Применение методов атомно-силовой микроскопии и органотипической культуры ткани для исследования действия на мембрану сенсорного нейрона аргининсодержащего короткого пептида, претендующего на роль анальгетической лекарственной субстанции

Авторы

  • Максим Миндигалеевич Халисов Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН
  • Валентина Альбертовна Пеннияйнен Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН
  • Александр Витальевич Анкудинов Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН
  • Светлана Александровна Подзорова Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН
  • Борис Владимирович Крылов Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН

DOI:

https://doi.org/10.33910/2687-1270-2022-3-1-58-68

Ключевые слова:

сенсорные нейроны, короткие пептиды, Ac-RERR-NH2, атомно-силовая микроскопия, метод органотипической культуры ткани

Аннотация

Известно, что применение опиатов для лечения хронической боли связано с возникновением негативных побочных эффектов. В связи с этим разработка новых безопасных и эффективных неопиоидных анальгетиков — актуальная задача современной науки. Ранее мы обнаружили, что на роль анальгетической лекарственной субстанции может претендовать тетрапептид Ac-RERR-NH2, поскольку он способен снижать возбудимость ноцицептивных нейронов, ответственных за кодирование ноцицептивных сигналов. В настоящей работе приведены данные о действии субнаномолярной концентрации тетрапептида Ac-RERR-NH2 на эмбриональные сенсорные нейроны, полученные методами атомно-силовой микроскопии (АСМ) и органотипической культуры ткани. Применяли квазистатический режим АСМ PeakForce QNM, позволяющий проводить картирование локальных механических свойств клеток. Под действием исследуемого агента сенсорные нейроны демонстрировали тенденцию к уменьшению своей жесткости. Этот результат основывается на анализе данных о величинах кажущегося модуля Юнга сенсорных нейронов и их деформации, определенной с учетом проскальзывания острия зонда по изучаемой поверхности. Использование критерия индекса площади (ИП) показало, что исследуемый тетрапептид обладает выраженными нейрит-стимулирующими свойствами. Полученные данные позволяют предположить, что Ac-RERR-NH2, действующий в очень низких концентрациях, способен запускать пока не идентифицированный внутриклеточный каскад, регулирующий рост нейритов сенсорных нейронов.

Библиографические ссылки

ЛИТЕРАТУРА

Анкудинов, А. В., Халисов, М. М. (2020) Измерения контактной жесткости в атомно-силовом микроскопе. Журнал технической физики, т. 90, № 11, с. 1951–1957. https://doi.org/10.21883/JTF.2020.11.49989.117-20

Пеннияйнен, В. А., Халисов, М. М., Подзорова, С. А. и др. (2020) Возможные антиноцицептивные механизмы, запускаемые наномолярными концентрациями уабаина в первичных сенсорных нейронах. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, т. 106, № 10, с. 1289–1301. https://doi.org/10.31857/S0869813920100088

Рогачевский, И. В., Калинина, А. Д., Пеннияйнен, В. А. и др. (2021) Возможный механизм модуляции короткими пептидами медленных натриевых каналов мембраны сенсорного нейрона. Биофизика, т. 66, № 4, С. 684–695. https://doi.org/10.31857/S0006302921040074

Тимощук, К. И., Халисов, М. М., Пеннияйнен, В. А. и др. (2019) Исследование механических характеристик нативных фибробластов с помощью атомно-силового микроскопа. Письма в журнал технической физики, т. 45, № 18, с. 44–47. https://doi.org/10.21883/PJTF.2019.18.48238.17878

Халисов, М. М., Пеннияйнен, В. А., Есикова, Н. A. и др. (2017) Особенности рецептор- и трансдуктор-опосредованной активации внутриклеточных сигнальных каскадов в сенсорном нейроне, выявленные методом атомно-силовой микроскопии. Письма в журнал технической физики, т. 43, № 1, с. 89–94. https://doi.org/10.21883/PJTF.2017.01.44094.16394

Халисов, М. М., Пеннияйнен, В. А., Подзорова, С. А. и др. (2021) О молекулярной природе различий в реакции сенсорных нейронов и фибробластов на уабаин. Журнал технической физики, т. 91, № 5, с. 882–888. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.05.50704.272-20

Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, Ch. (1986) Atomic force microscope. Physical Review Letters, vol. 56, no. 9, pp. 930–933. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.56.930

Haase, K, Pelling, A.E. (2015) Investigating cell mechanics with atomic force microscopy. Journal of The Royal Society Interface, vol. 12, no. 104, article 20140970. http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2014.0970

Hu, J., Chen, S., Huang, D. et al. (2020) Global mapping of live cell mechanical features using PeakForce QNM AFM. Biophysics Reports, vol. 6, no. 1, pp. 9–18. https://doi.org/10.1007/s41048-019-00103-9

Hutter, J. L., Bechhoefer, J. (1993) Calibration of atomic-force microscope tips. Review of Scientific Instruments, vol. 64, no. 7, pp. 1868–1873. https://doi.org/10.1063/1.1143970

Kuznetsova, T. G., Starodubtseva, M. N., Yegorenkov, N. I., et al. (2007) Atomic force microscopy probing of cell elasticity. Micron, vol. 38, no. 8, pp. 824–833. https://doi.org/doi:10.1016/j.micron.2007.06.011

Nečas, D., Klapetek, P. (2012) Gwyddion: An open-source software for SPM data analysis. Central European Journal of Physics, vol. 10, no. 1, pp. 181–188. https://doi.org/10.2478/s11534-011-0096-2

Pittenger, B., Slade, A. (2013) Performing quantitative nanomechanical AFM measurements on live cells. Microscopy Today, vol. 21, no. 6, pp. 12–17. https://doi.org/10.1017/S1551929513001077

Pittenger, B., Erina, N., Su, C. (2014) Mechanical property mapping at the nanoscale using PeakForce QNM scanning probe technique. In: A. Tiwari (ed.). Nanomechanical analysis of high performance materials. Dordrecht: Springer Publ., pp. 31–51. https://doi.org/10.1007/978-94-007-6919-9_2

Plakhova, V. B., Penniyaynen, V. A., Yachnev, I. L. et al. (2019) Src kinase controls signaling pathways in sensory neuron triggered by low-power infrared radiation. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, vol. 97, no. 5, pp. 400–406. https://doi.org/10.1139/cjpp-2018-0602

Plakhova, V. B., Penniyaynen, V. A., Rogachevskii, I. V. et al. (2020) Dual mechanism of modulation of NaV1.8 sodium channels by ouabain. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, vol. 98, no. 11, pp. 785–802. https://doi.org/10.1139/cjpp-2020-0197

Rogachevskii, I. V., Plakhova, V. B., Penniyaynen, V. A. et al. (2022) New approaches to the design of analgesic medicinal substances. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, vol. 100, no. 1, pp. 43–52. https://doi.org/10.1139/cjpp-2021-0286

Sneddon, I. N. (1965) The relation between load and penetration in the axi-symmetric boussinesq problem for a punch of arbitrary profile. International Journal of Engineering Science, vol. 3, no. 1, pp. 47–57. https://doi.org/10.1016/0020-7225(65)90019-4

REFERENCES

Ankudinov, A. V., Khalisov, M. M. (2020) Izmereniya kontaktnoj zhestkosti v atomno-silovom mikroskope [Measurements of contact stiffness in an atomic force microscope]. Zhurnal tekhnicheskoj fiziki, vol. 90, no. 11, pp. 1951–1957. https://doi.org/10.21883/JTF.2020.11.49989.117-20 (In Russian)

Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, Ch. (1986) Atomic force microscope. Physical Review Letters, vol. 56, no. 9, pp. 930–933. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.56.930 (In English)

Haase, K, Pelling, A.E. (2015) Investigating cell mechanics with atomic force microscopy. Journal of The Royal Society Interface, vol. 12, no. 104, article 20140970. http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2014.0970 (In English)

Hu, J., Chen, S., Huang, D. et al. (2020) Global mapping of live cell mechanical features using PeakForce QNM AFM. Biophysics Reports, vol. 6, no. 1, pp. 9–18. https://doi.org/10.1007/s41048-019-00103-9 (In English)

Hutter, J. L., Bechhoefer, J. (1993) Calibration of atomic-force microscope tips. Review of Scientific Instruments, vol. 64, no. 7, pp. 1868–1873. https://doi.org/10.1063/1.1143970 (In English)

Khalisov, M. M., Penniyaynen, V. A., Esikova, N. A. et al. (2017) Osobennosti retseptor- i transduktor-oposredovannoj aktivatsii vnutrikletochnykh signal’nykh kaskadov v sensornom nejrone, vyyavlennye metodom atomno-silovoj mikroskopii [Features of receptor and transducer-mediated activation of intracellular signaling cascades in the sensory neuron detected by atomic force microscopy]. Pis’ma v zhurnal tekhnicheskoj fiziki, vol. 43, no. 1, pp. 89–94. https://doi.org/10.21883/PJTF.2017.01.44094.16394 (In Russian)

Khalisov, M. M., Penniyaynen, V. A., Podzorova, S. A. et al. (2021) O molekulyarnoj prirode razlichij v reaktsii sensornykh nejronov i fibroblastov na uabain [On the molecular nature of differences in the response of sensory neurons and fibroblasts to uabain]. Zhurnal tekhnicheskoj fiziki, vol. 91, no. 5, pp. 882–888. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.05.50704.272-20 (In Russian)

Kuznetsova, T. G., Starodubtseva, M. N., Yegorenkov, N. I., et al. (2007) Atomic force microscopy probing of cell elasticity. Micron, vol. 38, no. 8, pp. 824–833. https://doi.org/doi:10.1016/j.micron.2007.06.011 (In English)

Nečas, D., Klapetek, P. (2012) Gwyddion: An open-source software for SPM data analysis. Central European Journal of Physics, vol. 10, no. 1, pp. 181–188. https://doi.org/10.2478/s11534-011-0096-2 (In English)

Penniyaynen, V. A., Khalisov, M. M., Podzorova, S. A. et al. (2020) Vozmozhnye antinotsitseptivnye mekhanizmy, zapuskaemye nanomolyarnymi kontsentratsiyami uabaina v pervichnykh sensornykh nejronakh [Possible antinociceptive mechanisms triggered by nanomolar concentrations of uabain in primary sensory neurons]. Rossijskij fiziologicheskij zhurnal im. I. M. Sechenova, vol. 106, no. 10, pp. 1289–1301. https://doi.org/10.31857/S0869813920100088 (In Russian)

Pittenger, B., Slade, A. (2013) Performing quantitative nanomechanical AFM measurements on live cells. Microscopy Today, vol. 21, no. 6, pp. 12–17. https://doi.org/10.1017/S1551929513001077 (In English)

Pittenger, B., Erina, N., Su, C. (2014) Mechanical property mapping at the nanoscale using PeakForce QNM scanning probe technique. In: A. Tiwari (ed.). Nanomechanical analysis of high performance materials. Dordrecht: Springer Publ., pp. 31–51. https://doi.org/10.1007/978-94-007-6919-9_2 (In English)

Plakhova, V. B., Penniyaynen, V. A., Yachnev, I. L. et al. (2019). Src kinase controls signaling pathways in sensory neuron triggered by low-power infrared radiation. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, vol. 97, no. 5, pp. 400–406. https://doi.org/10.1139/cjpp-2018-0602 (In English)

Plakhova, V. B., Penniyaynen, V. A., Rogachevskii, I. V. et al. (2020) Dual mechanism of modulation of NaV1.8 sodium channels by ouabain. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, vol. 98, no. 11, pp. 785–802. https://doi.org/10.1139/cjpp-2020-0197 (In English)

Rogachevsky, I. V., Kalinina, A. D., Penniyaynen, V. A. et al. (2021) Vozmozhnyj mekhanizm modulyatsii korotkimi peptidami medlennykh natrievykh kanalov membrany sensornogo nejrona [A possible mechanism of modulation of slow sodium channels in the sensory neuron membrane by short peptides]. Biofizika — Biophysics, vol. 66, no. 4, pp. 684–695. https://doi.org/10.31857/S0006302921040074 (In Russian)

Rogachevskii, I. V., Plakhova, V. B., Penniyaynen, V. A. et al. (2022) New approaches to the design of analgesic medicinal substances. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, vol. 100, no. 1, pp. 43–52. https://doi.org/10.1139/cjpp-2021-0286 (In English)

Timoshchuk, K. I., Khalisov, M. M., Penniyaynen, V. A. et al. (2019) Issledovanie mekhanicheskikh kharakteristik nativnykh fibroblastov s pomoshch’yu atomno-silovogo mikroskopa [Investigation of mechanical characteristics of native fibroblasts using an atomic force microscope]. Pis’ma v zhurnal tekhnicheskoj fiziki, vol. 45, no. 18, pp. 44–47. https://doi.org/10.21883/PJTF.2019.18.48238.17878 (In Russian)

Sneddon, I. N. (1965) The relation between load and penetration in the axi-symmetric boussinesq problem for a punch of arbitrary profile. International Journal of Engineering Science, vol. 3, no. 1, pp. 47–57. https://doi.org/10.1016/0020-7225(65)90019-4 (In English)

Загрузки

Опубликован

30.06.2022

Выпуск

Том 3 № 1 (2022)

Раздел

Экспериментальные статьи

Лицензия

Copyright (c) 2022 Максим Миндигалеевич Халисов, Валентина Альбертовна Пеннияйнен, Александр Витальевич Анкудинов, Светлана Александровна Подзорова, Борис Владимирович Крылов

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Автор предоставляет материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. После публикации все статьи находятся в открытом доступе.

Авторы сохраняют авторские права на статью и могут использовать материалы опубликованной статьи при подготовке других публикаций, а также пользоваться печатными или электронными копиями статьи в научных, образовательных и иных целях. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.