Транспортная РНК играет ключевую роль в жизнедеятельности клетки, обеспечивая процесс декодирования генетической информации в белковом синтезе. Как показывают последние исследования, молекула тРНК может выполнять другие функции благодаря процессингу. Расщепление пре-тРНК и зрелой тРНК приводит к образованию различных некодирующих РНК, среди которых так называемые половинки тРНК (tRNA halves), также известные как индуцированные стрессом РНК (stress-induced tRNA), tRNA-derived или tiRNA. Описаны также меньшие фрагменты тРНК (tRFs). Характерным примером «двойного назначения» тРНК является разрезание активируемой при клеточном стрессе нуклеазой ангиогенин тРНК в антикодоновой петле с генерацией половинок, из которых 5’-фрагменты опосредуют временное выключение трансляции при стрессе. Ранее нами было впервые показано увеличение содержания tiRNA при остром стрессе эндоплазматического ретикулума и способность хронического стресса ЭПР приводить к формированию фенотипа клеточного старения. В работе с помощью высокопроизводительного секвенирования впервые анализируется профиль фрагментов тРНК при ЭПР-стресс-индуцируемом старении и сопоставляется с профилем при репликативном старении. Обнаружен ряд общих фрагментов тРНК для этих двух состояний. Они потенциально могут использоваться в качестве маркеров процессов клеточного старения. Transfer RNA plays a key role in the cell, providing the process of decoding genetic information. Recent research shows that the tRNA molecule can perform other functions due to processing. Cleavage of pre-tRNA and mature tRNA leads to the formation of various non-coding RNAs, among which are so-called tRNA halves, also known as stress-induced tRNA, tRNA-derived or tiRNA. Smaller tRNA fragments (tRFs) have also been described. A typical example of «dual purpose» tRNA is the cutting of tRNA in the anticodon loop by cellular stress-activated nuclease angiogenin, generating halves, of which the 5’ fragments mediate temporary translation shutdown under stress. Previously, we demonstrated an increase in tiRNAs during acute endoplasmic reticulum stress and the ability of chronic ER stress to lead to the formation of a cellular senescence phenotype. In this work, using high-throughput sequencing, the profile of tRNA fragments during ER stress-induced cellular senescence is analyzed for the first time and compared with the profile during replicative senescence. A number of common tRNA fragments have been found for these two conditions. They can potentially be used as markers of cellular senescence.

MicroRNAs are small noncoding RNAs that regulate gene expression; stabilize the cell phenotype; and play an important role in cell differentiation, development, and apoptosis. A canonical microRNA biogenesis pathway includes several posttranscriptional steps of processing and transport and ends with cytoplasmic cleavage of pre-miRNA by type III ribonuclease DICER to form a mature duplex, which is included in RISC. MicroRNA biogenesis and role in cell stress are still poorly understood. Using flow cytometry and high-throughput analysis of gene expression, we have shown that chronic endoplasmic reticulum (ER) stress, which is associated with improper protein folding in the ER, induce a cellular senescence phenotype in fibroblast-like FRSN cells. While acute ER stress can reduce miRNA biogenesis, chronic stress does not cause a significant drop in global microRNA expression and is accompanied by only a slight decrease in DICER1 mRNA expression. Heterogeneity with respect to lysosomal β-galactosidase activity was found to increase in the cell population exposed to ER stress. We do not exclude induced cell heterogeneity regarding expression of components of the microRNA biogenesis pathway.

Стрессорные гранулы (СГ) - цитоплазматические рибонуклеопротеиновые ассоциаты, формирующиеся при остановке кеп-зависимой трансляции в эукариотических клетках под действием стрессорных факторов, таких, как повышенная температура, гипоксия, ультрафиолет и др. СГ могут также спонтанно собираться при повышении экспрессии их белковых компонентов. В данной работе были экспрессированы в клетках FRSN и EA.hy926 компоненты СГ - белки TIA1 и G3BP1, в виде слитых с флуоресцентным EGFP белком гранул, что позволило визуализировать динамику СГ. Нами обнаружена спонтанная сборка и стабильная персистенция СГ после трансфекции. Однако частота диссоциации СГ возрастала с увеличением времени от трансфекции. При стрессе ЭПР, индуцированном дитиотреитолом, число клеток с СГ возрастало, однако, как правило, это была поздняя нуклеация СГ, что мы предполагаем связанным с присоединившимися вторичными стрессовыми факторами на фоне стресса ЭПР. С учетом важной роли СГ в выживании клеток мониторинг СГ дает дополнительную информацию о механизмах клеточного стрессового ответа в культурах клеток FRSN и EA.hy926. Stress granules (SGs) are cytoplasmic ribonucleoprotein associates that are formed when the cap-dependent translation is attenuated in eukaryotic cells during cellular stress caused by elevated temperature, hypoxia, ultraviolet light, etc. SGs can also spontaneously assemble upon overexpression of their protein components. In this work, the SG components, TIA1 and G3BP1 proteins, were expressed in FRSN and EA.hy926 cells as a fusion protein with fluorescent EGFP, which enabled visualization of artificial SGs. We found spontaneous assembly and stable persistence of SG following the transfection. However, the frequency of SG dissociation increased with increasing time after the transfection. Under the ER stress induced by dithiothreitol, the number of cells with SGs increased. However, that was a generally late nucleation of SGs. This we assumed was related to secondary stress factors that had joined during oER stress. Given the important role of SGs in cell survival, monitoring of SGs provides additional information on the mechanisms of cellular stress response in FRSN and EA.hy926 cells.

Введение. Гипергомоцистеинемия (Ггц) - повышение уровня гомоцистеина в плазме крови выше 12 мкмоль/л - независимый фактор риска сердечно-сосудистых заболеваний. Гипергомоцистеинемия, являясь сравнительно распространенным состоянием, ассоциирована также с рядом других патологий, таких как болезнь Альцгеймера, шизофрения, заболевания почек, остеопороз, инсулиннезависимый диабет. Повышенные концентрации гомоцистеина (Гц) способны вызывать клеточный стресс (окислительный, стресс эндоплазматического ретикулума), что может приводить к эндотелиальной дисфункции и клеточной гибели. Ггц может отягощать течение инфекционных заболеваний, но механизмы такой модуляции изучены недостаточно. Предполагается, что Ггц является одним из факторов неблагоприятного прогноза SARSCoV-2 инфекции. Цель исследования - изучение в эндотелиальных клетках механизмов действия гомоцистеина, липополисаридов, их комбинации, а также модулирующего действия фолиевой кислоты и витамина В12. Методика. Эндотелиоцитоподобные клетки EA.hy926 подвергали действию дитиотрейтола, гомоцистеина, липополисаридов, гомоцистеина в комбинации с липополисахаридами, с дополнительной инкубацией с витамином В12 и фолиевой кислотой или только фолиевой кислотой. Использовали ДНК-цитометрию для подсчета процента гиподиплоидных клеток, а также МТТ-тест для оценки цитотоксических эффектов. Методом ПЦР-РВ оценивали уровни экспрессии мРНК генов, вовлеченных в ответ клетки на стресс эндоплазматического ретикулума: BiP, XBP1 (общего и сплайсированной формы), IRE1, ATF6 в двух временных точках после воздействия - 6 ч и 24 ч. Результаты. Впервые показано, что совместное действие липополисахаридов и гомоцистеина приводит к увеличению активности пути IRE1-XBP1 - сигнальной ветви ответа на стресс эндоплазматического ретикулума. Являясь слабыми индукторами стресса ЭПР, липополисариды значимо потенцируют активированный гомоцистеином сигнальный путь IRE1-XBP1, что мы связываем с взаимодействием сигнальных путей врожденного иммунитета и ответа на стресс. Обнаруженное потенцирование может объяснять небольшое увеличение цитотоксичности при сочетанном действии Гц и ЛПС в связи с тем, что пролонгированная активность IRE1 обладает проапоптотическим действием. Впервые показано, что фолиевая кислота и витамин В12 снижают активность пути IRE1-XBP1 при действии гомоцистеина и ЛПС, а также дитиотрейтола. Заключение. В ходе исследования установлено значимое стимулирование сигнального пути IRE1-XBP1 комбинацией ЛПС и Гц, а также атеннюация этого пути фолиевой кислотой и витамином В12. Однако, потенцирование гомоцистеином цитотоксического эффекта ЛПС невелико. Хотя полученные в ходе данного in vitro исследования результаты не позволяют в полной мере рассматривать Ггц как фактор, усложняющий течение инфекционных заболеваний, состояние сосудистой системы и возрастающий риск ее дисфункции должны приниматься во внимание при выборе методов профилактики, терапии и прогноза течения инфекционных заболеваний на фоне гипергомоцистеинемии. Introduction. Hyperhomocysteinemia (HHcy) is a pathological condition described with high levels in plasma of homocysteine (Hcy), a nonprotein α-amino acid homologue of cysteine. It might cause oxidative and endoplasmic reticulum stress with resultant endothelial dysfunction and cell death. HHcy, that is a widespread condition, is associated with a number of other pathologies, such as Alzheimer’s disease, schizophrenia, kidney disease, osteoporosis, and diabetes. Early studies emphasize HHcy as one of the crucial and independent risk factors for development of cardiovascular disorders. Moreover, hyperhomocysteinemia can escalate the severity of infectious diseases and even appears as a potential marker for forecasting the course of SARSCoV-2 infection, as many patients are currently at risk for major clotting events once the infection is established. However, the mechanisms of these processes were poorly studied previously. Therefore, the major focus of this work is to study the mechanisms of actions of homocysteine and lipopolysaccharides (LPS) separately and combined together, and modulating actions of them by folic acid and vitamin B12 in endothelial cells. Methods. Endotheliocyte-like EA.hy926 cells were exposed to dithiothreitol, homocysteine, LPS, and Hcy in combination with LPS, with additional incubation with vitamin B12 and folic acid or folic acid alone.The DNA cytometry was performed to calculate the percentage of hypodiploid cells, and the MTT test was conducted to assess cytotoxic effects. RT-qPCR was done in order to evaluate the mRNA expression of the genes involved in the cell response to endoplasmic reticulum stress: BiP, XBP1 (common and spliced form), IRE1, ATF6 at two time points after exposure, 6 h and 24 h. Results. During our research, it was discovered that the coaction of LPS and Hcy increased the activity of the IRE1-XBP1 pathway, a signaling branch of ER stress. LPS, as weak inducers of ER stress, significantly potentiates the Hcy-activated IRE1-XBP1 signaling pathway. We interpret this event as the interaction of signaling pathways of innate immunity and stress response. The observed potentiation may explain the elevated cytotoxicity under the coaction of Hcy and LPS due to the proapoptotic effect of IRE1prolonged activity. In this paper, our research demonstrated that folic acid and vitamin B12 restrict the activity of the IRE1-XBP1 pathway under the action of Hcy and LPS as well as of dithiothreitol. Conclusion. A significant stimulation of the IRE1-XBP1 signaling pathway by a combination of LPS and Hcy, as well as attenuation of this pathway by folic acid and vitamin B12 have been shown. However, the potentiation of the cytotoxic effect of LPS by homocysteine is relatively small. Although the results obtained during this in vitro study do not let us to fully consider HHcy as a factor aggravating the course of infectious diseases, the state of the vascular system and the increasing risk of its dysfunction should be taken into account while choosing methods for the prevention, treatment and forecasting of the infectious diseases course against the background of hyperhomocysteinemia.

Гравитация оказывает сильное влияние на физиологию человека, включая атрофию мышц, снижение плотности костей, дисбаланс иммунной и сердечно-сосудистой систем, эндокринные нарушения. Эти физиологические изменения представляют собой серьёзные препятствия для длительных космических путешествий. Механизмы нарушения физиологии человека в условиях микрогравитации остаются неизвестными, что порождает многочисленные открытые вопросы, касающиеся адаптивных изменений, которые происходят на клеточном и молекулярном уровне. Использование наземных средств моделирования микрогравитации позволяет получить данные о влиянии невесомости на биологию разных клеток. В этом обзоре рассматриваются последние данные о влиянии моделированной микрогравитации на клеточном уровне: на адгезию, морфологию, механочувствительность и апоптоз. Таким образом, исследования, проводимые в условиях микрогравитации, могут расширить наши знания, о биологических механизмах, лежащих в основе клеточной физиологии и патофизиологии человека. Gravity has a profound influence on human physiology, including muscle wasting, decreased bone density, immune and cardiovascular functions, and endocrine disruption. These physiological changes represent major obstacles to long-term space missions. The mechanisms by which human physiology is disrupted in microgravity remain unknown, rendering numerous open questions regarding the adaptive changes that occur at the cellular and molecular level in response to microgravity. The use of ground-based facilities to simulate microgravity provides a better understanding of the effect of weightlessness on cells. This review will give recent insights into the impact of simulated microgravity on cells and how this technology may improve our understanding of the effects of space on human physiology and pathophysiology.

Цель. Изучение апоптоза тромбоцитов у пациентов с ишемической болезнью сердца (ИБС), которым была запланирована и проведена хирургическая реваскуляризация миокарда.

В последнее десятилетие внимание клиницистов привлекает проблема церебральной гипоперфузии - диапазона ишемического мозгового кровотока от нижней границы ауторегуляции до порога некроза. Поиски методов исследования регуляции кровотока при гипоперфузии остаются актуальным научным направлением. Цель исследования. Изучить посредством лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ) состояние регуляторных влияний на микрососуды мозга в условиях тяжелой ишемии. Материалы и методы. Эксперименты проведены на 10 контрольных и 10 опытных крысах под наркозом (хлоралгидрат, 400 мг/кг, в/б). Регистрацию мозгового кровотока (МК) проводили к неокортексе посредством ЛДФ. С помощью вейвлет-анализа ЛДФ-грамм анализировали регуляторные влияния со стороны эндотелия, нервной системы, миоцитов, дыхательных экскурсий и пульса. Результаты. В контроле при среднем артериальном давлении (АД) 84 [83; 86] мм рт.ст. МК составлял 27 [22, 32] п.е. В опытной группе после снижения системного АД до 30 [28; 31] мм рт.ст. (МК) составлял 6 (4, 7) п.е, что соответствует тяжелой ишемии. Абсолютные показатели колебаний кровотока при этом значимо снижались: в миогенном (в 2 раза), дыхательном (2,7 раза) и пульсовом (1,4 раза) диапазонах спектра. В то же время относительный вклад эндотелиального и нейрогенного диапазонов увеличился в 2,4 раза и 1,9 раза соответственно, что отражает процесс снижения тонуса церебральных сосудов в условиях централизации кровообращения. Заключение. Вейвлет-анализ мозгового кровотока позволяет выявить тонкие особенности его регуляции со стороны механизмов, формирующих сосудистый тонус. In the last decade, the attention of clinicians has focused on cerebral hypoperfusion, the range of ischemic cerebral blood flow from the lower border of autoregulation to the threshold of necrosis. The search for methods of studying the regulation of blood flow in hypoperfusion remains highly relevant. Aim. To study regulatory influences on cerebral microvessels in the conditions of severe ischemia by laser Doppler flowmetry (LDF). Materials and methods. The experiments were performed on 10 control and 10 experimental rats under anesthesia (chloral hydrate, 400 mg/kg, i/b). Cerebral blood flow (CBF) was recorded in the neocortex by LDF. Regulatory influences from the endothelium, nervous system, myocytes, respiratory excursions and pulse were studied by the wavelet analysis of LDF-grams. Results. In the control with an average blood pressure (BP) of 84 [83; 86] mm Hg, the CBF was 27 [22, 32] p. u. In the experimental group, after a decrease in systemic BP to 30 [28; 31] mm Hg, the CBF was 6 [4, 7] p. u., which corresponded to severe ischemia. Absolute values of blood flow fluctuations significantly decreased in the myogenic (50%), respiratory (63%) and pulse (28.6%) ranges. Furthermore, the relative contributions of the endothelial and neurogenic ranges increased by 140% and 90%, respectively, which reflects the process of reducing the tone of cerebral vessels in the conditions of centralization of blood circulation. Conclusion. The wavelet analysis of CBF reveals subtle features of its regulation by the mechanisms that form vascular tone.

Ustanovleno, chto ishemicheskij insul't (II) privodit k snizheniyu ryada vosstanovlennyh form nizkomolekulyarnyh aminotiolov (NMAT). Cel'yu issledovaniya bylo ocenit' vliyanie saharnogo diabeta 2-go tipa (T2SD) na obshchee soderzhanie, vosstanovlennye formy i redoks status NMAT u pacientov s II. Obsledovany 175 pacientov s II v bassejne vnutrennih sonnyh arterij (srednij vozrast 62 (55–69)) goda, postupivshie v centr v pervye 10–24 ch s momenta vozniknoveniya nevrologicheskih narushenij. V osnovnuyu gruppu voshli 68 pacientov (41,2% muzhchin) s II i T2SD. Gruppu sravneniya sostavili 107 pacientov (57% muzhchin) s II i stressovoj giperglikemiej, kontrol'nuyu gruppu — 31 pacient (54,8% muzhchin) s hronicheskoj cerebrovaskulyarnoj patologiej (CVP) bez SD. Vo vsekh sluchayah pacientam pri postuplenii provodili issledovanie NMAT v plazme krovi metodom zhidkostnoj hromatografii. Ustanovleno, chto II u pacientov s T2SD associiruetsya s rezkim snizheniem urovnej obshchego cisteina (oCis), obshchego glutationa (oGln), obshchego gomocisteina (oGcis), vosstanovlennogo glutationa (vGln), redoks-statusa glutationa (RS Gln), a takzhe povysheniem redoks-statusa cisteina (RS Cis) i redoks-statusa gomocisteina (RS Hcy Gcis). U pacientov s T2SD, v otlichie ot pacientov s razvitiem stressovoj giperglikemii v ostrom periode II, otmecheny bolee nizkie pokazateli oCis, oGln i oGcis. Takim obrazom, uroven' RS Gln, sostavlyayushchij 4,06% i menee v pervye sutki II u pacientov s T2SD, yavlyaetsya prediktorom neblagopriyatnogo funkcional'nogo prognoza (ocenka po shkale mRS sostavlyaet 3 balla i bolee spustya 3 nedeli posle II).

It was found that ischemic stroke (IS) results in decreased levels of a number of reduced forms of low molecular weight aminothiols (LMWTs). The study was aimed to assess the impact of type 2 diabetes mellitus (Т2D) on the total content, reduced forms and redox status of LMWTs in patients with IS. A total of 175 patients with IS in the internal carotid artery basin (the average age was 62 (55–69)) years) were assessed, who were admitted to the Center within the first 10–24 h since the onset of neurological disorder. The index group included 68 patients with IS and T2D (males made up 41.2%). The comparison group consisted of 107 patients with IS and stress hyperglycemia (males made up 57%), and the control group included 31 non-diabetic patients with chronic cerebrovascular disease (CCVD) (males made up 54.8%). The admission plasma levels of LMWTs were assessed by liquid chromatography in all patients. It was found, that IS in patients with T2D was associated with the rapid decrease in total cysteine (tCys), total glutathione (tGSH), total homocysteine (tHcy), reduced glutathione (rGSH), and glutathione redox status (GSH RS), along with the increase in cysteine redox status (Cys RS) and homocysteine redox status (Hcy RS). In contrast to patients with stress hyperglycemia developing during the acute period of IS, patients with T2D had lower tCys, tGSH, and tHcy levels. Thus, GSH RS of 4.06% or lower in the first 24 hours after the IS in patients with T2D was a predictor of poor functional outcome (mRS score was 3 or more 3 weeks after IS).

Моделирование гипергомоцистеинемии на грызунах является одним из основных способов изучения роли гомоцистеина в патофизиологии различных заболеваний (инфаркта миокарда, инсультов, когнитивных нарушений, болезни Альцгеймера, почечной недостаточности и др.). В настоящем обзоре рассмотрены биохимичекие аспекты метаболизма гомоцистеина, генетические способы моделирования гипергомоцистеинемии на крысах и мышах и их влияние на метаболизм как самого гомоцистеина так и на связанные с ним метаболиты: метионин, цистеин, S-аденозилметионин, S-аденозилгомоцистеин. Modeling hyperhomocysteinemia in rodents is a common way to study the role of homocysteine in pathogenesis of various diseases (myocardial infarction, stroke, cognitive impairment, Alzheimer’s disease, kidney failure, etc.). This review focuses on biochemical aspects of homocysteine metabolism, genetic methods for modeling hyperhomocysteinemia in rats and mice, and effects of these models on metabolism of both homocysteine itself and related metabolites (methionine, cysteine, S-adenosylmethionine, S-adenosylhomocysteine).

Ischemic stroke (IS) and type 2 diabetes mellitus are factors that affect the homeostasis of low-molecularweight aminothiols (cysteine, homocysteine, glutathione etc.). It has already been shown that IS in the acute period led to a decrease a level of reduced forms of aminothiols, but it is not clear whether type 2 diabetes mellitus has a noticeable effect there. Objective: to reveal the features of homeostasis of aminothiols in patients with type 2 diabetes mellitus in acute IS. Material and methods. The study involved 76 patients with primary middle cerebral artery IS in the first 10–24 hours after development of neurological symptoms. Group 1 included 15 patients with IS and type 2 diabetes mellitus, group 2 — 61 patients with IS and stress hyperglycemia. Their total plasma levels of cysteine, homocysteine, and glutathione, their reduced forms, and redox status were determined at admission (in the first 24 hours after IS). Results. There was a decrease in the level of total glutathione level (1.27 vs. 1.65 μM, p = 0.021), as well as its reduced form (0.03 vs. 0.04 μM, p = 0.007) in patients with IS and type 2 diabetes mellitus. Patients with type 2 diabetes mellitus who had a low redox status of homocysteine (0.65–1.2%) and glutathione (0.7–2.0%) were also characterized by a decrease in total glutathione level (p = 0.02; p = 0.03). Conclusion. Thus, type 2 diabetes mellitus is associated with a decrease in the level of total glutathione in acute IS. Probably, type 2 diabetes mellitus is characterized by a particular relationship between the metabolism of homocysteine, glutathione and glucose. Therefore, the search for homocysteine-dependent approaches to correct glutathione metabolism in type 2 diabetes mellitus may be of interest as an adjuvant therapy for IS.

Эндотелиальные клетки, выстилающие стенки сосудов, преобразовывают деформацию собственных структур, вызванную током крови, в химические сигналы, одним из которых является важный регулятор просвета сосуда - оксид азота (NO). К настоящему моменту накоплен большой объём данных о клеточных механизмах активации продукции NO, однако сведений о динамике генерации оксида азота эндотелиальными клетками в зависимости от гидродинамических условий недостаточно. В этой связи разработка микрофлюидных систем in vitro, имитирующих кровеносное русло, и изучение в них эндотелия в сложных гидродинамических условиях является актуальной задачей. В данной работе для создания контролируемых гидродинамических условий для монослоя эндотелиоцитоподобных клеток EA.hy926 была спроектирована и разработана микрофлюидная система, имитирующая линейные участки микрососудистого русла. Методом непрямого определения содержания оксида азота (II) NO с использованием флуоресцентного зонда 4,5-диаминофлуоресцеина DAF-2 впервые получены данные об увеличении продукции NO клетками EA.hy926 при механическом стрессе, создаваемом потоком ростовой среды. Представлены расчетные гидродинамические характеристики микрофлюидной системы, а также методика измерения продукции NO. Возможность исследования функциональной активности эндотелия позволяет использовать разработанную микрофлюидную модельную систему как для изучения клеточно-автономных регуляторных свойств эндотелия при действии ряда вазоактивных фармакологических препаратов и других методов воздействия на эндотелий, так и при моделируемой дисфункции эндотелия. Endothelial cells lining vascular walls transform the flow-induced deformation of their own structures into chemical signals, one of which, nitric oxide (NO), is an important regulator of the vascular lumen diameter. By present, a large amount of data on cellular mechanisms for activation of NO production has been accumulated. However, there is insufficient information on changes in endothelial NO generation under different hydrodynamic conditions. Therefore, development of microfluidic systems that model blood vessels in vitro and using them to study the endothelium under complex hydrodynamic conditions are relevant tasks. In this study, a microfluidic system was developed to create controlled hydrodynamic conditions for a monolayer of endotheliocyte-like cells EAhy.926. This system simulates linear sections of the microvasculature. By indirect measurement of NO (II) content with a fluorescent 4,5-diaminofluorescein (DAF-2) probe, we showed an increase in the NO production by EAhy.926 cells under mechanical stress generated by the medium flow. The article presents the method for measuring NO production and the calculated hydrodynamic characteristics of the microfluidic system. The results showed that the developed microfluidic model system is promising for studying cell-autonomous regulatory properties of the endothelium both under the action of vasoactive agents and in simulated endothelial dysfunction.

In several types of cells, inhibition of ubiquitous α1-isoform of the Na+,K+-ATPase leads to drastic transcriptomic changes mediated by dissipation of transmembrane concentration gradients of monovalent cations. In the present study, we employed the sharp differences in the affinity of α1- and α3-Na+,K+-ATPase for ouabain to examine the role of α3 isoform in the regulation of intracellular Na+ and K+ content and gene expression in primary cultures of rat cerebellum granule cells. Addition of 100 nM ouabain decreased the Na+,K+-ATPase activity by 20% due to the inhibition of α3 isosyme. At this concentration, ouabain changed transcription of 17 genes with maximal ~2-fold activation and 1.5-fold inhibition. The full-scale inhibition of α1- and α3-Na+,K+-ATPase by 1 mM ouabain was accompanied by a ~50-fold elevation of the [Na+]i/[K+]i ratio and altered the content of mRNA encoding 673 genes with maximal 20-fold activation and 3-fold inhibition. Unlike 1 mM ouabain, 100 nM ouabain did not affect phosphorylation of the Ca2+-sensitive transcription regulator CREB. Our results show that transcriptomic changes in neurons subjected to inhibition of α3-Na+,K+-ATPase by low doses of ouabain are not mediated by elevation of the [Na+]i/[K+]i, ratio and activation-sensitive mechanisms of excitation–transcription coupling.

Protein unfolding in the endoplasmic reticulum (ER) induces a particular form of proteotoxic cellular stress — ER stress: immature and incorrectly folded proteins can accumulate in the ER lumen and form cytotoxic aggregates. Under ER stress, the non-specific protective mechanism, Unfolded Protein Response (UPR), is activated. The key element of UPR is the signaling pathway mediated by transmembrane ER protein IRE1. The activated endoribonuclease domain IRE1a causes non-canonic XBP1 mRNA splicing, which leads to the synthesis of an active transcription factor sXBP1. It induces the expression of proadaptive genes. In addition to its cytoprotective function, IRE1 is also a key regulator of ER stress-induced cell death. It is assumed that with prolonged activation, IRE1 switches from proadaptive to proapototic regulation. Aim. This paper is devoted to studying possible IRE1a switching from proadaptive to proapoptotic regulation. Using the inhibition of the IRE1a endoribonuclease domain by the compound STF-083010, we analyzed the dependence of cell survival on the period of IRE1a activity under ER stress of varying intensity. We observed the cell specificity of this dependence: in non-secreting Jurkat cells, inhibition of IRE1a in the early stages of intense stress was less toxic than in the later ones; in secreting EA.hy926 cells, an inverse relationship was observed. Purpose of the study. The study of the dependence of cell survival on the duration of the activity of the signaling pathway, mediated by the ribonuclease activity of IRE1, during endoplasmic reticulum stress. Methods. Using RT-qPCR, inhibition of the IRE1α endoribonuclease domain by compound STF-083010, the dependence of cell survival on the period of IRE1α activity during ER stress of various intensities was analyzed. Results. IRE1a exerts a predominantly cytoprotective effect under intense stress — inhibition by the compound STF-083010 reduces cell viability. The character of the dependence of cell survival on the period of IRE1α activity under ER stress is cell-specific: the survival of non-secretive T-lymphoblasts Jurkat was higher when IRE1α was inhibited in the early stages of intense stress than in the latter; for secreting endotheliocyte-like cells EA.hy926, an inverse relationship was observed.

Поток жидкости оказывает значительное влияние на морфофункциональное состояние большинства клеток в организме. Это может проявляться в миграции клеток под действием сдвиговой деформации или градиента питательных веществ. Мезенхимные стволовые фибробластоподобные клетки FRSN были культивированы в условиях воздействия постоянного потока жидкости в микрофлюидном чипе. Проведены исследования миграции клеток на разных стадиях адгезии под действием потока в различных областях чипа. Обнаружены значительные перемещения клеток в режиме «stick-slip» вдоль направления потока. The fluid flow exerts a significant effect on most cells in the body. This effect can involve cell migration under the action of shear stress or nutrient gradient. FRSN mesenchymal stem cells were cultured under the action of a constant fluid flow of low intensity in a microfluidic chip. The study of cell migration at different stages of adhesion was performed under the action of flow in different areas of the chip. Significant cell movements in a stick-slip mode along the flow direction were observed.

Адгезия клеток к субстрату является одним из ключевых факторов, влияющих на клеточные функции и их жизнеспособность. Для адекватного биомоделирования многоклеточных тканевых структур in vitro необходим тщательный подбор используемых в качестве подложки для клеток материалов. В работе мы исследовали адгезию эндотелиоцитоподобных клеток EA.hy926 к стеклу и полимерным материалам, часто применяемых в микрофлюидике для моделирования тканевых структур. Методом конфокальной сканирующей микроскопии было показано, что различные виды полидиметилсилоксана (ПДМС) характеризуется низкой адгезией клеток по сравнению со стеклом и специально подготовленным полистиролом (ПС). При этом обработка кислородной плазмой не оказывает существенного влияния на адгезию. Обработка коллагеном I, напротив, существенно улучшает адгезию. Белковый гель достаточно хорошо покрывает как гидрофильную поверхность стекла, так и гидрофобную поверхность полимера. Методом сканирующей зондовой микроскопии были также исследованы особенности распластывания отдельных клеток на поверхности субстрата. Cell-substrate adhesion is a key factor affecting the cell functionality and fate. Therefore, for adequate biomodeling of cellular structures in vitro, it is necessary to carefully select the materials used. In this study, we evaluated adhesion of endothelial-like cells EA.hy926 to polymeric materials and glass, which are used in microfluidics to model blood vessels. It was shown that different types of polydimethylsiloxane (PDMS) provided low cell adhesion compared to glass and specially prepared polystyrene (PS). The treatment with oxygen plasma did not exert a significant effect on adhesion. Covering with collagen I, on the contrary, significantly improved adhesion. The protein gel quite well covered both the hydrophilic surface of the glass and the hydrophobic surface of the polymer. The features of individual cells spreading on the substrate surface were also studied using scanning probe microscopy.

Стремительный технический прогресс способствует появлению все новых подходов в клеточной биологии, одним из них является клеточная микрофлюидика. Применение технологий микрофлюидики открыло новые возможности по культивированию, прецизионному анализу и манипулированию как популяциями клеток, так и отдельными клетками. Основой новой технологии является микрофлюидный чип - миниатюрное устройство, содержащее систему микро- и наноканалов, полостей, мембран и других элементов. Возможность прецизионного управления пространственным расположением клеток и их микроокружением предоставляет уникальные и беспрецедентные возможности для биомоделирования in vitro фунциональных элементов органов и тканей. В данном обзоре приведены примеры построения и применения таких трехмерных микрофлюидных клеточных моделей для анализа протекающих в них физиологических и патологических процессов. Особое внимание уделено влиянию клеточного микроокружения клетки на её функционирование. Significant technological progress has brought new approaches to cell biology. Using microfluidic technologies has opened new opportunities for cultivation, analysis, and manipulation of both individual cells and their populations. The basis of the new technology is a microfluidic chip, a miniature device containing a system of micro- and nanochannels, cavities, membranes, and other elements. The precise control of spatial arrangement of cells and their microenvironment opens new prospects for in vitro biomodeling of functional elements of organs and tissues. This review shows examples for construction and application of such three-dimensional microfluidic cellular models for analysis of physiological and pathological processes. Particular attention is paid to the influence of cellular microenvironment on cell functioning.

Гетерополисахарид гиалуронан, являясь ключевым компонентом внеклеточного матрикса, играет важную роль в поддержании определенных физико-химических условий в тканях. Кроме того, гиалуронан может модулировать состояние клеток через взаимодействие с рецепторами и эндоцитоз, однако, эти эффекты недостаточно изучены. Благодаря своим уникальным свойствам, гиалуронан нашел широкое применение в разных областях биомедицины, в частности, активно используется в качестве микроимплантатов в дерму для коррекции возрастных изменений кожи. Вместе с тем, нативный гиалуронан нестабилен при инъекции и подвергается быстрой деградации в ткани, что существенно ограничивает продолжительность вызываемых им эффектов. В данной работе исследуется новая композиция на основе гиалуронана - HR-2, которую отличают ковалентные сшивки между цепями, введенные путем разработанной авторами одностадийной технологии твердофазной модификации полисахаридов. Сшивки препятствуют быстрой деградации гиалуронана. Авторами предложена концепция функционирования гиалуронана в ткани в качестве депо протеиногенных аминокислот и витаминов в целях поддержания биосинтетической активности клеток. Ранее было показано, что сшитый по данной технологии гиалуронан более стабилен в дерме, в связи с чем его действие в качестве депо может быть пролонгировано. В данной работе исследуется влияние на эндотелиоцитоподобные клетки и фибробласты препарата HR-2, представляющего собой новую композицию гиалуроната натрия и сополимера гиалуроновой кислоты с аскорбилфосфатом магния с добавлением глицина, пролина, лизина. В работе проводится сравнение с немодифицированным гиалуронатом натрия. Установлено, что композиция HR-2 в сравнительно высоких концентрациях дозозависимо увеличивает активность дегидрогеназ в фибробластах, что может свидетельствовать о метаболическом их стимулировании. Это отличает препарат HR-2 от нативной гиалуроновой кислоты, ингибирующей в этих же концентрациях метаболическую активность фибробластов. Оба препарата - и HR-2, и нативная гиалуроновая кислота - в малых концентрациях вызывают гормезис-подобный, стимулирующий метаболизм эндотелиоцитов эффект. Цитотоксичность композиции HR-2 ниже нативной гиалуроновой кислоты на обоих клеточных типах. Следует также отметить, что не выявлено достоверного пролиферативного действия обоих препаратов. Полученные в работе новые сведения могут быть использованы для оптимизации режимов применения препаратов гиалуроновой кислоты в биомедицине, с целью достижения максимального терапевтического эффекта и снижения нежелательных последствий его применения. Hyaluronan (HA) is a linear heteropolysaccharide, a key component of the extracellular matrix. It plays an important role in maintaining certain physicochemical conditions in tissues. In addition, hyaluronan can modulate the state of cells through interaction with receptors and endocytosis; however, these effects are not well understood. Due to its unique properties, hyaluronan is widely used in various fields of biomedicine, in particular, as microimplant for correction of age-related skin changes. However, native hyaluronan is unstable when injected and undergoes rapid degradation in the tissue, which significantly limits duration of its effects. In this study, we evaluated a new hyaluronan-based composition, HR-2, which is distinguished by covalent cross-links between the chains. Those cross-links were incorporated using a one-stage technology of solid-phase modification of polysaccharides developed by the authors. The cross-links prevent the rapid degradation of hyaluronan. The authors proposed a concept of injecting hyaluronan into tissue as a depot of proteinogenic amino acids and vitamins in order to maintain the biosynthetic activity of cells. Previously it was shown that hyaluronan produced with this technology was more stable in the dermis, and, therefore, its performance as a depot can be prolonged. In this work, we studied the effect on endotheliocyte-like cells and fibroblasts of HR-2, which is a new composition of sodium hyaluronate and a copolymer of hyaluronic acid with magnesium ascorbyl phosphate supplemented with glycine, proline, and lysine. The study compared HR-2 with unmodified sodium hyaluronate. We found that the composition of HR-2 in relatively high concentrations dose-dependently increased dehydrogenase activities in fibroblasts, that might indicate their metabolic stimulation. This differs HR-2 from native hyaluronic acid, which inhibits the metabolic activity of fibroblasts when added in similar concentrations. Low concentrations of both drugs, HR-2 and native hyaluronic acid, exerted a hormesis-like effect on endotheliocyte metabolism. Cytotoxicity of the HR-2 formulation was lower than of native hyaluronic acid in both cell types. It should also be noted that no reliable proliferative effects of both drugs have been identified. The new information obtained in this study can help optimizing the use of hyaluronic acid drugs in biomedicine to achieve the best therapeutic effect and reduce undesirable consequences of its use.

Цель: оценить гомеостаз низкомолекулярных аминотиолов (цистеина, цистеинил-глицина, гомоцистеина и глутатиона) в плазме крови в остром периоде ишемического инсульта. Методика. Обследован 41 пациент с атеротромботическим и кардиогенным эмболическим инсультом. 31 пациент с хронической ишемией головного мозга был включен в контрольную группу. Общий уровень низкомолекулярных аминотиолов и уровни их восстановленных форм определяли в 1-е, 3-и, 7-е и 15-е сут. инсульта. Результаты. Уровни восстановленных форм цистеина и цистеинил-глицина у больных с инсультом были снижены в 1-е-7-е сут. инсульта. Наблюдалось раннее повышение общего содержания глутатиона и цистеина, носящее, по всей видимости, адаптивный характер. Различий между уровнями низкомолекулярных аминотиолов у пациентов с атеротромботическим и кардиогенным подтипами инсульта выявлено не было. Анализ логистической регрессии показал, что исходные уровни восстановленного гомоцистеина, общего цистеинил-глицина и редокс-статус цистеина у пациентов являлись прогностическими факторами возникновения атеротромботического и кардиогенного эмболического инсульта с вероятностью 86,2% (р <0,001). Выводы. Уровни низкомолекулярных аминотиолов ассоциируются с тяжестью неврологических нарушений и объемом инфарктов головного мозга. Их определение может иметь диагностическое значение как в острейшем периоде ишемического инсульта, так и при мониторинге его течения. Objectives: To evaluate homeostatic disorders of plasma low molecular weight aminothiols (LMWTs: cysteine, cysteinylglycine, homocysteine, and glutathione) during acute and early subacute stages of ischemic stroke. Patients and Methods: 41 patients with primary large-artery atherosclerosis and cardioembolic stroke were admitted within the first 6-24 h of the onset of neurologic symptoms. The control group included 31 patients with chronic cerebral ischemia. Concentrations of total LMWTs and their reduced forms were measured on days 1, 3, 7, and 15 after stroke. Results and Discussion: Concentrations of cysteine and cysteinylglycine reduced forms were decreased in patients with stroke on days 1-7. Also, early adaptive increases in total glutathione and cysteine levels were observed. LMWT concentrations did not differ between stroke subtypes. The analysis of logistic regression indicated that concentrations of reduced homocysteine and total cysteinylglycine and the redox status of cysteine at admission were predictive factors for development of ischemic stroke with a probability of 86.2% (p < 0.001). Conclusion: Concentrations of LMWTs may indicate the severity of neurological deficit and the size of cerebral infarct. Measuring these concentrations can be diagnostically important both at an early stage of ischemic stroke and during stroke monitoring.