biochim. Biophys. Acta, 1797, 939-944.35 Mitochondrial generation of reactive oxygen species: qualitative and quantitative characteristics A.D. Vinogradov, V.G. Grivennikova, A.V. Kareyeva Department of Biochemistry, School of Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991 Isolated intact mitochondria, inside-out submitochondrial particles, and soluble matrix located enzymes catalyze one- and two-electron succinate: and NADH:oxygen oxidoreductase reactions producing superoxide radical and hydrogen peroxide, respectively [1]. No experimental methods yet exist for reliable quantitative measurements of catalytic properties of these reactions in vivo or under the physiologically relevant conditions. To evaluate their physiological significance of ROS (if exists) it seems imperative to correlate the rates of their formation as determined in vitro with possible in vivo concentrations of the substrates (NADH, succinate, oxygen) and some ligands that regulate the activities of the enzymes-generators. In this report some of the results obtained by our group which seem helpful for such correlative analysis are discussed. The respiratory complex I [2, 3] and lipoyldehydrogenase – component of alpha-oxoacids (LipDH) [4] are the “major” (in terms of their potential capacity) mitochondrial generators of ROS. Complex I produce both superoxide and hydrogen peroxide and the partitioning between these product species depends on NADH concentration [5]. The formation of either species is strongly decreased by NAD+ [3, 6]. LipDH produces mostly hydrogen peroxide (~90%) and its activity is strongly (up to 10-folds) and specifically activated by ammonium [7]. About half of the total NADH-dependent ROS production by permeabilized mitochondria is catalyzed by complex I, the other half ia due to LipDH activity whereas in the presence of activating ammonium up to 90% of the total hydrogen peroxide formation is catalyzed by LipDH [8]. The rates of ROS production catalyzed by the preparations devoid of the permeability barriers are linearly depend on oxygen concentration [2, 6]. The inner mitochondrial membrane is only partially permeable for hydrogen peroxide [8] the observation suggesting that H2O2 permeation is catalyzed by the specific translocase. Section 3 References: [1] Grivennikova V. G., Vinogradov A. D. (2013) Biochemistry (Moscow), 78, 1490-1511. Published in Russian in Uspekhi Biologicheskoi Khimii, 2013, Vol. 53, pp. 245-296. [2] Vinogradov A.D., Grivennikova V.G. (2005) Biochemistry (Moscow), 70,120-127. [3] Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. (2006) Biochim. Biophys. Acta, 1757, 553-561. [4] Kareyeva A.V., Grivennikova V.G., Cecchini G., Vinogradov A.D. (2011) FEBS Lett., 585, 385-389. [5] Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. (2013) Biochim. Biophys. Acta, 1827, 446-454. [6] Kareyeva A.V., Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. (2012) Biochim. Biophys. Acta, 1817, 1879-1885. [7] Grivennikova V.G., Cecchini G., Vinogradov A.D. (2008) FEBS Lett., 582, 2719-2724. [8] Grivennikova V.G., Kareyeva A.V., Vinogradov A.D. (2010) Biochim. Biophys. Acta, 1797, 939-944.36Секция 3 Влияние хронического потребления митохондриально–направленного антиоксиданта SkQ1 на старение самок крыс Sprague-Dawley Аверина О.А., Белопольская М.В., Павшинцев В.В., Фролова О.Ю., Ловать М.Л. ООО «НИИ Митоинженерии МГУ», Москва, 119992, Россия E-mail: Lovat@mail.ru Согласно свободно-радикальной теории старения, постепенное накопление активных форм кислоро- да (АФК) вызывает повреждение митохондрий, что запускает клеточный апоптоз. Следовательно, пер- спективным методом решения проблемы является использование миитохондриально-направленных ан- тиоксидантов, прицельно препятствующих развитию окислительного стресса в митохондриях. Целью настоящей работы было исследовать влияние хронического перорального потребления антиокси- данта SkQ1 на фертильность и биохимические призна- ки естественного старения самок крыс стока SpragueDawley CD SPF-категории. Исследования проводились на стареющих самках, в двух сериях: по 32 и 40 крыс в каждой. Контрольные группы пили воду, опытные – раствор SkQ1 в воде, из расчета 250 нмоль/кг/сут; с возраста 16 по 22-й, и с 2 по 24-й месяц (в 1 и 2 сериях, соответственно). У контрольной группы к 17 месяцу жизни значимо снижалось содержание белка, креатинина и щелочной фосфатазы; увеличивалась активность трансаминазы в плазме крови (p<0,01), что указывает на начало стар- ческой дегенерации. Потребление SkQ1 сохраняло данные параметры на уровне животных более молодо- го возраста. К 21 месяцу отличия исчезали. Кроме того, SkQ1 замедлял угасание репродуктивной функции. В 18 месяцев только у 29% крыс контрольной группы на- блюдался регулярный эстральный цикл. У животных, потреблявших SkQ1, эта доля составляла 79% (p<0,05). Данные результаты позволяют предположить, что дли- тельное потребление SkQ1 может замедлять наступле- ние физиологических признаков старения у крыс.37 The influence of the antioxidant SkQ1 chronic consumption on the aging of female Sprague-Dawley rats Averina O.A., Belopol’skaya M.V., Pavshintsev V.V., Frolova O.Yu, Lovat M.L. “Institute of Mitoengineering of Moscow State University” LLC, Moscow, 119992, Russia E-mail: Lovat@mail.ru According to the free radical theory of aging, the gradual accumulation of the active forms of oxygen (AFO) causes damage of mitochondria which starts cellular apoptosis. Therefore, a perspective solution is use of the mitochondrial-targeted antioxidants which are precisely interfering development of an oxidizing stress in mitochondria. The aim of the study was investigation of the influence of chronic oral consumption of the antioxidant SkQ1 on the fertility and biochemical signs of natural aging in female Sprague-Dawley CD rats of SPF-category. Experiments were made on the ageing female rats, in two series: by 32 and 40 rats in each. Control groups had freechoice water, treated – SkQ1 water solution, at the rate of the 250 nmol/kg/day; from age 16 to the 22nd, and from 2 to the 24th month in series 1 and 2, respectively. In control group at the age of 17th month the total protein content, creatinine and alkaline phosphatase significantly decreased; the activity of transaminase in blood plasma increased (p<0,01), that could be a sign of the beginning of a senile degeneration process. The SkQ1 treatment followed by retention of these parameters at the level of animals of younger age. At the age of 21 months these differences between control and SkQ1 group became insignificant. Besides, SkQ1 slowed down fading of reproductive function. At the age of 18 months only 29% of control rats had the regular estrous cycle. In the SkQ1 group this share was 79% (p<0,05). These results suggests that consumption of SkQ1 may be followed the slowing down of some physiological signs of aging in rats. Section 338Секция 3 Влияние митохондриально-направленного антиоксиданта SkQ1 на спонтанные патологические изменения у SPF-мышей В.Н. Манских Институт Митоинженерии, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 73 E-mail: manskikh@mail.ru Митохондриально-направленный антиоксидант SkQ1 является новой лекарственной субстанцией с боль- шим количеством доказанных позитивных эффектов, в числе которых находится увеличение продолжитель- ности жизни животных. Мы исследовали эффекты SkQ1 на спонтанные патологии у SPF-мышей линий C57BL/6 и BALB/c. Было обнаружено, что SkQ1 в дозах 1 и 30 нмоль/кг/день, получаемый с питьевой водой в тече- ние всей жизни, изменяет спектр спонтанных опухо- лей и снижает частоту фолликулярных лимфом у самок BALB/c. Этот препарат в дозе 1 нмоль/кг/день снижал также частоту диссеминированных фолликулярных лимфом. При этом, ни у самцов, ни у самок не было обнаружено снижения суммарной частоты опухолей разных типов или увеличения продолжительности животных с новообразованиями. Следовательно, ранее установленная способность SkQ1 увеличивать продолжительности жизни самцов BALB/c, не связана с антиканцерогенным действием этого препарата. Среди неопухолевых патологий главный эффект SkQ1 оказывал на поражения сердца. Было обнаружено, что этот препарат, получаемый на протяжении всей жизни мышей BALB/c и C57BL/6, подавлял развитие возраст- ной кардиомиопатии, гипертрофии и диффузного фиб- роза миокарда. Эти данные показывают, что активные формы кислорода играют значительную роль в разви- тии возрастных патологических изменений миокарда, а SkQ1 является перспективным лекарственным средс- твом для коррекции названных поражений. 39 Influence of mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 on spontaneous pathologies in SPF-mice Vasily N. Manskikh Institute of Mitoengineering, Lomonosov Moscow State University, 119991, Leninskie gory 1, bld. 73, Moscow, Russia E-mail: manskikh@mail.ru Mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 is a novel drug that has many different beneficial effects including increase of life span of laboratory animals. In this study, the effects of SkQ1 on spontaneous pathological changes in SPF C57BL/6 and BALB/c mice have been analyzed. It has been found that addition of SkQ1 to drinking water at the doses of 1 or 30 nmol/kg of body weight per day throughout lifespan modified the spectrum of spontaneous tumors in female BALB/c mice and decreased the incidence of follicular lymphomas. SkQ1 at the dose of 1 nmol/kg/day also decreased the incidence of disseminated form of follicular lymphoma. However, SkQ1 did not influence summarized incidence of malignant tumors and the incidences of other types of malignant and benign tumors as well as longevity of mice (males and females) with neoplasms. Hence, the previously described ability of SkQ1 to increase the lifespan of male BALB/c mice is not related to anticarcinogenic activity of this substance. Among non-neoplastic pathologies the main effects of SKQ1 are related to cardiac lesion. We show that lifelong treatment of BALB/c and C57BL/6 mice with SkQ1 retards senescence-associated cardiomyopathy, cardiac hypertrophy, and diffuse myocardial fibrosis. The data indicate a causative role of mitochondrial reactive oxygen species in cardiovascular aging and imply that SkQ1 has potential as a drug against age-related cardiac lesions. Section 340Секция 4 Миторазнообразие В дополнении к недавно введенному нами термину «митобиота» мы вводим еще один термин «миторазно- образие», который включает в себя фенотипическую и генотипическую вариабильность, существующую как в пределах клетки, так в пределах органа, организма и между организмами. Эта вариабильность видна из вели- кого разнообразия ультраструктурных характеристик и физико-химических свойств митохондрий. Нами отме- чено, что вариабильность возрастает в клетке и органах при возникновении патологий разного типа. Однако, мы отмечаем, что даже в патологических условиях сохраняется часть популяции митохондрий с характе- ристиками, свойственными для нормального состоя- ния, что, вероятно, может служить базой для разработки путей обращения патологического состояния в норму. Такое генетическое и эпигенетическое разнообразие может быть рассмотрено с учетом распространенного мнение, что митохондрия – это симбионт, имеющий древнее бактериальное происхождение. При поста- новке знака равенства между митохондрией и бакте- рией, вполне могут подлежать пересмотру процессы, присущие митохондриальной физиологии и клеточной патологии, например теорий возникновения рака, инфицирования и старения. Мы считаем, что гомеостаз «митобиоты» не менее важен чем гомеостаз микробио- ты, широко обсуждаемый в настоящее время. Д.Б. Зоров, Е.Ю. Плотников, Д.Н. Силачев, В.А. Попков, К.Г. Лямзаев, Л.Д. Зорова, И.Б. Певзнер, С.С. Янкаускас, С.Д. Зоров, В.А. Бабенко Институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, Факультет биоинженерии и биоинформатики, Международный Лазерный Научный Центр, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119991 Москва E-mail: zorov@genebee.msu.su41 D.B.Zorov, E.Y.Plotnikov, D.N.Silachev, V.A. Popkov, K.G.Lyamzaev, L.D.Zorova, I.B.Pevzner, S.S.Jankauskas, S.D.Zorov, V.A.Babenko A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, International Laser Center M. V. Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991, Russia. E-mail: zorov@genebee.msu.ru In addition to recently introduced by us the term “mitobiota” we introduce another term “mitodiversity”, indicating a various levels of heterogeneity of the phenotype and genotype of mitochondria existing within a single cell, organ, organism or between organisms. Such diversity is seen from a great variability of ultrastructural characteristics and physico-chemical properties of mitochondria. We indicated that “mitodiversity” is specifically increased in cells and organs under incidence of pathologies. However, we admit that even under pathological conditions there is a portion of normal mitochondria staying in the cell which may be a basis for potential reversal of pathological states to the norm. Such genetic and epigenetic diversity of mitochondria may be considered on the basis of our knowledge that mitochondrion is a symbiont having ancient bacterial origin. It looks like when putting an equal sign between mitochondria and bacteria, some processes attributed to mitochondria and to cellular pathology can be reconsidered, i.e., theories of a cancer incidence, infection and aging. We suggest that the homeostasis of “mitobiota” is of not lesser physiological importance than homeostasis of microbiota which is currently highly discussed. Mitodiversity Section 442 α,ω-Диоловые кислоты (ДК) образуются главным об- разом в клетках печени и почек в процессе ω-окис- ления монокарбоновых жирных кислот. ω-Окисление значительно усиливается при увеличении содержа- ния свободных монокарбоновых жирных кислот, при различных нарушениях их метаболизма, а также под влиянием ксенобиотиков. В отсутствие Са2+ действие на изолированные митохондрии печени одной из ДК – α,ω-тетрадекандиоловой кислоты (ТДК) заключается в стимуляции дыхания без снижения Δψ. Этот эффект ТДК полностью устраняется циклоспорином А (ЦсА) в концентрации 10 мкМ. В митохондриях печени, на- груженных Ca2+ или Sr2+, ДК способны индуцировать открытие поры по механизму, нечувствительному к ЦсА. В этих условиях наблюдается освобождение ци- тохрома с из митохондрий. Накопление длинноцепо- чечных ДК в клетках печени рассматривается как один из возможных факторов их гибели при различных патологических состояниях, связанных с нарушением метаболизма липидов. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 14-04-00688) и Министерства образования и науки Российской Федерации (Задание № 1365). Литература Tsetlin V, Utkin Y, Kasheverov I (2009) Polypeptide and peptide toxins, magnifying lenses for binding sites in nicotinic acetylcholine receptors. Biochem Pharmacol.78, 720-731. Длинноцепочечные α,ω-диоловые кислоты как активаторы свободного окисления и индукторы Са2+-зависимой проницаемости митохондрий печени В.Н. Самарцев, М.В. Дубинин, С.И. Адакеева, А.А. Ведерников, Е.И. Хорошавина Марийский государственный университет, Йошкар-Ола, 424001, Россия E-mail: samvic56@mail.ru Секция 443 Long-chain α,ω-dioic acids as activators of free oxidation and inducers of Ca2+-dependent permeability transition in liver mitochondria Victor N. Samartsev, Mikhail V. Dubinin, Svetlana I. Adakeeva, Aleksander A. Vedernikov, Ekaterina I. Khoroshavina Mari State University, Yoshkar-Ola, 424001, Russia E-mail: samvic56@mail.ru α,ω-Dioic acids (DAs) are formed predominantly in the liver and kidney cells as a result of ω-oxidation of the corresponding monocarboxylic fatty acids. Rate of ω-oxidation is significantly enhanced under conditions that are characterized by increased levels of monocarboxylic free fatty acids, various disorders of their metabolism, as well as under the effect of xenobiotics. In the absence of Ca2+ one of the DAs – α,ω-tetradecanedioic acid (TDA) stimulates respiration of isolated liver mitochondria without affecting the Δψ. This effect of TDA is completely eliminated by cyclosporin A (CsA) at a concentration of 10 μM. In Ca2+- or Sr2+-loaded liver mitochondria DAs are able to induce the pore opening by the mechanism insensitive to CsA. Under these conditions, the release of cytochrome c from mitochondria is observed. Therefore, the accumulation of long-chain DAs in the liver cells is considered as one of the possible factors of their death under various pathological conditions associated with disturbance of lipid metabolism. This work was supported by the RFBR (14-04-00688) and Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Project No 1365). Section 444 Изучена температурная зависимость влияния эндоген- ных (а также экзогенных добавленных) жирных кислот на эффективность работы (параметр АДФ/О) системы окислительного фосфорилирования митохондрий в условиях, когда эта система работает в режиме супер- комплекса. Исследования проведены на митохондриях печени крыс при пониженной тоничности среды инку- бации (120мОсм) на стандартных препаратах, которые не подвергались специальной полной очистке мем- бран от жирных кислот. Обнаружен очень узкий тем- пературный интервал (19±1°С), в котором отсутствует или существенно ослаблено разобщающее действие жирных кислот. Показано, что в том же температур- ном интервале происходит структурная перестройка системы ферментов, которая сопровождается более плотной упаковкой мембранных белковых комплексов митохондрий. Таким образом, было показано, что при 19±1°С суперкомплекс функционирует в специфичес- ком режиме работы, защищенном (или частично защи- щенном) от разобщающего действия жирных кислот. Кроме того, при тех же температурах (19±1 °С) в усло- виях работы суперкомплекса в гипотонической среде в мембранах митохондрий происходит структурный переход. В работе обсуждается возможный механизм обнаруженного явления, физиологическая значимость повышенной эффективности синтеза АТФ в митохонд- риях при сниженных температурах, и указан наиболее вероятный характер структурного перехода, проис- ходящего при 19°С в системе мембранных ферментов митохондрий. О специфических свойствах системы окислительного фосфорилирования митохондрий, функционирующей в режиме суперкомплекса Нестеров С.В.1,2 , Скоробогатова Ю.А.1,2 , Ягужинский Л.С.1,2 1 Московский физико-технический институт, г.Долгопрудный 2 1НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, МГУ им.М.В.Ломоносова, г.Москва, Россия E-mail: yag@genebee.msu.su Секция 445 Specific properties of the mitochondrial oxidative phosphorylation system operating as supercomplex. Nesterov S.V.1,2 , Skorobogatova Y.A 1,2 , Yaguzhinsky L.S1,2 1 Moscow Institute of Physics and Technology (StateUniversity), Dolgoprudny, Moscow region 2 Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia E-mail: yag@genebee.msu.su This work represents the study of endogenous and exogenous fatty acids affecting mitochondrial phosphorylating system effectiveness (ADP/O) depending on temperature. Experiment was set up under conditions in which OxPhos system operates as supercomplex. Rat liver mitochondria were isolated without purposive fatty acidsremoval from membranes, then studied in hypotonic medium (120 mOsm). A very narrow interval 19±1 °C where fatty acid uncoupling effect is weak up to disappearing was detected. At the same small temperature range, a structure rearrangement of enzyme system arises accompanied with denser packing of membrane protein complexes. Thus, at the temperatures close to 19°C supercomplex works in the specific regime protected (or partially protected) from fatty acids uncoupling effect. Here we also discuss a mechanism of the discovered phenomenon, physiological significance of the increased ATP-synthesis effectiveness at lower temperatures and the most probable character of protein complexes structural rearrangement at 19°C. Section 446 Борьба с эпидемией ВИЧ, охватившей весь мир, при- влекла беспрецедентные финансовые и человеческие ресурсы. Сегодня мы знем об этом вирусе, о механиз- мах его патогенеза, о ВИЧ ко-патогенах и о, связанных с ВИЧ инфекцией, болезнях больше, чем о других пато- логиях человека. В ходе изучения ВИЧ инфекции были обнаружены механизмы патогенеза, общие с другими болезнями человека. В частности, стала очевидна цен- тральная роль иммуноактиавации в развитии различ- ных болезней человека. Становится все более очевидным, что иммуноактива- ция, возникшая, как система защиты против патогенов, может в результате дисрегуляции способствовать развитию многих патологий, в том числе вызываемых неизвестными возбудителями. Помимо СПИДа, список таких патологий включает, атеросклероз, макулодист- рофию, рак, диабет, преэклампсию и, возможно, даже общее старение. Таким образом, иммуноактивация является “общим знаменателем” патогенеза и может лежать в основе общности симптомов различных болезней. Выявле- ние механизмов иммуноактивации может привести к разработке новых стратегий терапии, применимых к лечению различных болезней, в том числе и тех, про возбудители которых мы знаем мало или совсем не- знаем. Уроки ВИЧ: что мы поняли про различные болезни человека в результате изучения ВИЧ инфекции Леонид Марголис НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия Национальные Институты Здоровья, США E-mail: margolil@mail.nih.gov Секция 547 Lessons of HIV disease: what did we understand about other pathologies Leonid Margolis Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University,Moscow, Russia National Institutes of Health, USA E-mail: margolil@mail.nih.gov Fighting HIV epidemics that engulfed the entire world, attracted unprecedented financial and human resources. As the result now we know about this virus, mechanisms of its pathogenesis and, in part, about HIV co-pathogens and HIV-associated diseases much more than about other human pathologies. In the cause of the studies of HIV infection several mechanisms apparently common for other human diseases have been revealed. In particular, the central role of immunoactivation in various human diseases has been understood. It is becoming increasingly clear that immunoactivation, which evolved as a system of host defense against pathogens, can become dysregulated and promote the pathogenesis of diverse diseases with both known and unknown etiologies. Besides AIDS the list of these diseases includes age-related macular degeneration, cancer, atherosclerosis, diabetes, preeclampsia andprobably even general aging. Thus, immunoactivation seems to be a “common denominator” or general mechanism of pathogenesis, and may explain the association and similarities in pathology among otherwise unrelated human diseases. Identification of general mechanisms of immunoactivation may lead to the development of new therapeutic strategies applicable to many diseases even before detailed knowledge of specific etiology and pathogenesis may be available. Section 548 В начале 21 века были открыты несколько фундамен- тальных биологических процессов клеток которые контролируют продолжительность жизни всех без исключения эукариотических организмов включая человека. Одним из этих процессов является “путь калорийного контроля”(ПКК) (calorie restriction (CR) pathway). Этот механизм так же называют “путь сиг- нализации инсулина и инсулино-подобного факто- ра роста-1”(ПСИИ) (insulin and IGF-1 signaling (ISS) pathway). Путь калорийного контроля состоит из: 1) гормональных факторов циркулирующие в крови (GH, IN, IGF-1); 2) клеточных рецепторов этих факторов (GHR, IR, IGFR-1) и 3) внутриклеточного каскада белков регулирующих фунционирование ПКК: 1) СTH1/2; 2) Arf1/6; 3) Ras; 4) Raf; 5) МЕК; 6) PI3P; 7) PTEN; 8) Akt; 9) mTOR; 10) S6K; 11) TSC1/2; 12) FOXO; 13) AMPK; 14) Sirt1 and 15) PGC-1a. Этот основополагающий для эволюции процесс регулирует приток питательных и энергети- ческих ресурсов в клетку и её метаболизм. Тем самым ПКК осуществляет контроль скорости старения клет- ки, что в конечном счёте контролирует смерть клетки и всего многоклеточного организма [1]. Парадоксальным образом, недавние исследова- ния и открытия в таргетной терапии рака показали, что клеточный каскад белков “пути калорийного контроля”(ПКК) также контролирует канцерогенез кле- ток, что приводит к возникновению многочисленных раковых заболеваний у человекa [2,3]. Этими белками являются: 1) ErbB1-4; 2) IGFR-1; 3) СTH1/2; 4) Arf1/6; 5) Ras; 6) Raf; 7) МЕК; 8) PI3P; 9) PTEN; 10) Akt and 11) mTOR. Они представляют собой «противораковые мишени» (onco-targets) для создания противораковых лекарств таргетной терапии нового поколения. Одним из бел- ков ПКК способных одновременно контролировать процессы старения и развития рака является белок под названием cytohesin1/2 (СTH1/2). Внутриклеточ- ные функции СTH1/2 включают в себя: 1) регуляцию передачи сигналов ErbB1-4, IR, IGFR-1, VEGFR рецепто- рами [4,5]; 2) контроль везикулярного транспорта этих рецепторов; 3) модуляцию функции V-ATPase как pH- рецептора и нано-мотора регулирующего закисление внутриклеточных органелл и внеклеточного про- странства, а также 4) активацию малых Arf1/6 GTPases [6,7]. Сигнальный путь активируемый при ограничении калорийности питания как мишень для таргетной терапии рака и старения. Новое поколение лекарственных средств двойного действия Владимир Маршанский Kadmon Pharmaceuticals Corporation, Molecular Oncology Division, Alexandria Center for Life Science, New York, NY & Program in Membrane Biology, Center for Systems Biology, Simches Research Center, MGH and Harvard Medical School, Boston, MA, USA E-mail: Marshansky.Vladimir@mgh.harvard.edu Секция 549 The calorie restriction pathway as a drug target in cancer and aging: A new generation of double-action drugs Vladimir Marshansky Kadmon Pharmaceuticals Corporation, Molecular Oncology Division, Alexandria Center for Life Science, New York, NY & Program in Membrane Biology, Center for Systems Biology, Simches Research Center, MGH and Harvard Medical School, Boston, MA, USA E-mail: Marshansky.Vladimir@mgh.harvard.edu During the last few decades various biological processes controlling aging and life expectancy of eukaryotic organisms including humans have been discovered. One of the most crucial of these mechanisms is the “calorie restriction (CR) pathway”, also known as, the “insulin and IGF-1 signaling (IIS) pathway”. The CR pathway is formed by: i) soluble hormonal factors found in the blood stream such as GH, IN and IGF-1; ii) the cell surface receptors for these factors including GHR, IR, IGFR-1; and iii) cascades of intracellular signaling proteins such as СTH1/2, Arf1/6, Ras, Raf, МЕК, PI3P, PTEN, Akt, mTOR, S6K, TSC1/2, FOXO, AMPK, Sirt1 and PGC-1a. Extraordinarily, the CR pathway is evolutionarily conserved from yeast to humans. It controls cellular bioenergetics by sensing and adjusting the intake of nutrients and regulating energy consumption. By these means the CR pathway controls the life and death of both individual cells and whole organisms [1]. Remarkably, recent groundbreaking discoveries have revealed that beyond regulating longevity, the CR pathway is also involved in cellular carcinogenesis, and thus is driving the development of a variety of human cancers [2,3]. Consequently, the components of CR pathway including ErbB1-4, IGFR-1, СTH1/2, Arf1/6, Ras, Raf, МЕК, PI3P, PTEN, Akt and mTOR, are now also considered as targets for the development of novel cancer therapies. Cytohesin1/2 (CTH1/2) is one of the components of the CR pathway that controls both the aging process and cancer development. It has a variety of intracellular functions including: 1) regulation of signaling through EGFR, IR, IGFR-1 and VEGFR receptors [4,5]; 2) control of the vesicular trafficking of these receptors; 3) modulation of the pH-sensor and proton pump functions of V-ATPase and acidification of intracellular compartments and extracellular environment; and 4) activation of the Arf1/6 small GTPases [6,7]. Research, development, clinical trials and commercialization of specifically targeted anti-cancer drugs is one of the most dynamic areas within the pharmaceutical industry. Specifically, our laboratory is involved in the development of anti-CTH1/2 compounds (drugs and peptides) that are able to inhibit cancer cell proliferation. Section 55 0 Развитие, создание, клинические испытания и коммер - циализация противораковых лекарств таргетной тера - пии является одним из самых перспективных и быстро развивающихся направлений в фармацевтической индустрии. В частности, наша лаборатория занимается разработкой и созданием фармакологических пре - паратов (лекарств и пептидов) нового поколения для противораковой таргетной терапии которые нацеле - ны в качестве мишени на белок cytohesin1/2 (СTH1/2). Однако очень важно подчеркнуть, что эти препараты действуя на белок СTH1/2 и регулируя «путь кало - рийного контроля» в нормальных постмитотических клетках, могут замедлять старение и удлинять про - должительность жизни. Таким образом эти фармако - логические препараты двойного действия, принима - емые в более низких дозах, как раз и могут оказаться теми таблетками против старения, «средством вечной молодости» или «фонтаном живой воды» которые так долго искало человечество. «Теорема Бронштейна» или «Проблема красной и синей таблетки». Возможно ли, что «Красная таб - летка» являющаяся лекарством двойного действия (фармакологическим препаратом удлиняющим про - должительность жизни человека, а также лечащее раковые заболевания), имеет значительно больший потенциал успешного фармацевтического развития, коммерциализации и применения, чем «Синяя таб - летка», являющаяся фармакологическим препаратом способным только удлинять продолжительность жизни человека? Ответ на этот критический воп - рос поставленный в данной теореме ожидает своего решения и практического применения в самом ближай - шем будущем. Литература [1] López-Otín C., Blasco M.A., Partridge L., Serrano M., and Kroemer G. ( 2 013) The hallmarks of aging. Cell 153, 11 9 4 -1217 [ 2] Hanahan D., and Weinberg R.A. ( 2000) The Hallmarks of caner. Cell 100, 57 - 7 0 [ 3] Hanahan D., and Weinberg R.A. ( 2 011) The Hallmarks of cancer: The next generation. Cell, 144, 646 -674 [ 4] Hafner M., Schmitz A., Grune I, Srivatsan S.G., Paul B., Kolanus W., Quast T, Kremmer E., Bauer I., and Famulok M. ( 200 6) Inhibition of cytohesins by SecinH 3 leads to hepatic insulin resistance. Nature, 444, 941-944 [5] Bill A., Schmitz A., Albertoni A, Song J-N., Heukamp L.C., Walrafen D., Thorwirth F., Verveer P.J., Zimmer S., Meffert L., Schreiber A., Chatterjee S., Thomas R.K., Ullrich R.T., Lang T., and Famulok M. ( 2 0 10) Cytohesins are cytoplasmic ErbB receptor activators. Cell, 143, 2 0 1 -211 [ 6] Hosokawa H., Dip P.V., Merkulova M., Bakulina A., Zhuang Z., Khatri A., Jian X., Keating S.M., Bueler S.A., Rubinstein J.L., Randazzo P.A., Ausiello D.A., Gruber G., and Marshansky V. ( 2 013) The N termini of a-subunit isoforms are involved in signaling between vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) and cytohesin- 2. J Biol Chem, 288, 58 9 6 - 5 913 [ 7] Marshansky V., Rubinstein J.L., and Gruber G. ( 2 014) Eukaryotic V-ATPase: Novel structural findings and functional insights. Biochim Biophys Acta, 1837, 857 -879 51 However, it is vital to emphasize that by targeting CTH1/2 in CR pathway of normal postmitotic cells, these novel compounds may also decelerate aging, delay age-related diseases and extend life expectancy. Thus, these doubleaction compounds, taken at low doses, may represent the “Magic Bullet anti-Aging Pill” or the “Fountain of Youth” sought by humanity for centuries. “Bronstein’s Theorem” or the “Red and Blue Pill Problem”: Is it possible that a ”Red Pill”, formulated with the doubleaction of being both anti-aging and also curing cancer, has a greater chance of being successfully developed and commercialized than a “Blue Pill” developed solely as an anti-aging drug without any anti-cancer capacity? The vital answer to “Bronstein’s Theorem” awaits solution and practical application. Our intention is to reach this goal in the near future. References: [1] López-Otín C., Blasco M.A., Partridge L., Serrano M., and Kroemer G. (2013) The hallmarks of aging. Cell 153, 1194-1217 [2] Hanahan D., and Weinberg R.A. (2000) The Hallmarks of caner. Cell 100, 57-70 [3] Hanahan D., and Weinberg R.A. (2011) The Hallmarks of cancer: The next generation. Cell, 144, 646-674 [4] Hafner M., Schmitz A., Grune I, Srivatsan S.G., Paul B., Kolanus W., Quast T, Kremmer E., Bauer I., and Famulok M. (2006) Inhibition of cytohesins by SecinH3 leads to hepatic insulin resistance. Nature, 444, 941-944 [5] Bill A., Schmitz A., Albertoni A, Song J-N., Heukamp L.C., Walrafen D., Thorwirth F., Verveer P.J., Zimmer S., Meffert L., Schreiber A., Chatterjee S., Thomas R.K., Ullrich R.T., Lang T., and Famulok M. (2010) Cytohesins are cytoplasmic ErbB receptor activators. Cell, 143, 201-211 [6] Hosokawa H., Dip P.V., Merkulova M., Bakulina A., Zhuang Z., Khatri A., Jian X., Keating S.M., Bueler S.A., Rubinstein J.L., Randazzo P.A., Ausiello D.A., Gruber G., and Marshansky V. (2013) The N termini of a-subunit isoforms are involved in signaling between vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) and cytohesin-2. J Biol Chem, 288, 5896-5913 [7] Marshansky V., Rubinstein J.L., and Gruber G. (2014) Eukaryotic V-ATPase: Novel structural findings and functional insights. Biochim Biophys Acta, 1837, 857-879 52 Цитохром с выполняет в клетке по меньшей мере две функции: перенос электронов в дыхательной цепи и регуляцию одного из каскадов программируемой клеточной гибели. Кроме того, цитохром с может обеспечивать защиту клетки от активных форм кисло- рода. Как эти функции реализуются в контексте целого организма можно выяснить методами обратной гене- тики, которая позволяет создать уникальные организ- мы (в данном случае, мышей) с полным, частичным или регулируемым дефицитом функции гена. Известно, что полный генетический нокаут цитохрома с ведет к эмб- риональной летальности у мышей. Попытки разделить две главных функции цитохрома с с помощью сайт-на- правленного мутагенеза in vivo дали противоречивые результаты. Нами созданы и исследованы мыши с мута- цией K72W, а также мыши со значительным снижением уровня экспрессии цитохрома с в выбранном виде клеток. Фенотипические особенности таких мышей будут обсуждены в докладе. Обратная генетика в изучении функций цитохрома с С.А. Недоспасов НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, Кафедра иммунологии, Биологический факультет, МГУ им.М.В.Ломоносова Институт молекулярной биологии им.Энгельгардта, РАН E-mail: sergei.nedospasov@gmail.com Секция 5 Ход старения запрограммирован. Как именно и поче- му? Ответ предлагается в новой теории старения. Оставим теломерам теломерное, а мозгу мозгово А.М. Оловников Институт Биохимической физики E-mail: olovnikov@gmail.com Секция 653 Reverse genetics in elucidation of cytochrome c functions Sergey A.Nedospasov Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Department of Immunology, Faculty of Biology, Lomonosov Moscow State University; Institute of Molecular Biology RAS E-mail: sergei.nedospasov@gmail.com Cytochrome c possesses at least two cellular functions: electron transfer in the respiration chain and regulation of one of pro-apoptotic cascades. Additionally, cytochrome c may provide protection against ROS. How these functions are balanced in the context of a living organism may be addressed by reverse genetics through engineering of unique mice with complete, partial or controllable dysfunctions of the gene and its product. Complete knockout of cytochrome c in mice is known to result in embryonic lethality. Attempts to separate two main functions of cytochrome c by site-directed mutagenesis in vivo led to controversial results. We have generated knockin mice with K72W mutation, as well as a panel of mice with significant deficit of cytochrome c in a particular cell type. Phenotypic features of these mice will be discussed. Leave to telomere the telomere’s and to brain the brain’s Alexey M. Olovnikov Institute of Biochemical Physics E-mail: olovnikov@gmail.com The course of aging is programmed. How and why? The answer is offered in the new theory of aging. Section 5 Section 654 Чувствительной к нутриентам киназе mTOR (Target of Rapamycin) придают ключевую роль в клеточном старении и старении организма. Фармакологические вмешательсвта, угнетающие регуляцию этой киназы, увеличивают продолжительность жизни дрожжей, нематод, мух и грызунов. В серии экспериментов мы исследовали влияние метформина (МФ) и рапамицина (Рап) на биомаркеры старения, продолжительность жизни, спонтанный и химический канцерогенез у аут- бредных, инбредных и трансгенных HER-2/neu мышей и крыс. Ингибитор mTOR Рап предотвращал возраст- ное увеличение веса тела, уменьшал скорость старе- ния, увеличивал продолжительность жизни и тормо- зил канцерогенез у трансгенных HER-2/neu мышей, высоко предрасположенных к развитию аденокарци- ном молочной железы. Длительное курсовое введение Рап самкам мышей 129/Sv увеличивало продолжи- тельность их жизни и замедляло развитие новообра- зований У самок мышей SHR МФ замедлял старение и появление опухолей при начале введения препарата с 3-месяччного, но не с 915-месячного возраста. Дли- тельное введение МФ мышам линии 129/Sv уменьшало среднюю продолжительность жизни самцов на 13.4% и несколько увеличивало ее у самок. МФ не оказывал влияния на частоту спонтанных опухолей у взрослых самцов мышей 129/Sv и уменьшал в 3.5 раза частоту злокачественных новообразований у самок. Мышам 129/Sv на 3-й, 5-й и 7-й дни жизни вводили подкожно МФ, что сопровождалось существенным увеличением средней продолжительности жизни на 20% у самцов, тогда как у самок она уменьшалась на 9.1% по срав- нению с контролем. МФ увеличивал СПЖ на 8% и латентный период аденокарцином молочной железы на 13.2% у взрослых мышей - носителей гена HER-2/ neu. Нами также было показаано угнетающее действие фенформина и МФ на развитие опухолей толстой кишки, индуцируемых 1,2-диметилгиразином у крыс, а также на канцерогенез, инуцируемый такими агентами как рентгеновское облучение, N-нитрозометилмоче- вина, 7,12-диметили(а)антрацен, бензо(а)пирен и уре- тан. Результаты наших экспериментов свидетельствуют о перспективности применения метформина и рапа- мицина для профилактики рака и преждевременного старения у челоовека. Угнетение киназы mTOR для профилактики старения и рака Владимир Н. Анисимов НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова Минздрава РФ, Институт цитологии РАН, Песочный-2, Санкт- Петербург 197758 РоссияE E-mail: aging@mail.ru Секция 655 Kinase mTOR inhibition for aging and cancer prevention Vladimir N. Anisimov N.N. Petrov Research Institute of Oncology, St.Petersburg, Russia; E-mail: aging@mail.ru The nutrient-sensing kinase mTOR (Target of Rapamycin) pathway is involved in cellular and organism aging. Pharmacological interventions that inhibit this pathway increase life span in yeast, nematode, flyies and rodents. In a number of experiments we studied the effects of Metformin (MF) and Rapamycin (Rap) on biomarkers of aging, life span, spontaneous and chemically-induced carcinogenesis in outbred, inbred and transgenic HER-2/neu mice and in rats. The mTOR inhibitor Rap prevents agerelated weight gain, decreases rate of aging, increases life span and decreases carcinogenesis in transgenic HER-2/ neu cancer-prone mice. Rap dramatically delayed tumors onset, decreased a number of tumors per animal and tumor size. Lifelong intermittent administration of Rap (every other 2 weeks) extends lifespan in female 129/Sv mice. Rap inhibited age-related weight gain, decreased aging rate, increased lifespan (especially in the last survivors) and delayed spontaneous cancer. In female SHR mice, MF slowed down aging and somewhat postponed appearance of tumors when started at the young and middle but not at the old age. MF improved reproductive function when started at any age. The chronic treatment of adult inbred 129/Sv mice with MF decreased by 13.4% the mean life span of male mice and slightly increased the mean life span of female mice. The treatment with MF failed influence spontaneous tumor incidence in adult male 129/Sv mice and decreased by 3.5 times the incidence of malignant neoplasms in female mice. Male and female 129/Sv mice were s.c. injected with MF at the 3rd, 5th and 7th days after birth. In males, neonatal MF treatment significantly increased the mean life span (+ 20%, p < 0.05) and slightly increased the maximum life span (+3.5%). In females, the mean life span and median in MFtreated groups were slightly decreased (-9.1% and -13.8% respectively, p>0.05) in comparison to controls. Thus, neonatal MF exposure slows down aging and prolongs lifespan in male but not in female mice. MF increased mean life span by 8% and mammary adenocarcinoma (MAC) latency by 13.2% (p<0.05) in transgenic HER2/neu mice. We also have shown that phenformin or MF inhibits 1,2-dimethylhydrazine-induced colon carcinogenesis in rats, X-rays, N-nitrosomethylurea, 7,12-dimethylbenz(a)a nthracene or benzo(a)pyrene-induced mammary carcinomas in rats, cervicovaginal, skin and soft tissue tumorigenesis in mice. These results suggest that both MF and Rap may be useful in prevention of cancer and extension of lifespan when used in rational and appropriate ages, doses and schedules. Section 656 Принятие концепции запрограммированного старе- ния (феноптоза) (1) неизбежно порождает вопрос о том, какие преимущества дает эта программа сооб- ществам, состоящим из стареющих особей? Ряд авто- ров рассматривает старение как «ускоритель эволю- ции» (1, 2). Это, безусловно, разумное предположение нуждается на наш взгляд в определенном дополнении. Мы считаем, что широчайшая распространенность феномена старения объясняется тем, что в определен- ных ситуациях присутствие старых особей становится залогом не только эволюции, но и самого существова- ния популяций. Задачей нашей работы было создание математической модели, позволяющей проиллюс- трировать, что могут существовать ситуации, когда присутствие старых особей обусловливает выживание популяции, в то время как нестареющая популяция в данных условиях полностью гибнет. Логическая основа модели состоит в следующем: 1. Природные популяции живут в условиях неравномерной скорости возобновления ресурсов. 2. При высокой скорости возобновления ресурса популяция стремить- ся достичь максимальной численности. 3. Падение скорости поступления ресурса до нуля может происходить очень быстро (например, в случае засухи) 4. В этих условиях принципиальной для выживания популяции стано- вится способность хотя бы части особей пережить период дефицита ресурса. 5. Быстрое вымирание более слабых старых особей экономит ресурсы для выживания молодых и сильных. Математическая основа модели – использование принципа мультиагентного моделирования, позволя- ющего выявлять глобальные закономерности функци- онирования модели, анализируя поведение ансамбля агентов c известными законами поведения и взаимо- действия с модельной средой и между собой (http:// www.winmobile.biz ). Модель, а также ее подробное описание представ- лены в открытом доступе по адресу http://www. winmobile.biz/star. Основной расчетный параметр - время вымирания (ExtinctionTime, ET), за которое чис- ленность популяции снижается на заданную % долю от исходного размера. Эксперименты in silico подтвер- дили отсутствие фатальных противоречий в наших логических построениях. Присутствие старых особей при включении программы старения в 25-30 лет дает 24-26% прибавку ET. Литература: 1. Скулачев В.П. Что такое «феноптоз» и как с ним бороться? Обзор. 2012 Биохимия 77:7. P. 827-846. 2. Миттельдорф Дж. Дж. Адаптивное старение в контексте эволюционной теории. 2012 Биохимия 77:7. P. 858-870. Старение спасает популяции от вымирания в условиях дефицита ресурсов: эксперименты in silico Владимир А. Чистяков, Юрий В. Денисенко Академия биологи и биотехнологии Южного федерального университета, Ростов-на-Дону, 344090, Россия E-mail: Vladimirchi@sfedu.ru Vladimirchi@yandex.ru Секция 657 Ageing saves populations from extinction under lack of resources conditions: in silico experiments Vladimir А. Chistyakov, Yuiriy V. Denisenko Academy of biology and biotechnology of the Southern federal university, Rostov-on-Donu, 344090, Russia E-mail: Vladimirchi@sfedu.ru vladimirchi@yandex.ru Acceptance of the concept of the programmed ageing (phenoptosis) (1) inevitably causes question regarding which advantages such a program brings to communities consisting of senescent individuals? Some authors consider aging as an “evolution accelerator” (1, 2). This undoubtedly reasonable assumption needs a specific addition from our point of view. We believe that ageing phenomenon being widespread can be explained as following: in certain situations the presence of aged individuals becomes a pre-requisite for not only the evolution but also for the very life of the populations. The problem we are dealing with in the present work is development of a model that would allow one to illustrate existence of the situations when aged individuals’ presence governs population survival, while unaging population would die in such circumstances. The logical basis of the model is the following: 1. Natural populations exist under conditions of uneven rate of resources renewal. 2. A population tends to achieve peak of its size when the rate of resources renewal is high. 3. Decrease in the rate of resources renewal to zero can happen very rapidly, for instance in the case of drought. 4. In the described above cases, ability of at least part of the population to survive a period of the lack of resources becomes crucial. 5. Rapid extinction of the weaker individuals helps to save resources for survival of younger and stronger individuals. Mathematical framework of the model is based on the principle of multi-agent modeling allowing one to reveal holistic rules of the model functioning by means of analysis of the agents’ ensemble behavior in accordance with the known laws of behavior and interaction with the model environment and inter se (http://www.winmobile. biz). The model together with its detailed description are available free of charge at the link http://www.winmobile. biz/star. The main computational parameter is ExtinctionTime (ET) showing the time over which a size of the population decrease at the specified rate from the initial size. Experiments in silico have confirmed absence of the fatal contradiction in our logical constructions. Presence of the aged individuals once the program of ageing has been turned at the age of 25-30 years results in 24-26% addition to the ET. References: 1. Skulachev V.P. What is “phenoptosis” and how to fight it? 2012 Biochemistry (Mosc). 77:7. P.689-706. 2. Mitteldorf J.J. Adaptive aging in the context of evolutionary theory. 2012 Biochemistry (Mosc). 77:7. P.716-725. Section 6Полное название нашего проекта – «Практическое применение ионов Скулачева». В первые годы работы проект был, в основном, сфокусирован на проведении исследований свойств SkQ, изучения механизмов взаи- модействия этих веществ с биологическими система- ми разного уровня, поиска областей применения ми- тохондриальных антиоксидантов. В этом направлении удалось добиться существенных успехов, о чем свиде- тельствуют, например, наукометрические показатели проекта (количество публикаций, индекс их цитирова- ния). Однако «практическое применение» подразуме- вает создание и внедрение в практику лекарственных препаратов на основе SkQ. Для этого необходимо проведение клинических исследований, а в случае их успешности - наладка производства, дистрибуции и маркетинга разработанных лекарств. Для решения этих задач были привлечены существенные объемы инвестиций, сформирована соответствующая команда специалистов, выстроена система управления про- ектом. В результате проекту удалось решить сущест- венную часть поставленных практических задач, и мы располагаем достаточными ресурсами для успешного продолжения проекта и достижения его главной цели: создания новой области биомедицинских технологий - митохондриально-ориентированной фармацевтики, предназначенной для борьбы с возрастными заболе- ваниями и старением как таковым. SkQ за пределами лаборатории: обзор клинических исследований и других результатов создания лекарственных препаратов на основе SkQ М.В. Скулачев, Е.М. Каргер ООО «Митотех» и НИИ Митоинженерии МГУ E-mail: max@mitotech.ru Секция 6SkQ outside laboratories: review of clinical results and other achievements of SkQ drug development. M.V. Skulachev, E.M. Karger Mitotech and Institute of Mitoengineering of Moscow State University E-mail: max@mitotech.ru The full title of our project is “Practical application of Skulachev ions”. At the first stage the project was mainly focused on the studies of SkQ properties, mechanisms of its interaction with different biological systems, areas of applications for mitochondrial antioxidants. This part of the project activity was successful judging from the number of scientific publications and their citation index. However “practical application” means also development and implementation of SkQ-based pharmaceuticals. This task requires clinical studies followed if successful by organization of dug manufacturing, distribution and marketing. To fulfill this task sufficient amount of investments was raised, professional team and management structure were formed. At the moment the project has made a significant progress towards its goal. We believe now that we have enough resources to complete the project mission: to create a new area of biomedical technology – mitochondrially-targeted pharmaceutics aimed on agerelated diseases and ageing in general. Section 660 Патогенные формы персистеров – это дремлющие варианты обычных клеток, которые устойчивы к ан- тибиотикам. У E. coli за образование персистера отве- чает в основном модуль Токсин/Антитоксин (Т/А). ТА модули присутствуют в сильном избытке. У E. coli их 25 и более 80 у туберкулезной палочки. Большинство токсинов вызывает переход в дремлющее состояние, ингибируя синтез белка. Токсин TisB образует ионные каналы, вызывая истощение по pmf и ATФ и отключе- ние функций. Доступные антибиотики убивают путем порчи активных мишеней и не эффективны против дремлющих персистеров. Мы открыли несколь- ко соединений, эффективных против персистеров. Ацилдепсипептид (ADEP), активатор ClpP протеазы, заставляет клетки само перевариваться, убивая пер- систеры in vitro и в модельной системе инфекции на мышиных биопленках. Lassomycin, выделенный из не культивируемой Lentzea убивает персистеров тубер- кулезной палочки путем ингибирования необходимой ей ClpP1P2C1 АТФ-азы и одновременно увеличивает ее общую АТФ-азную активность. Teixobactin, продуци- руемой не культивируемой Eleftheria terrae, является новым ингибитором синтеза клеточной стенки. Он свя- зывается с двумя консервативными мишенями: липи- дом II, предшественником пептидогликана, и пептидом III, предшественником тейхоевой кислоты клеточной стенки. И не отмечено развития резистентной устой- чивости к тейксобактину. Пульсовые дозы тейксобак- тина элиминируют всех персистеров. Выживание и смерть клеток-персистеров Ким Льюис Антимикробный Исследовательский Центр, Северовосточный Университет, Бостон, США E-mail: k.lewis@neu.edu Секция 661 Survival and Death of Persister Cells Kim Lewis Antimicrobial Discovery Center, Northeastern University, Boston, USA E-mail: k.lewis@neu.edu Pathogens form persisters, dormant variants of regular cells which are tolerant to killing by antibiotics. In E. coli, Toxin/antitoxin (TA) modules are largely responsible for persister formation. TAs are highly redundant, there are 25 of them in E. coli and over 80 in M. tuberculosis. Most toxins cause dormancy by inhibiting protein synthesis. The TisB toxin forms an ion channel, causing depletion of pmf and ATP, and shutdown of functions. Available antibiotics kill by corrupting active targets, and are ineffective against dormant persisters. We are developing several anti-persister compounds. Acyldepsipeptide (ADEP), an activator of the ClpP protease, forces the cell to self-digest, killing persisters in vitro and in a mouse biofilm model of infection. Lassomycin isolated from an uncultured Lentzea kills persisters of M. tuberculosis by inhibiting its essential ClpP1P2C1 ATPase and simultaneously increasing its ATPase activity. Teixobactin, produced by an uncultured Eleftheria terrae, is a novel inhibitor of cell wall synthesis. It binds two immutable targets, lipid II, precursor of peptidoglycan, and lipid III, precursor of wall teichoic acid, and there is no resistance development to teixobactin. Pulse-dosing with teixobactin eliminates persisters. Section 662 Диабет является хроническим заболеванием, на ко- торое влияют генетические и экологические (в том числе диета) факторы. Наиболее распространенная форма этого заболевания, сахарный диабет 2 типа, является заболеванием быстро прогрессирующим в процессе старения. Последние данные указывают на потенциальную роль воспаления панкреатических островков, как одного из ключевых фактров в разви- тии сахарного диабета 2 типа. Несмотря на обширные исследования этой проблемы механизмы воспаления в панкреатических островках пока не ясны. Инфор- мация об этих механизмах была в основном получена в условиях in vitro или in situ. В этой связи большую ценность представляют исследования, выполненные в условиях, наиболее приближенных к естественным. Целью данного исследования является неинвазивное с высоким разрешением в условиях in vivo наблю- дение воспаления панкреатических островков при развитии диабета 2 типа с использованием передней камеры глаза. Для достижения этой цели островки поджелудочной железы мыши трансплантируют в переднюю камеру глаза другой мыши. После транс- плантации постоянное неинвазивное наблюдение за функционированием островков, пересаженных в переднюю камеру глаза, выполняется в условиях in vivo с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии, и прослеживается развитие воспаления панкреатических островков в процессе кормления животных диетами с высоким содержанием жиров или высоким содержанием углеводов (условия приводя- щие к сахарному диабету 2 типа) в сравнении с обыч- ной диетой. Это исследование было поддержано грантом С.В. Зай- цева из Европейского фонда по изучению диабета и GlaxoSmithKline. Неинвазивная регистрация вялотекущего воспаления в панкреатических островках в условиях потребления высокоэнергетичкой диеты И. И. Зайцева1 , А. Дикер1 , Эрвин Илигемс1 , Пер-Улоф Бергрен1 и С. В. Зайцев1,2 * 1 Исследовательский центр Luft диабета и эндокринологии им. Рольфа Люфта, Каролинского институт, S-17176 Стокгольм, Швеция 2 Научно-исследовательский институт физико- химической биологии им. А. Н.Белозерского и Факультет биоинженерии и биоинформатики, Московский государственный университет, Москва, 119991, Россия E-mail: Sergei.Zaitsev@ki.se Секция 663 Noninvasive longitudinal live imaging of low grade inflammation in pancreatic islets under conditions of high energy intake Irina I. Zaitseva1 , Andrea Dicker1 , Erwin Iligems1 , Per-Olof Berggren1 and Sergei V. Zaitsev1,2* 1 The Rolf Luft Research Center for Diabetes and Endocrinology, Karolinska Institutet, Karolinska University Hospital, S-17176 Stockholm, Sweden 2 A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology and Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia E-mail: Sergei.Zaitsev@ki.se Diabetes is a chronic disorder initiated by factors of genetic and environmental (including diet) origin. The rate of the most abundant form of this disease, type 2 diabetes, is increasing during aging. Recent evidence points to pancreatic islet inflammation as one of the key players in the development of type 2 diabetes. Despite the extensive research performed within this topic, the mechanisms of inflammation in the pancreatic islets are not yet clear. The information on these mechanisms has been obtained predominantly under in vitro or in situ conditions. However, it is highly valuable to perform such measurements under more in vivo like conditions to provide a basis for interpretation and evaluation of the physiological relevance of in vitro studies. The aim of this study is to cover this niche and, for the first time, to perform noninvasive high-resolution in vivo imaging of pancreatic islet inflammation in type 2 diabetes by using the anterior chamber of the eye as in vivo model for islet cell research. To approach this aim pancreatic islets from a mouse are transplanted into the anterior chamber of the eye of another mouse. After transplantation longitudinal noninvasive in vivo imaging of islets transplanted into the anterior chamber of the eye is performed by using confocal laser scanning microscopy and the development of pancreatic islet inflammation in the course of high-fat, high carbohydrate feeding (conditions leading to type 2 diabetes) is monitored compare to the normal diet. Acknowledgement: This study was supported by the grant to S.V. Zaitsev from the European Foundation for the Study of Diabetes and GlaxoSmithKline. Section 664 Окислительный стресс играет важную роль в пато- генезе незаживающих ран различной этиологии. Мы исследовали заживление кожных ран у старых мышей и у мышей с диабетом (линия db/db). Для выяснения возможной роли активных форм кислорода образуе- мых в митохондриях (митоАФК) при этих патологиях был использован митохондриально-направленный антиоксидант SkQ1. Было показано, что прием SkQ1 ускоряет завершение воспалительной фазы, форми- рование грануляционной ткани, васкуляризацию и эпителизацию ран. SkQ1 стимулирует накопление в ранах миофибробластов — клеток, которые усиленно продуцируют компоненты внеклеточного матрикса и ростовые факторы, способствующие созреванию грануляционной ткани. Подобный эффект SkQ1 мы наблюдали ранее в культуре фибробластов, где он стимулировал миофибробластную дифференцировку. Под действием SkQ1 усиливается продукция цитокина TGFβ, который стимулирует подвижность эндотелиаль- ных клеток, и это, возможно, определяет ускоренный рост сосудов в ранах. Эксперименты in vitro показали, что SkQ1 предотвращает вызванное фактором некроза опухолей (TNF) разрушение адгезионных контактов и последующее повышение проницаемости монослоя эндотелиальных клеток для макромолекул. Прием SkQ1 не снижает повышенный воспалительный статус у старых мышей и мышей с диабетом. Можно полагать, что защита эндотелия от избыточной активации под действием воспалительных цитокинов лежит в основе противовоспалительного действия SkQ1. Полученные результаты указывают на важную роль митоАФК в пато- генезе незаживающих ран. Митохондриально-направленный антиоксидант SkQ1 ускоряет заживление ран у старых мышей и мышей с диабетом Екатерина Н. Попова1,3 , Илья Н. Демьяненко2 , Влада В. Захарова1,3,4 , Ольга П. Ильинская2 , Тамара В. Васильева2 , Валерия П. Ромащенко4 , Артем В. Федоров2 , Василий Н. Манских1,3 , Роман А. Зиновкин1,2,3 , Ольга Ю. Плетюшкина1,3 , Борис В. Черняк1,3 1 НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, 2 Биологический факультет, 3 Институт Митоинженерии, 4 Факультет биоинженерии и биоинформатики, Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова. E-mail: Bchernyak@yahoo.com Секция 765 Mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 improves impaired wound healing in old and diabetic mice Ekaterina N. Popova1,3 , Ilya N. Demyanenko2 , Vlada V. Zakharova1,3,4 , Olga P. Ilyinskaya2 , Tamara V. Vasilieva2 , Valeria P. Romashchenko4 , Artem V. Fedorov2 , Vasily N. Manskikh1,3 , Roman A. Zinovkin1,2,3 , Olga Yu. Pletjushkina1,3 , Boris V. Chernyak1,3 1 Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, 2 Faculty of Biology, 3 Institute of Mitoengineering, 4 Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Lomonosov Moscow State University E-mail: Bchernyak@yahoo.com Oxidative stress is recognized as the important factor of pathogenesis of chronic wounds of various etiologies. To investigate the possible role of mitochondrial reactive oxygen species (mtROS) in this pathology we have applied the mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 to treat impaired dermal wounds in diabetic db/db mice and in aged mice. The SkQ1 treatment resulted in accelerated resolution of the inflammatory phase, formation of granulation tissue, vascularization and epithelization of the wounds. The wounds of SkQ1-treated mice contained increased amount myofibroblasts which produce extracellular matrix proteins and growth factors mediating granulation tissue formation. This effect resembled SkQ1-induced myofibroblast differentiation of fibroblasts observed earlier in vitro. TGFβ produced by SkQ1-treated fibroblasts stimulated motility of endothelial cells in vitro and this effect could underlie pro-angiogenic action of SkQ1 in the wounds. In vitro experiments showed that SkQ1 prevented decomposition of adherens junctions and following increase in permeability of endothelial cells monolayer induced by pro-inflammatory cytokine TNF. Treatment with SkQ1 did not affect the elevated inflammatory status in the both diabetes and aging, so prevention of excessive reaction of endothelium to the pro-inflammatory cytokine(s) probably underlies anti-inflammatory effect of SkQ1. Our findings point to an important role of mtROS in pathogenesis of chronic wounds. Section 766 Согласно теории “воспалительного старения”, старчес- кий фенотип в значительной степени обусловлен про- цессами хронического воспаления. Старению и воспа- лению сосудов сопутствует повышение концентрации провоспалительных цитокинов в крови, что приводит к развитию воспалительных реакции эндотелия. Воз- растное повышение экспрессии молекулы адгезии ICAM1 в аортах 24-месячных мышей полностью отсутс- твовало у животных, длительное время потреблявших SkQ1. В эндотелиальных клетках, обработанных ФНО, SkQ1 снижал экспрессию ICAM1, VCAM, и Е-селектина, а также секрецию ИЛ6 и ИЛ8, предотвращая адгезию нейтрофилов к монослою эндотелия. SkQ1 значитель- но снижал активацию NF-κB, уменьшая фосфорили- рование и протеолитическое расщепление ингиби- торной субъединицы IκBα. SkQ1 также предотвращал вызванную ФНО протеолитическую деградацию VE- кадгерина, основного белка адгезионных контактов, тем самым сохраняя проницаемость эндотелия. Мито- хондриальные разобщители C12TPP и динитрофенол также обладали противовоспалительным действием на клетки эндотелия, действуя, по нашим предвари- тельным данным, через активацию AMPK. Помимо эндотелия, катионные митохондриальные разобщите- ли также снижали вызванную LPS активацию NF-kB у мышиных макрофагов RAW 264.7. Полученные данные свидетельствуют о важной роли митохондриального мембранного потенциала и/или активных форм кисло- рода в регуляции NF-kB и соответствующих воспали- тельных реакций. Молекулярные механизмы противовоспалительного действия SkQ1 Роман А. Зиновкин1 , Анастасия С. Приходько2 , Валерия П. Ромащенко2 , Влада В. Захарова2 , Ольга Ю.Плетюшкина1 , Борис В. Черняк1 и Екатерина Н. Попова1 1 НИИ ФХБ им. А.Н.Белозерского, Московский государственный университет, Москва, 119991, Россия; 2 Факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ, Москва, 119991, Россия. E-mail: roman.zinovkin@gmail.com Секция 767 Molecular mechanisms of anti-inflammatory action of SkQ1 Roman A. Zinovkin1 , Anastastia S. Prikhodko2 , Valeria P. Romaschenko2 , Vlada V. Zakharova2 , Olga Yu. Pletjushkina1 , Boris V. Chernyak1 and Ekaterina N. Popova1 1 A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia; 2 Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia. E-mail: roman.zinovkin@gmail.com According to the “Inflammaging theory” aging phenotype is largely caused by low-grade chronic proinflammatory status. Vascular inflammation and aging are accompanied by increases in circulatory proinflammatory cytokines leading to inflammatory endothelial response. Prolonged treatment of 24-month-old mice with SkQ1 completely abrogated the increase in adhesion molecule ICAM1 expression in their aortas. In endothelial cell culture, SkQ1 attenuated TNF-induced increase in ICAM1, VCAM, and E-selectin expression and secretion of IL-6 and IL-8, and prevented neutrophil adhesion to the endothelial monolayer. SkQ1 significantly reduced NF-κB activation by inhibiting phosphorylation and proteolytic cleavage of the inhibitory subunit IκBα. SkQ1 also prevented TNF-induced proteolytic degradation of VE-cadherin, the major protein of the adhesion contacts, thus preserving endothelial permeability. Unexpectedly, the mitochondrial uncouplers C12TPP and dinitrophenol also possessed similar anti-inflammatory effects on endothelium acting, according to our preliminary data, via AMPK activation. Behind endothelial targets, the cationic mitochondrial uncouplers also attenuated LPS-induced NF-κB activation of the murine macrophages RAW 264.7. The data indicate an important role of mitochondrial membrane potential and/or reactive oxygen species in regulation of the NF-κB pathway and corresponding inflammatory activation. Section 768 Острый пиелонефрит является одной из наиболее рас- пространенных инфекционных болезней мочеполового тракта и причиной последующей почечной недостаточнос- ти. Основным лечением острого пиелонефрита является применение антибиотиков. Однако немаловажными ком- понентами патогенеза пиелонефрита являютя воспаление и дальнейшее повреждение почечной ткани признаны инфильтрация лейкоцитов и выброс ими активных форм кислорода (АФК) во внеклеточное пространство в ответ на бактериальную инвазию. Исходя из этого, мы считаем воспаление и окислительный стресс явлениями, которые также могут быть мишенями для терапевтического воз- действия, и при этом митохондрии будут играть главную роль. В данной работе для определения роли митохондрий в патологии и поиска стратегий уменьшения повреждения почки использовались модели экспериментального пиело- нефрита in vivo и in vitro. Нами было показано, что пиело- нефрит ассоциирован с окислительным стрессом и гибе- лью клеток почки. В модели острого пиелонефрита in vivo отмечено увеличение концентрации лейкоцитов в крови в два раза по сравнению с интактными крысами на 3-й день после инфицирования. Лейкоцитоз коррелировал с ней- трофилией и моноцитозом, тогда как содержание лимфо- цитов не менялось. Лечение митохондриально-направлен- ным антиоксидантом SkQR1 предотвращало повышение в крови общего числа лейкоцитов и их субпопуляций. Мы наблюдали снижение содержания митохондриального бел- ка Bcl-2 и значительное повышение уровня TNFα в ткани почки при пиелонефрите. Все эти изменения уменьшались при лечении SkQR1. В клеточных моделях обнаружено, что хотя бактериальный лизат индуцирует мощную продукцию TNFα лейкоцитами, она тем более выражена при со-куль- тивировании лейкоцитов с клетками почечных канальцев, что указывает на важную роль прямого взаимодействия между клетками почки и лейкоцитами при индукции воспа- лительного процесса. Таким образом, с помощью моделей пиелонефрита in vivo и in vitro мы продемонстрировали ключевую роль окисли- тельного стресса в гибели почечных клеток и поврежде- нии почки. Митохондрии при этих условиях являются как источником АФК, так и их мишенью, а также регуляторами клеточной гибели. Можно заключить, что митохондрия должна быть главной мишенью фармакологического воз- действия. Это подтверждается тем, что гибель клеток почки и смертность животных уменьшались при применении митохондриально-направленного антиоксиданта SkQR1. Следовательно, в дополнение к антибиотикотерапии, пиелонефрит можно лечить с помощью снижения уровня митохондриальных АФК, что сохраняет целостность мито- хондриального аппарата в клетках и уменьшает поврежде- ние почечной ткани. Работа поддержана НИИ Митоинженерии и грантами РФФИ 14-04-00300 и 14-04-00542 Роль митохондрий и окислительного стресса при остром пиелонефрите Плотников Е.Ю. 1 , Моросанова М.А. 2 , Певзнер И.Б. 1 , Зорова Л.Д. 3 , Манских В.Н. 2 , Галкина С.И. 1 , Зоров Д.Б. 1 1 НИИ Физико-химической биологии имени А.Н.Белозерского, 2 Факультет биоинженерии и биоинформатики и 3 Международный Лазерный центр, МГУ имени М.В.Ломоносова. E-mail: plotnikov@genebee.msu.ru Секция 769 Мitochondria and oxidative stress in an acute pyelonephritis Egor Y. Plotnikov1 , Maria A. Morosanova2 , Irina B. Pevzner1 , Ljubava D. Zorova3 , Vasily N. Manskikh2 , Svetlana I. Galkina1 , Dmitry B. Zorov1 1 A. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, 2 Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, and 3 International Laser Center, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119992, Russia E-mail: plotnikov@genebee.msu.ru Acute pyelonephritis remains to be one of the most frequent infectious diseases of urinary tract and a leading cause of kidney failure worldwide. Inflammatory response and the accompanying oxidative stress can contribute to kidney tissue damage, resulting in infection-induced intoxication that can become life-threatening. The main approach to treat acute pyelonephritis is antibiotic therapy. However, important component highly contributing to inflammation and further destruction of a renal tissue is infiltration of leukocytes and the extracellular releasing of reactive oxygen species (ROS) as a response to bacterial invasion. Hence we infer the inflammation and oxidative stress phenomena can also be a target for intervention, and mitochondria could be a principal player. In our study, in vitro and in vivo models of experimental pyelonephritis were employed to define the role of mitochondria in this pathology and to find a way to alleviate the kidney damage. We showed that pyelonephritis was associated with the oxidative stress and renal cells death. In the in vivo model of acute pyelonephritis, blood leukocytes concentration 3 days after infection was increased 2-fold compared to the intact animals. Leukocytosis correlated with neutrophilia and monocytosis while lymphocyte content did not change. The treatment with mitochondria-targeted antioxidant SkQR1 prevented an elevation of total leukocytes and subpopulations. We observed the reduced content of mitochondrial Bcl-2 and significantly increased TNFα level in pyelonephritic kidney. All these changes were diminished after SkQR1 treatment. It was revealed that although bacterial lysate induces a robust TNFα production by leukocytes in culture, such a production was even higher after co-cultivation of leukocytes with renal tubular cells which points to the important role of direct interaction between renal cell and leukocytes in the induction of inflammation. Thus with aim of in vitro and in vivo modeling of pyelonephritis we demonstrate the key role of oxidative stress in kidney cells death and renal damaging. Mitochondria under these conditions are both source of ROS, their target and cell death regulators. We conclude that mitochondria are the main target for pharmacological intervention. Importantly, renal cell death and animal mortality were both alleviated by mitochondria-targeted antioxidant SkQR1. These findings suggest that pyelonephritis can be treated by reducing mitochondrial reactive oxygen species and thus by protecting mitochondrial integrity and lowering kidney damage. Supported by Research Institute of Mitoengineering and RFBR grants 14-04-00300 and 14-04-00542 Section 770 В последнее время активно обсуждается роль ассоци- ированных со старением структурно-функциональных изменений митохондрий (М) в возникновении и прогрессии болезни Альцгеймера (БА). Цель исследо- вания - оценка вклада дисфункции М в развитие при- знаков БА у крыс OXYS (1) и влияние на него антиокси- данта SkQ1. Установлено, что структурные аномалии М, гиперфосфорилирование тау белка, потеря синапсов, гибель нейронов в мозге крыс OXYS регистрируются раньше, чем усиленное накопление амилоида бета (Aβ1-42) и его внеклеточных скоплений, которые выяв- ляются позднее и соответствуют необратимым стадиям БА. Прием SkQ1 (250 нмоль/кг/день) с возраста 12 до 18 месяцев повысил способность к обучению и память у крыс OXYS и Вистар (контроль), снизил уровни Aβ 1- 42 и Aβ1-40 в гиппокампе крыс OXYS, подавил гибель нейронов и замедлил снижение плотности синапсов (оценивали по белкам-маркерам синапсин I и PSD-95). Также SkQ1 увеличил количество М и улучшил их уль- траструктурные параметры в гиппокампе. Результаты указывают на то, что замедление ассоциированных со старением структурно-функциональных нарушений М мозга – продуктивный подход к профилактике БА, и подтверждают полученные ранее данные (2) о перс- пективности использования с этой целью SkQ1. Литература: [1] Stefanova NA et al. Senescence-accelerated OXYS rats: A model of age-related cognitive decline with relevance to abnormalities in Alzheimer disease. Cell Cycle. 2014 Mar 15;13(6):898-909. [2] Stefanova NA, Muraleva NA, Skulachev VP, Kolosova NG. Alzheimer’s Disease-Like Pathology in Senescence-Accelerated OXYS Rats can be Partially Retarded with Mitochondria-Targeted Antioxidant SkQ1. J Alzheimers Dis. 2014;38(3):681-94 Митохондриальный антиоксидант SkQ1 подавляет развитие признаков спорадической формы болезни Альцгеймера у крыс OXYS Н.Г.Колосова1,2 , Н.А.Муралева1 , К.Ю.Максимова3 , Е.А.Рудницкая1 , Н.А.Стефанова1 1 Институт цитологии и генетики, Новосибирск, Россия 2 НИИ Митоинженерии МГУ, Москва, Россия 3 Сибирский государственный медицинский университет, Томск, Россия E-mail: kolosova@bionet.nsc.ru или stefanovan@bionet.nsc.ru Секция 771 Sporadic Alzheimer’s disease-like pathology in OXYS rats can be suppresses with mitochondrial-targeted antioxidant SkQ1 Nataliya G. Kolosova1,2, Natalia A. Muraleva1 , Kseniya Yi. Maksimova3 , Ekaterina A. Rudnitskaya1 , and Natalia A. Stefanova1 1 Institute of Cytology and Genetics, Novosibirsk, Russia, 2 Institute of Mitoengineering, Moscow, Russia, 3 Siberian State Medical University, Tomsk, Russia. E-mail: kolosova@bionet.nsc.ru or stefanovan@bionet.nsc.ru There is growing evidence that mitochondrial dysfunction is a significant contributing factor to onset and progression of Alzheimer’s disease (AD). The aim of this study was to understand the contribution of mitochondrial damage in AD pathology and to estimate effect of mitochondrial-targeted antioxidant SkQ1 on the pathological changes in disease in OXYS rats simulating key aspects of the sporadic form of AD (1). We found that an age-dependent increase in the levels of Aβ1–42 and extracellular Aβ deposits in the brain of OXYS rats occur later than do hyperphosphorylation of the tau protein, synaptic losses, neuronal cell death, and mitochondrial structural abnormalities. Based on our results, we theorized that multiple age-associated degenerative processes may precede the toxic accumulation of Aβ, which in turn triggers the final, currently irreversible stage of AD. Treatment with SkQ1 (250 nmol/kg/day from the age of 12 to 18 months) effectively reduced the levels of Aβ1–42 and Aβ1–40 in the hippocampus of OXYS rats. In addition, SkQ1 partially reversed disease-dependent decrease of synaptic density, increased synapsin I and PSD-95 proteins expression, suppressed neuronal cell death, and improved the destructive changes in general organization of mitochondrial ultrastructure. Also, SkQ1 improved the behavioral abnormalities, and deficits in learning and memory in both OXYS and Wistar (control) rats. These findings suggest that potentially AD can be treated by protecting mitochondrial integrity and thus by lowering neuronal and synaptic damage. These results illustrate the role of mitochondrial damage in AD pathogenesis and confirms the shown earlier a therapeutic potential of mitochondria-targeted antioxidant SkQ1. References: [1] Stefanova NA et al. Senescence-accelerated OXYS rats: A model of age-related cognitive decline with relevance to abnormalities in Alzheimer disease. Cell Cycle. 2014 Mar 15;13(6):898-909. [2] Stefanova NA, Muraleva NA, Skulachev VP, Kolosova NG. Alzheimer’s Disease-Like Pathology in Senes- cence-Accelerated OXYS Rats can be Partially Retarded with Mitochondria-Targeted Antioxidant SkQ1. J Alzheimers Dis. 2014;38(3):681-94 Section 772 Cинтетическим путем была получена серия алкиль- ных производных трифенилфосфония, содержащих в структуре линейные углеводородные радикалы: бутил, октил, децил и додецил. В отличие от ряда эфиров родамина 19, где наибольшей активностью обладал бутиловый эфир, в случае Cn-TPP эффект стимуляции дыхания митохондрий монотонно возрастал с ростом длины алкильного радикала. Тетрафенилфосфоний и бутил-TPP разобщающего действия практически не оказывали. Наблюдаемый эффект можно связать с вза- имодействием Cn-TPP с эндогенными жирными кисло- тами и индукцией циклического процесса их перено- са, который приводит к транспорту ионов водорода через мембрану митохондрий. Этот механизм был изучен в системе вытекания карбоксифлуоресцеина из липосом под действием Cn-TPP. Додецил-ТРР, децил- ТРР и октил-ТРР, также как и хиноновый аналог SkQ1, ингибировали рост бактерий Bacillus subtilis, причем их действие росло с ростом липофильности соедине- ний. Эти катионы не оказывали токсического действия на рост бактерии Escherichia coli. Было предположено, что различие в токсическом действии на разных бак- териях может быть связано с различной проницаемос- тью мембран бактерий для исследованных катионов. Литература: [1] Severin FF et al., Penetrating cation/fatty acid anion pair as a mitochondria-targeted protonophore. 2010 Proc Natl Acad Sci U S A. 107:663. [2] Khailova LS et al., A short-chain alkyl derivative of Rhodamine 19 acts as a mild uncoupler of mitochondria and a neuroprotector 2014 Biochimica et Biophysica Acta 1837:1739. Разобщающее и токсическое действие алкилтрифенилфосфониевых катионов на митохондриях и бактериях в зависимости от длины алкильного заместителя Л.С.Хайлова1 , П.А.Назаров1 , Н.В.Сумбатян2 , Т.И.Рокицкая1 , А.М.Фирсов1 , Г.А.Коршунова1 , Ю.Н.Антоненко1 и В.П.Скулачев1 1 НИИ физико-химической биологии им А. Н. Белозерского, Московский Государственный Университет, Москва 119899, Россия; 2 Химический факультет, Московский Государственный Университет, Москва 119899, Россия 3 Институт Митоинженерии, Московский Государственный Университет, Москва 119899, Россия E-mail: antonen@genebee.msu.ru Секция 773 Uncoupling and toxic action of alkyltriphenylphosphonium cations on mitochondria and bacteria as a function of the alkyl chain length Ljudmila S. Khailova1 , Pavel A. Nazarov1 , Natalya V. Sumbatyan2 , Tatyana I. Rokitskaya1 , Alexander M. Firsov1 , Galina A. Korshunova1 , Yuri N. Antonenko1 and Vladimir P. Skulachev1 1 A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia; 2 Department of Chemistry, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia 3 Institute of Mitoengeneering, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia E-mail: antonen@genebee.msu.ru A series of alkyl-triphenylphosphonium cations (Cn-TPP) bearing butyl-, octyl-, decyl-, and dodecyl-groups were synthesized. In contrast to a series of rhodamine 19 alkyl esters exhibiting maximum activity with butyl ester, in the case of Cn-TPP the effect of stimulation of mitochondrial respiration increased with the length of the alkyl chain. Tetraphenylphosphonium and butyl-TPP were practically inactive in this system. The uncoupling effect can be related to the interaction with the endogenous fatty acids and the induction of their cyclic shuttling leading to proton transport across the membrane. This mechanism was verified in a system of carboxyfluorescein leakage from liposomes induced by Cn-TPP. Dodecyl-TPP, decyl-TPP and octyl-TPP, as well as quinone-containing SkQ1, inhibited the growth of the Gram-positive bacteria Bacillus subtilis, the effect being enhanced with the increase in lipophilicity of the compounds. The cations did not suppress the growth of the Gram-negative bacteria Escherichia coli. The difference in the toxicity towards different bacteria could be attributed to a difference in permeability of the bacterial membranes. References: [1] Severin FF et al., Penetrating cation/fatty acid anion pair as a mitochondria-targeted protonophore. 2010 Proc Natl Acad Sci U S A. 107:663. [2] Khailova LS et al., A short-chain alkyl derivative of Rhodamine 19 acts as a mild uncoupler of mitochon- dria and a neuroprotector 2014 Biochimica et Biophysica Acta 1837:1739. Section 774 Нейропротекторное действие митохондриально-на- правленного антиоксиданта SkQR1 исследовали на модели фокальной травмы сенсоромоторной коры головного мозга, на модели повреждения бета-амило- идом (Абета) длительной потенциации (LTP) в срезах гиппокампа, вида синаптической пластичности, свя- занной с памятью и обучением и модели нарушения памяти крыс стрептозотоцином. Было показано, что ежедневное внутрибрюшинное введение SkQR1 после травмы или стрептозотоцина уменьшает вызванный травмой неврологический дефицит и зону поражения коры головного мозга, а также достоверно снижает индуцированное стрептозотоцином нарушение памя- ти, что было определено в тесте “пассивного избега- ния”. Единичное введение более высокой дозы SkQR1 предотвращало негативное действие Абета на LTP и достоверно увеличивало LTP амплитуду популяцион- ного спайка в гиппокампе контроля, кроме того, жи- вотные, получившие SkQR1 обладали лучшей памятью в тесте “пассивного избегания”. Полученные результаты позволяют предположить, что SkQR1 можно рассматривать как перспективного кандидата для лечения последствий травмы головного мозга и ранних стадий болезни Альцгеймера. Митохондриально-направленный антиоксидант SkQR1 оказывает позитивное действие на память и травматическое повреждение головного мозга Н. К. Исаев1,2 , Е.В. Стельмашук2 , Н.А. Капай2 , О.В. Попова2 , А.В. Ставровская2 , Н.Г. Ямщикова2 , А.С. Ольшанский2 , В.Г. Скребицкий2 1 МГУ им. М.В. Ломоносова , НИИ физико- химической биологии им. А.Н. Белозерского 119991 Москва; 2 ФГБУ «Научный центр неврологии» РАМН, Москва, Волоколамское шоссе 80, 125367 Москва, Россия E-mail: isaev@genebee.msu.ru Секция 775 Mitochondria-targeted antioxidant SkQR1 has positive effect on memory and traumatic brain injury of rats N. K. Isaev1,2 , E.V. Stelmashook2 , N.A. Kapay2 , O.V. Popova2 , A.V. Stavrovskaya2 , N.G. Yamshchikova2 , A.S. Ol’shanskii2 , V.G. Skrebitsky2 1 Lomonosov Moscow State University, Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Vorobyevy Gory 1, Moscow 119992, Russia. 2 Research Center of Neurology, Russian Academy of Medical Sciences, Volokolamskoe Shosse 80, 125367 Moscow, Russia E-mail: isaev@genebee.msu.ru A protective effect of a mitochondria-targeted antioxidant SkQR1 was studied in models of focal trauma of rat brain sensorimotor cortex, amyloid-beta (Abeta)-induced impairment of hippocampal longterm potentiation (LTP), a kind of synaptic plasticity associated with learning and memory and streptozotocin-induced memory impairment. It was found that daily intraperitoneal injection of SkQR1 after trauma or streptozotocin treatment improves performance in a test characterizing neurological deficit, decreases the damaged cortical zone and significantly attenuated streptozotocin-induced memory impairment which was evaluated by behavioral test “passive avoidance”. Single intraperitoneal injection into the rat of SkQR1 abolishes the deleterious effect of Abeta on LTP, significantly increases of long-term potentiation amplitude of the population spike in pyramidal layer of the CA1 field of the hippocampus and the animals treated by SkQR1 performed better results in the behavioral tests «passive avoidance. Our results suggest that SkQR1 may be considered as a promising candidate for the treatment of traumatic brain injury and early-stage Alzheimer’s disease. Section 776 В отличие от большинства фосфолипидов, кардиолипин(КЛ) является единственным в своей уникальности липидом, локали- зованным в основном во внутренней мембране митохондрий. Наличие кардиолипина определенной структуры и в достаточ- ном количестве имеет решающее значение для функциониро- вания протеолипидных суперкомплексов митохондриальной дыхательной цепи и всей клеточной биоэнергетики, кроме того, его биологические функции, как полагают, зависят от состава его ацильных цепей, среди которых преобладает линоленовая кислота. В результате многолетних исследований было выяв- лено, что для сохранения нативной структуры КЛ процесс его постоянного ремоделлинга с участием ацилтрансфераз гораз- до важнее, чем даже его биосинтез denovo. С другой стороны, относительно недавно было показано, что при нарушении ремоделлинга КЛ происходит накопление его определенных форм, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами. Оказалось, что образование таких форм КЛ, способных к учас- тию в пероксидазных реакциях, рядом с сайтами повышенной продукции активных форм кислорода (АФК), вызывает окисли- тельный стресс и последующую дисфункцию митохондрий. На базе этих наблюдений была сформирована гипотеза о митохон- дриальной дисфункции, развивающейся при нарушении ремо- деллинга и накоплении определенных форм КЛ. При дисбалансе активности про- и антиоксидантных систем на базе острой или хронической митохондриальной дисфункции и перманентного окислительного стресса происходит манифестация патологий оксидативного генеза, таких как нейродегенеративные заболе- вания, мышечная недостаточность и дистрофия, а также наруше- ния метаболического характера, такие как ожирение, диабет и др. В модели преждевременного старения мутантных мышей, дефи- цитных по зрелому ферменту, отвечающему за коррекцию поли- меризации мтДНК, ускоренное накопление мутаций в мтДНКпри отсутствии их репарации приводит к появлению субъединиц дыхательной цепи со случайными аминокислотными заменами. В результате этого неправильно свернутые субъединицы наруша- ют нормальную сборку комплексов дыхательной цепи, которые подвергаются ускоренной деградации. Развивается порочный круг, приводящий к повышенному обороту митохондриальных белков и быстрому истощению клеточных ресурсов белок-син- тезирующих систем на фоне падения репаративных возможнос- тей антиоксидантных защитных систем в условиях повышенной продукции АФК. На данной модели нами было показано, что на фоне долговременного введения в рацион мутантных и конт- рольных мышей митотропного хинона SkQ1происходило повы- шение уровня кардиолипина в митохондриях как дикого, так и мутантного типа мышей. Мы предполагаем, что хроническое введение SkQ1у мышей подавляет нарушения содержания и состава кардиолипина - это может быть причиной увеличения стабильности дыхатель- ных комплексов в мембранах митохондрий мышей с мутантной мтДНК, и последующей задержки в развитии фенотипа их пре- ждевременного старения. В данной работе нами представлены суммарные данные и последние достижения в области исследо- вании молекулярных механизмов, приводящих к накоплению па- тологических форм КЛ с целью найти недостающее звено между окислительным стрессом и митохондриальной дисфункцией в метаболических заболеваниях и при старении. Кардиолипин как мишень митотропных хинонов в коррекции патологических проявлений при старении и заболеваниях оксидативного происхождения М.Ю. Высоких НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского,МГУ имени М.В.Ломоносова, Москва, Россия E-mail: mikhail.vyssokikh@gmail.com Секция 777 Cardiolipin as a target of mitotropicquinones under oxidative stress in age and disease Vyssokikh Mikhail Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia E-mail: mikhail.vyssokikh@gmail.com Among other phospholipids cardiolipin (CL) is single that localized essentially in inner mitochondrial membrane and its presence and correct structure is crucial for running of mitochondrial bioenergetics. Moreover, its biological functions are thought to depend on composition of its acyl chains, dominated by linoleic acids. From long history of CL studies it is known that remodeling process with participation of acyltransferases much more essential for lipid structure and intactness than its de novo biosynthesis. From other side, recently we knew that generation of some CL species causes oxidative stress and mitochondrial dysfunction belongs mainly to remodeling and homeostasis of mature CL enriched by polyunsaturated fatty acids located nearby ROS production sites. Therefore, hypothesis of mitochondrial dysfunction based on pathological remodeling of CL and prevalence of abnormal CL species has been implicated for description of etiology of diseases, characterized by oxidative stress and commonly associated with diabetes, obesity, heart failure, neurodegeneration and muscle dystrophy. In mtDNA mutator mice model of premature aging, the expression of mutated mtDNA-encoded respiratory chain subunits with random amino acid substitutions and incorrectly folded subunits are prevent proper assembly of the respiratory chain complexes. Improperly assembled respiratory complexes will be unstable and subjected to an increased mitochondrial protein turnover and responsible for subsequent vicious cycle of oxidative stress, macromolecules damage and its insufficient repair at excess of ROS production and deficiency of antioxidant protective system. In vivo treatment of mice with SkQ1 led to the increased level of cardiolipin in mitochondria of both WT and mutator mice. We suggest that SkQ1suppressed impairment in cardiolipin content/structure. This event may be the reason for the increase of assembled respiratory complexes stability in mtDNA mutator mice treated with SkQ1 and subsequent delay in its premature ageing phenotype development. Herein we summarize recent achievements in studies of molecular mechanisms conducted with pathological CL remodeling with an aim to find a missing link between oxidative stress and mitochondrial dysfunction in metabolic diseases and aging. Section 778 Колыбель Homo sapiens находилась в экваториальных плоскогорных регионах восточной Африки. Здесь он нашёл все необходимые условия жизни: легко до- ступные источники питания, подходящий интервал температуры и высокую интенсивность солнечной радиации, включая УФ-В радиацию. При миграции по континентам Homo sapiens предпочитал плодород- ные регионы нашей Земли, в широтах от -400 до +400 . Исключение составляет лишь Европа, где человек продвигался до широты 600 N. Сюда манил его мягкий климат, обусловленный теплым морским течением Гольфстрим. Однако, в таких высоких широтах только небольшая часть УФ-В-радиации достигает повер- хности Земли. В результате этого в коже человека образуется значтельно меньше холекальциферола (известного как витамин Д3). Дефицит этого гормона стал ещё большей проблемой при переходе человека от охотника к земледельцу и усилился с развитием цивилизации. Хотя человек может удовлетворить свою потребность в витамине Д через пищу, но в лучшем случае на 10-20% (1). И это не осталось без последс- твий для здоровья человека. Он существует более или менее хорощо в этих условиях. Как можно улучшить это положение, чтобы он мог жить оптимально? Литература: [1] Гёринг Х, Кожухова С: Витамин Д – гормон солнца. А если солнечного света недостаточно? 2015 Биохимия (в печати). УФ-пояс Земли и его значение для здоровья людей Хорст Геринг1 1 Göring Consulting, Mahlsdorfer Strasse 91, De-12555 Berlin, Germany E-mail: horst-goring@online.de Секция 879 The UV belt of the Earth and its implication for peoples health Horst Göring1 1 Göring Consulting, Mahlsdorfer Strasse 91, De-12555 Berlin, Germany E-mail: horst-goring@online.de The cradle of Homo sapiens has been in the equatorial high plains of East Africa. There he found necessary and sufficient conditions for his life: readily available food resources, a suitable interval of temperature and high intensity of sun radiation including UV-B radiation. When he migrated to different continents he preferred fertile regions within the range of -400 to +400 of latitude. There is one exception: Europe. Here people are living in relatively high density at a latitude of 600 N. They were lured here by the moderate climate provided by the warm water of the Gulf Stream. However, at this high latitude only a very low part of UV-B radiation is reaching the earth surface. As a consequence much less cholecalciferol (known as Vitamin D3) can be synthesized in the skin of men. Deficiency in this hormone became an even bigger problem when men changed from being a hunter to becoming a farmer and with all the pressures in his dress code and behavior that civilization imposed at him. Vitamin D can be acquired through food, it covers only 10-20% of his entire need (1). This could not be without consequences for his health. He survives more or less well, but how could the situation be improved for an optimal life of the individual? References: [1] Goring H, Koshuchowa S: Vitamin D – the sun hormone. Life in environmental mismatch. 2015 Biochemistry (Moscow), in press Section 880 Митохондриально-направленные хиноны SkQ, обла- дающие свойствами антиоксидантов, накапливаются в митохондриях клеток гороха. SkQ1 и SkQ3 подавляли самопроизвольное или индуцированное менадио- ном образование активных форм кислорода в клетках эпидермиса гороха, измеряемое по флуоресценции дихлорфлуоресцеина. SkQ1, SkQ3 и SkQR1 в наномо- лярных концентрациях предотвращали гибель эпи- дермальных и устьичных клеток гороха, вызванную хитозаном или KCN и регистрируемую по разрушению клеточных ядер. Защитный эффект SkQ1 снимался протонофорным разобщителем. SkQ1 в повышенных (микромолярных) концентрациях подавлял выделение О2 освещенными хлоропластами, действуя подобно феназинметосульфату, переключающему нецикличес- кий перенос электронов в циклический режим. SkQ1 стимулировал дыхание митохондрий, предположи- тельно оказывая разобщающее действие. Бактери- альный липополисахарид, подобно хитозану, вызывал гибель эпидермальных клеток гороха, которая подав- лялась SkQ1. SkQ1 замедлял старение и гибель лис- тьев Arabidopsis thaliana, влиял на структуру урожая и повышал урожайность пшеницы. Митохондриально-направленные хиноны SkQ подавляют образование активных форм кислорода и защищают клетки растений от запрограммированной гибели В.Д. Самуилов1 , Д.Б. Киселевский1 , Е.В. Дзюбинcкая1 , Л.А. Васильев1 , А.А. Шестак1 , И.Ф. Ионенко2 , Ф.Д. Самуилов3 1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, 119991 Москва; 2 Институт биохимии и биофизики КазНЦ РАН, 420111 Казань; 3 Казанский государственный аграрный университет, 420015 Казань E-mail: vdsamuilov@mail.ru Секция 881 Mitochondria-targeted quinones SkQ suppress reactive oxygen species production and protect plant cells against programmed death V.D. Samuilov1 , D.B. Kiselevsky1 , E.V. Dzyubinskaya1 , L.A. Vasil’ev1 , A.A. Shestak1 , I.F. Ionenko2 , F.D. Samuilov3 1 Faculty of Biology, Lomonosov Moscow State University, 119991 Moscow, Russia; 2 Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 420111 Kazan, Russia; 3 Kazan State Agrarian University, 420015 Kazan, Russia E-mail: vdsamuilov@mail.ru Mitochondria-targeted quinones with antioxidant properties accumulate in the mitochondria of pea cells. In our studies on the fluorescence of dichlorfluorescein, SkQ1 or SkQ3 suppressed the spontaneous or menadione-induced formation of reactive oxygen species in the cells of the pea epidermis. SkQ1, SkQ3, or SkQR1 at nanomolar concentrations prevented the chitosan- or KCN-induced death of epidermal or guard pea cells; this fact was established by monitoring the destruction of cell nuclei. The protective effect of SkQ1 was abolished by a protonophoric uncoupler. SkQ1 at still higher (micromolar) concentrations inhibited O2 evolution in illuminated chloroplasts, in an analogy to phenazine methosulfate that switches the non-cycliс electron transfer to the cyclic mode of operation. SkQ1 stimulated the respiration of mitochondria, presumably, by producing an uncoupling effect. Similar to chitosan, bacterial lipopolysaccharide caused the death of epidermal pea cells, and this effect was prevented by SkQ1. SkQ1 slowed down the aging and the death of Arabidopsis thaliana leaves. It increased the wheat crop yield and influenced the yield formula. Section 882 Состояние гетероплазмии характеризуется наличием в клетках нескольких форм митохондриальной ДНК (мтДНК) и сопряжено с развитием наследственных заболеваний человека и старением. Мы искали спосо- бы предотвращения клональной экспансии мутантной мтДНК на модельном объекте – пекарских дрожжах Saccharomyces cerevisieae. Мы скрещивали штаммы дрожжей, один из которых содержит функциональную мтДНК, а другой – мутантную, Мутантная мтДНК вытес- няла мтДНК дикого типа в образовавшихся диплоид- ных клетках. Мы обнаружили, что проведение такого скрещивания в присутствии анионных разобщителей, но не ингибиторов митохондриальных ферментов или катионного разобщителя додецилтрифенилфосфония, приводило к увеличению процента образовавшихся диплоидных клеток, сохранивших мтДНК дикого типа. Подавление синтеза белка Dnm1p, играющего ключе- вую роль в процессе деления митохондрий, или бел- ка Atg32p, участвующего в селективной деградации митохондрий, предотвращало эффект разобщителей. Мы считаем, что действие анионных разобщителей связано с необратимым снижением трансмембранно- го потенциала митохондрий, содержащих мутантную мтДНК, что способствует их селективной деградации. Таким образом анионные разобщители могут препятс- твовать экспансии мутантных форм мтДНК. Разобщители препятствуют распространению мутантной митохондриальной ДНК в гетероплазмичных клетках Saccharomyces cerevisiae Юлия Караваева, Екатерина Смирнова, Святослав Соколов, Федор Северин, Дмитрий Кнорре НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского, МГУ имени М.В.Ломоносова, 119991, Москва, Россия E-mail: knorre@belozersky.msu.ru Секция 883 Uncouplers prevent clonal expansion of mutant mitochondrial DNA in heteroplasmic Saccharomyces cerevisiae cells Iuliia E. Karavaeva, Ekaterina A. Smirnova, Svyatoslav S. Sokolov, Fedor F. Severin, Dmitry A. Knorre A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia E-mail: knorre@belozersky.msu.ru Heteroplasmy is a state characterized by the presence of non-identical mitochondrial DNA (mtDNA) molecules in a single cell. Heteroplasmy is associated with a number of pathologies including some aging-related diseases. Here we searched for the ways to prevent clonal expansion of mutant mtDNA in yeast cells. We mated strains, carrying normal and non-functional mtDNA to produce heteroplasmic diploid cell. In such cells mutant mtDNA eventually displaced the wild type one. We found that anionic uncouplers, but neither respiratory chain inhibitors nor cationic mild uncoupler dodecyltriphenylphosphonium, were able to prevent such displacement. Furthermore, we showed that the effect of uncouplers was much lower in the strains with suppressed DNM1 (a key protein in mitochondrial fission process) or ATG32 which is indispensable for mitophagy. We argue that anionic uncouplers decrease the transmembrane potential of mitochondria containing mutant mtDNA to the extent sufficient to induce their selective degradation. Our data suggest that anionic uncouplers can be used to prevent the clonal expansion of egoistic mtDNA. Section 884 Комплексы I, III IV митохондриальной дыхательной цепи объединяются в структуры более высокого порядка, именуемые суперкомплексами (СК). Ранее, используя в качестве модели дрожжевые клетки, мы выявили роль фосфолипида кардиолипина (КЛ) в фор- мировании дыхательных СК. В дальнейшем разными другими группами было получено множество экспе- риментальных данных, продемонстрировавших, что в целом ряде заболеваний, включая синдром Барта, нейродегенеративные патологии, сердечную недо- статочность, а также в процессе старения, снижение уровня СК в митохондриях наблюдается параллельно со снижением уровня КЛ. В наших исследованиях с использованием электронной криомикроскопии и анализа индивидуальных изображений частиц, мы получили трехмерную структуру дрожжевого СК, со- стоящего из одного комплекса III и двух комплексов IV. Структура характеризуется значительными расстояни- ями между обращенными друг к другу поверхностями трансмембранных доменов индивидуальных комп- лексов. Этот результат находится в хорошем соот- ветствии с результатами ионной масс-спектроскопии, выявившей большой избыток КЛ в СК по сравнению с количеством прочносвязанного КЛ в индивидуальных комплексах III и IV. Мы реконструировали дрожжевой СК из изолированных комплексов III и IV в липосомах, содержащих КЛ. Ни один другой анионный фосфо- липид не был так эффективен как КЛ в поддержании этого процесса. Мы заключили, что КЛ, связанный в центрах на экспoнированных в мембрану поверхнос- тях индивидуальных комплексов дыхательной цепи, необходим для образования СК. Литература: [1] Mileykovskaya, E., and W. Dowhan: Cardiolipin-dependent formation of mitochondrial respiratory supercomplexes. 2014 Chem Phys Lipids 179:42. [2] Mileykovskaya, E., P. A. Penczek, J. Fang, V. Mallampalli, G. Sparagna, and W. Dowhan: Arrangement of the respiratory chain complexes in Saccharomyces cerevisiae supercomplex III2IV2 revealed by single particle cryo-electron microscopy. 2012 J Biol Chem 287: 23095. Кардиолипин и супрамолекулярная организация дыхательной цепи митохондрий Е.И. Милейковская Медицинская Школа Университета Техаса, Хьюстон 77030, США E-mail: Eugenia.Mileykovskaya@uth.tmc.edu Секция 885 Cardiolipin and supramolecular organization of the mitochondrial respiratory chain Eugenia I. Mileykovskaya University of Texas, Medical School at Houston 77030 USA E-mail: Eugenia.Mileykovskaya@uth.tmc.edu The mitochondrial respiratory chain Complexes I, III, and IV associate into higher order structures termed supercomplexes (SCs). Our earlier studies on the yeast model system established the role of phospholipid cardiolipin (CL) for the respiratory SC formation. Subsequently, a significant amount of data have been accumulated by different groups demonstrating that in many diseases, including Barth syndrome, neurodegenerative disorders, heart failure, cancer and also in aging, the decrease in the levels of the respiratory SCs is associated with reduced levels of CL. Recently, using cryo-electron microscopy and single particle analysis we obtained the 3D structure of the yeast SC composed of one Complex III and two Complexes IV. The structure shows spaces between transmembrane domains of individual complexes at their interfaces. This is consistent with the large excess of CL in the SC over the tightly bound CL in the complexes III and IV as determined by the electrospray ionization mass spectrometry. We performed the reconstitution of yeast SC from the purified complexes III and IV in CL-containing liposomes. No other anionic phospholipid was as effective as CL in supporting SC formation. We concluded that CL, bound in the sites located at membrane-exposed surfaces of the individual respiratory complexes, is required for the SC formation. References: [1] Mileykovskaya, E., and W. Dowhan: Cardiolipin-dependent formation of mitochondrial respiratory supercomplexes. 2014 Chem Phys Lipids 179:42. [2] Mileykovskaya, E., P. A. Penczek, J. Fang, V. Mallampalli, G. Sparagna, and W. Dowhan : Arrangement of the respiratory chain complexes in Saccharomyces cerevisiae supercomplex III2IV2 revealed by single particle cryo-electron microscopy. 2012 J Biol Chem 287: 23095. Section 886 Хорошо известно, что митохондрии играют важную роль в таких клеточных процессах, как апоптоз, не- кроз, реакция на стресс, пролиферации и диффе- ренцировка. В последние годы активно изучаются механизмы контроля качества этих органелл и, прежде всего, роль в этом процессе аутофагии. Значительные успехи достигнуты в изучении механизмов узнавания поврежденных органелл и селективной аутофагии ми- тохондрий («митофагии»). Митохондрии обычно рас- сматриваются как пассивные участники этого процес- са, однако нами было обнаружено, что ингибирование комплекса III дыхательной цепи подавляет как общую аутофагию, так и митофагию. Механизм подавления аутофагии связан с нарушением биосинтеза фосфо- липидов, который зависит от синтеза пиримидиновых нуклеотидов при участии митохондриального фер- мента дигидрооротатдегидрогеназы. Активность этого фермента падает при остановке окисления коэнзима Q в комплексе III дыхательной цепи. Подавление ауто- фагии при ингибировании комплекса III дыхательной цепи не предотвращает элиминацию митохондрий при их массовом повреждении с помощью разобщи- телей окислительного фосфорилирования. Получен- ные нами результаты указывают на то, что в этих усло- виях может активировать альтернативный механизм уничтожения поврежденных митохондрий – митоптоз. Этот механизм, включающий образование плотных кластеров митохондрий и их последующий выброс из клетки, был описан нами ранее. Митохондрии как регуляторы аутофагии К.Г. Лямзаев, А.В. Токарчук, А.A. Пантелеева, Б.В. Черняк НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского, МГУ имени М.В.Ломоносова, 119991, Москва, Россия E-mail: Lyamzaev@gmail.com Секция 887 Mitochondria as regulators of autophagy K.G. Lyamzaev, A.V. Tokarchuk, A.A. Panteleeva, B.V. Chernyak A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University, Moscow, 119991, Russia E-mail: Lyamzaev@gmail.com It is well known that mitochondria play an important role in such cellular processes as apoptosis, necrosis, stress responses, cell proliferation and differentiation. Recently, quality control mechanisms of these organelles are actively studied, paying special attention to the role of autophagy there. The work is mainly focused on the mechanism of recognition of damaged organelles, their selection and recycling through autophagy. Significant progress has been made in the study of the mechanisms of recognition of damaged organelles and selective autophagy of mitochondria (“mitophagy “). Mitochondria are usually regarded as passive members of this process, but we have found that inhibition of respiratory chain complex III inhibits both general autophagy and mitophagy. The mechanism of suppression of autophagy involves a violation of the biosynthesis of phospholipids, which depends on the synthesis of pyrimidine nucleotides, with the participation of the mitochondrial enzyme dihydroorotate dehydrogenase. The activity of this enzyme decreases with inhibition of coenzyme Q oxidation in the complex III of the respiratory chain. Inhibition of autophagy by myxothiazol does not prevent elimination of mitochondria damaged by uncouplers. Our results indicate that in these conditions can be activated an alternative mechanism for the elimination of damaged mitochondria - mitoptosis. This mechanism involves the formation of dense clusters of mitochondria and subsequent release them from the cell. Section 888 В наших исследованиях мы показали, что добавление перекиси водорода или индуктора образования ак- тивных форм кислорода (АФК) антимицина А к куль- туре клеток вызывает повышение уровней мРНК для генов aox1a, ant, и pump. Аналогично увеличение транскрипции этих генов наблюдается для зеленых растений при пониженных температурах. Следует также отметить, что в культуре клеток томата ATP/ADP антипортер индуцировался уже при низкой концент- рации перекиси, а при более высоких концентрациях Н2 О2 резко выросло содержание мРНК для разобщаю- щего белка. Оба эти перносчика способны к индуци- рованному жирными кислотами разобщению дыхания и окислительного фосфорилирования при адаптации растений к холоду, но конституитивно экспрессируе- мый антипортер активируется, а разобщающий белок оказывается вовлеченным в процесс разобщения только при значительных повреждениях клетки. Со- гласно представленных результатов, в случае окисли- тельного стресса белки AOX и NDB коэкспрессируются в тканях томата, а активные формы кислорода служат в качестве вторичных мессенджеров их коэкспрессии. Гипотеза о том, что несопряженная альтернативная оксидаза митохондрий растений действует как анти- оксидант обороны механизма, была подтверждена в наших экспериментах на изолированных митохонд- риях из семядолей проростков сои и гороха. Было показано, что ингибиторы AOX салицилгидроксамат и пропилгаллат сильно стимулировали образование Н2 О2 этими митохондриями. Делается заключение, что в условиях стресса наблю- дается резкое увеличение концентрации АФК. Такой «окислительный взрыв» играет роль вторичного мес- сенджера для индукции не только антиоксидантных ферментов, но также белков, участвующих в свобод- ном (несопряженном и разобщенном) дыхании. Ак- тивация этих путей приводит к резкому ограничению производства АФК и предотвращает окисление кле- точных компонентов и снижение митохондриального мембранного потенциала. Этот механизм обратной связи является важным стратегии общей устойчивости растений к абиотическому и биотическому стрессу. Это исследование было поддержано Министерством образования и науки Российской Федерации (Госу- дарственное задание № 6.149.2014/K). Активные формы кислорода являются эффективными вторичным мессенджером для индукции несопряженного дыхания В. Н. Попов Воронежский государственный университет, 394006, г. Воронеж, Россия E-mail: pvn@bio.vsu.ru Секция 889 Reactive oxygen species are effective secondary messengers for induction of the noncoupled respiration V.N. Popov Voronezh State University, 394006, Voronezh, Russia E-mail: pvn@bio.vsu.ru In our research we have demonstrated that the addition of hydrogen peroxide or ROS-inducer antimycin A to cell culture causes an increase in mRNA levels of aox1a, ant, and pump. This is similar to the increase of transcription of these genes in cold-treated green plants. It should also be noted that in tomato cell culture the ATP/ADP antiporter was induced at low peroxide concentrations, but at higher Н2 О2 concentrations the content of the uncoupling protein mRNA grew abruptly. Both of these carriers are capable of fatty acid-induced uncoupling of respiration and oxidative phosphorylation during adaptation of plants to cold, but it seems that the constantly expressed antiporter is activated first, and then the uncoupling protein gets involved in uncoupling process when the cell is considerably damaged. According to presented results, in the case of oxidative stress, AOX and NDB are coexpressed in tomato plant tissues, and the active oxygen forms serve as the secondary messengers of their coexpression. At the same time the hypothesis that the noncoupled alternative oxidase of plant mitochondria operates as an antioxidant defence mechanism has been confirmed in our experiments on isolated soybean and pea cotyledon mitochondria. It was shown that inhibitors of AOX, salicylhydroxamate (SHAM) and propyl gallate strongly stimulate Н2 О2 production by these mitochondria. Finally we propose that stress conditions cause oxidative burst accompanied by the dramatic increase of ROS concentration. Such oxidative burst plays a role as a secondary messenger for expression not only of the antioxidative enzymes, but also of the proteins involved in free (noncoupled and uncoupled) oxidation pathways. Activation of these pathways causes rapid limitation of ROS production and prevents oxidation of the ETC components and decrease of the mitochondrial membrane potential. This feedback mechanism represents an important strategy of general plant resistance to abiotic and biotic stress. This study was supported by Russian Federation Ministry of Education and Science (State Task No 6.149.2014/K). Section 890 В своей ранней истории жизнь, по-видимому, зависе- ла от пирофосфата, а не АТР как источника энергии. Уже почти 50 лет известна древняя мембранная пи- рофосфатаза (Н+-РРаза), открытая Х. и М. Балтчеффски в бактериях и сопрягающая гидролиз пирофосфата с активным транспортом Н+ в прокариотах, растениях и простейших, но не в грибах и животных. Мембранную пирофосфатазу принято считать вспомогательным устройством, мобилизующим энергию пирофосфата для выживания в условиях стресса. В наших работах была обнаружена эволюционно родственная и широ- ко распространенная в прокариотах Na+-зависимая пирофосфатаза, которая транспортирует и Na+ и Н+ при физиологических концентрациях Na+ (Na+,H+-РРа- за) (1). Кроме того, была открыта Na+-РРаза, которая транспортирует Na+ и Н+ при субфизиологических концентрациях Na+, но только Na+ при его физиологи- ческих концентрациях (2). Будучи простым однодомен- ным белком, мембранная пирофосфатаза представ- ляет очень удобную модель для понимания основных принципов транспорта Na+ и его связи с транспортом Н+ (3). Недавно определенные трехмерные структуры Н+- и Na+-пирофосфатаз создают хорошую основу для выяснения механизмов сопряжения и эволюции кати- онной специфичности в мембранных пирофосфатазах. Литература. [1] Luoto H., Baykov A. A., Lahti R., Malinen A. M. (2013) Membrane-integral pyrophosphatase subfamily capable of translocating both Na+ and H+. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 110, 1255–1260. [2] Luoto H.H., Nordbo E., Baykov A. A., Lahti R., Malinen A. M. (2013) Membrane Na+-pyrophosphatases can transport protons at low sodium concentrations. J. Biol. Chem. 288, 35489–35499. [3] Baykov A. A., Malinen A. M., Luoto H. H., Lahti R. (2013) Pyrophosphate-fueled Na+ and H+ transport in prokaryotes. MMBR, 77, 267–276. Мембранная пирофосфатаза: все еще «новый переносчик» А. А. Байков Институт физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва 119991 E-mail: baykov@genebee.msu.ru91 Membrane pyrophosphatase: still a new transporter Alexander A. Baykov Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow, 119991, Russia E-mail: baykov@genebee.msu.ru The early history of life appeared to depend on pyrophosphate rather than ATP as the source of energy. Ancient membrane pyrophosphatase (PPase), discovered in bacteria by H. and M. Baltscheffsky nearly 50 years ago, have long been known to couple pyrophosphate hydrolysis to active H+ transport in prokaryotes, plants, and protists (H+-PPase), but not found in animals or fungi. The popular view is that membrane PPases are auxiliary devices that mobilize PPi energy to facilitate survival under stress conditions. Our studies have identified evolutionarily related and widespread Na+-dependent prokaryotic relics that pump both Na+ and H+ at physiological Na+ concentrations (Na+,H+-PPase) (1) and the ones that pump Na+ or H+ at subphysiological but only Na+ at physiological Na+ concentrations (Na+-PPase) (2). As simple one-domain proteins, membrane PPases provide a very promising model for understanding the basic principles of Na+ transport and its relation to H+ transport (3). The recently determined three-dimensional structures of H+- and Na+- PPases have provided a platform for understanding the coupling mechanism and evolution of cation specificity in membrane PPases. References: [1] Luoto H., Baykov A. A., Lahti R., Malinen A. M. (2013) Membrane-integral pyrophosphatase subfamily capable of translocating both Na+ and H+. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 110, 1255–1260. [2] Luoto H.H., Nordbo E., Baykov A. A., Lahti R., Malinen A. M. (2013) Membrane Na+-pyrophosphatases can transport protons at low sodium concentrations. J. Biol. Chem. 288, 35489–35499. [3] Baykov A. A., Malinen A. M., Luoto H. H., Lahti R. (2013) Pyrophosphate-fueled Na+ and H+ transport in prokaryotes. MMBR, 77, 267–276.92 Оглавление 32.............. 54.............. 72.............. 30.............. 34.............. 26.............. 76.............. 78.............. 62.............. 66.............. 40.............. 74.............. 20.............. 82.............. 70.............. 36.............. 60.............. 86.............. 38.............. 46.............. 48.............. 84.............. 18.............. 28.............. 52.............. 52.............. 68.............. 88.............. 42.............. 80.............. 58.............. 30.............. 22.............. 64.............. 56.............. 44.............. 92 Страница Андреев А.А. Анисимов В.Н. Антоненко Ю.Н. Борисов В.Б. Виноградов А.Д. Выгодина Т.В. Высоких М.Ю. Геринг Х. Зайцев С.В. Зиновкин Р.А. Зоров Д.Б. Исаев Н.К. Калайдзидис Я.Л. Кнорре Д.В. Колосова Н.Г. Ловать М.Л. Льюис К. Лямзаев К.Г. Манских В.Н. Марголис Л.Б. Маршанский В.Н. Милейковская Е.И. Мулкиджанян А.Я. Мунтян М.С. Недоспасов С.А. Оловников А.М. Плотников Е.Ю. Попов В.Н. Самарцев В.Н. Самуилов В.Д. Скулачев М.В. Старков А.А. Черепанов Д.А. Черняк Б.В. Чистяков В.А. Ягужинский Л.С.99 33 Contents 33.............. 55.............. 73.............. 31.............. 35.............. 27.............. 77.............. 79.............. 63.............. 67.............. 41.............. 75.............. 21.............. 83.............. 71.............. 37.............. 61.............. 87.............. 39.............. 47.............. 49.............. 85.............. 19.............. 29.............. 53.............. 53.............. 69.............. 89.............. 43.............. 81.............. 59.............. 31.............. 23.............. 65.............. 57.............. 45.............. Page Andreev A.A. Anisimov V.N. Antonenko Y.N. Borisov V.B. Vinogradov A.D. Vygodina T.V. Vyssokikh M.Y. Göring H. Zaitsev S.V. Zinovkin R.A. Zorov D.B. Isaev N.K. Kalaidzidis Y.L. Knorre D.V. Kolosova N.G. Lovat M.L. Lewis K. Lyamzaev K.G. Manskikh V.N. Margolis L.B. MarshanskyV.N. Mileykovskaya, E.I. Mulkidjanian A.Y. Muntyan M.S. Nedospasov S.A. Olovnokov A.M. Plotnikov E.Y. Popov V.N. Samartsev V.N. Samuilov V.D. Skulachev M.V. Starkov A.A. Cherepanov D.A. Chernyak B.V. Chistyakov V.A. Yagushinsky L.S.94 Для заметок95
**