Анотація до роботи:

Островська Г.В. Первинні механізми мембраномодулюючої дії біорегуляторів природного і синтетичного походження. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.02 – біофізика. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2004.

Дисертація присвячена з’ясуванню первинних механізмів мембраномодулюючої дії біорегуляторів природного і синтетичного походження і активної ролі ліпідного матриксу мембран в цих процесах. Досліджено особливості взаємодії бірегуляторів з модельними ліпідними і ліпопротеїновими мембранами різного складу. Показано, що досліджені речовини з різною ефективністю здатні взаємодіяти з ліпідним матриксом мембран без попереднього залучення специфічних білкових рецепторів. Ефективність цих процесів залежить від електростатичних і гідрофобних взаємодій. Пептид-ліпідна взаємодія модулюється вмістом оптичних ізомерів амінокислотних залишків в їх молекулах, іонним складом і іонною силою субфази. Не виявлено прямої залежності мембранотропних властивостей регуляторних пептидів від довжини молекули. Пояснюється роль ліпідної фази у виборі підтипу рецептора при взаємодії пептидів з мембраною. Провідна роль в прояві мембранотропних властивостей досліджених біорегуляторів належить фосфоліпідам, тоді як білки і холестерол знижують інтенсивність їх інкорпорації. Встановлена висока мембранотропна активність і охарактеризовані її параметри для ряду фітопрепаратів з радіо- і гепато-протективною дією. Показана залежність змін цієї активності від особливостей отримання фітопрепарату, що може застосовуватись при подальшому пошуку природних мембраностабілізаторів. Запропоновано схему механізму реалізації ефектів пептидних і інших біорегуляторів за участю ліпідного матрикса мембрани.

1. Регуляторні пептиди з різними структурно-функціональними властивостями (оптичні ізомери кіоторфіну, тироліберин, меланостатин, пентагастрин, Мет- і Лей-енкефаліни, їх синтетичний аналог S-77, нейротензин), похідні амінокислот (гамма-аміномасляна кислота і кардіотонік суфан), ксенобіотичні речовини (2,4-дихлорфеноксиоцтова кислота і N-оксид диметил-піридину) і фітопрепарати здатні взаємодіяти з ліпідним матриксом мембран без попереднього залучення специфічних білкових рецепторів.

2. Взаємодії біорегуляторів з мембранами опосередковуються ліпідним складом і залежать як від електростатичних, так і від гідрофобних ефектів. Аніонні ліпіди сприяють концентруванню БАР на поверхні мембрани, більш ефективне проникнення регуляторних пептидів спостерігається в мембрани, що складаються з нейтральних фосфоліпідів, тоді як холестерол і білки знижують активність взаємодії біорегуляторів з мембранним матриксом.

3. Ефективність пептид-мембранної взаємодії залежить від гідрофільно-гідрофобного балансу пептидної молекули. Високі показники загальної гідрофобності при наявності полярних амінокислотних залишків (Z=0,3-0,8) сприяють активній інкорпорації пептидів в ліпідний матрикс. В той же час, такі ж або вищі показники гідрофобності при відсутності полярних залишків ведуть до істотного зниження активності пептид-мембранної взаємодії. При цьому мембранотропні властивості малих (2-13 амінокислотних залишків) регуляторних пептидів не мають прямої залежності від довжини молекули.

4. Мембраноактивні регуляторні пептиди, подібно антибактеріальним пептидам, характеризуються зниженним вмістом гідрофільних амінокислот, за виключенням Gly, Arg+ та Gln і підвищенням сумарного вмісту гідрофобних амінокислот. Спектри гідрофобних амінокислотних залишків в РП і в антибактеріальних пептидах характеризуються протилежними тенденціями за вмістом більшості залишків. В регуляторних пептидах, на відміну від антибактеріальних, збільшений вміст залишків, що перешкоджають формуванню -спіралей. Ці відмінності можуть лежати в основі мембраноселективності і різної дії двох класів пептидів.

5. Різна гідрофобність енкефалінів, обумовлена єдиним С-кінцевим амінокислотним залишком, веде до різного прояву їх мембранотропної активності (Лей-енкефалін діє переважно в поверхневій зоні мембрани, тоді як молекули Мет-енкефаліну інкорпоруються в її матрикс), що може лежати в основі біологічного механізму вибору підтипу опіатного рецептора.

6. Пептид-ліпідна взаємодія модулюється вмістом оптичних ізомерів амінокислот в їх молекулах. Встановлена достовірна різниця в пептид-мембранних взаємодіях між різними ізомерними формами дипептиду кіоторфіну і пряма залежність між активністю їх взаємодії з фосфоліпідним матриксом в ряду L-Tyr-L-Arg > D-Tyr-L-Arg L-Tyr-D-Arg > D-Tyr-D-Arg і анальгетичною активністю цих форм.

7. Суфан (дикалієва сіль N-сукциніл-триптофану) проявляє мембранотропну активність по відношенню до ліпідних моношарових мембран. L-форма суфану є більш активною у порівнянні з D,L-формою. Провідна роль у виявленні мембранотропних властивостей суфану належить фосфоліпідам. Білки і холестерол знижують інтенсивність інкорпорації суфану, в першу чергу, D,L-форми, що співпадає з результатами клінічних досліджень.

8. Пептид-мембранні взаємодії різноспрямовано модулюються іонним складом і іонною силою субфази. В ряді Са²⁺> Mg² > K⁺ відбувається пригнічення взаємодії Лей-енкефаліну з полярною зоною фосфоліпідних мембран і активація взаємодії Мет-енкефалінів, що може бути обумовлено різною гідрофобністю двох енкефалінів. Підвищення іонної сили субфази до фізіологічних значень активує пептид-мембранну взаємодію і інкорпорацію меланостину в матрикс фосфоліпідної мембрани.

9. Гідрофільна гамма-аміномасляна кислота не здатна самостійно проникати в матрикс мембрани, але інтенсивно адсорбується в зоні полярних ліпідних головок. Максимальний ефект спостерігається при дії мікромолярних концентрацій ГАМК. Роль взаємодії ГАМК із ліпідним матриксом обмежується концентруванням препарату на поверхні мембрани, що є важливою умовою ефективної подальшої ліганд-рецепторної взаємодії.

10. Досліджені мембранотропні властивості ксенобіотиків 2,4-дихлорфеноксиоцтової кислоти (2,4-Д) і N-оксид 2,6-диметилпіридину (івіну). Взаємодія івіну з фосфоліпідними мембранами характеризується швидким проникненням його в гідрофобний матрикс мембрани, тоді як 2,4-Д переважно взаємодіє з полярними групами ліпідів мембран, що пояснюється її аніонними властивостями. Двофазність процесів їх взаємодії з ліпідним матриксом реалізується в параболічній концентраційній залежності їх безрецепторного впливу на Mg²⁺,Ca²⁺-АТФазну активність плазматичних мембран клітин печінки щура.

11. Встановлена висока мембранотропна активність і охарактеризовані її параметри для ряду фітопрепаратів з радіо- і гепато-протективною дією. Показана залежність змін мембранотропної активності від особливостей отримання фітопрепарату, що може бути застосовано при подальшому пошуку природних мембраностабілізаторів.

12. Запропоновано схему механізму реалізації ефектів пептидних і інших біорегуляторів за участю ліпідного матриксу мембрани. На першому етапі біорегулятори адсорбуються на мембрані за рахунок електростатичних зв’язків. Наступним етапом є інкорпорація молекули біорегулятора в гідрофобну зону ліпідного матриксу. Набуваючи єдиної конфігурації в гідрофобному оточенні, молекули біорегуляторів ефективно взаємодіють з мембранними рецепторами, утворюють іон-провідні структури, безпосередньо взаємодіють з мембранними білками (АТФазами, G-білками і ін.), можливо є субстратами для утворення внутрімембраних і внутріклітинних месенджерів (наприклад, пептидної природи), локально змінюють фізико-хімічний стан ліпідного матриксу, що приводить до зміни активності мембранних ферментів і переходу мембрани як системи до іншого стаціонарного стану.

Публікації автора:

1. Рыбальченко В.К., Островская Г.В. Мембранотропная активность нейрогипофизарных гормонов. – Луганськ, «Елтон-2». – 1998. – 82 с.

2. Физиология и биохимия пищеварения человека и животных/ В.К.Рыбальченко, Т.В. Береговая, М.Ю.Клевец, Е.А.Кондратюк, Г.В.Островская, Т.В.Рыбальченко, А.Я.Скляров; Под ред.В.К.Рыбальченко. – К.: Фитосоциоцентр, 2002. – 366 с.

3. Рыбальченко В.К., Островская Г.В., Рыбальченко В.К. Активная роль липидного матрикса плазматических мембран в реализации эффектов регуляторных пептидов //Тканевые регуляторные пептиды. Теоретические аспекты и перспективы практического применения/ Веснина Л.Э., Гаркович А.Л., Грицай Н.Н. и др.: Под общ.ред. И.П.Кайдашева, В.П.Мищенко, В.К. Рыбальченко. – К.: «Здоров’я», 2003. – С.309-330.

4. Могилевич Б.Р., Рыбальченко В.К, Островская Г.В. Теоретический подход к определению мембранотропной активности регуляторных пептидов//Биофизика.– 1995. – Т.40, №1. –С.95-97.

5. Островская Г.В., Рыбальченко В.К., Порало И.В. Взаимодействие нейротензина с модельными мембранами // Вестн.пробл. биол.и мед. – 1996. – №12. – С.21-26.

6. Коршак О.Л., Коцюба В.Л., Островська Г.В., Рибальченко В.К. Вплив мет- і лей-енкефалінів на стимульовану пентагастрином шлункову секрецію // Вісн. Київ. Ун-ту. Ін-т фізіол. – 1996. – Вип.2. – С.53-60.

7. Островська Г.В., Мельник Ю.М., Рибальченко В.К. Порівняльна характеристика мембранотропної активності мет- і лей-енкефалінів//Вісн.Київ.ун-ту. Пробл. регул. фізіол. функцій. – 1998. – Вип.3. – С.65-69.

8. Порало І.В., Островська Г.В., Ковальчук Т.О. Поверхнева і мембранотропна активність препаратів суфану різного складу (l- i d,l-суфану)//Вісн.Київ.ун-ту.Пробл.регул.фізіол. функцій.– 1999.– Вип.4.– С.34-38.

9. Мельник Ю.М., Островська Г.В., Цівінська С.М. Мембранотропна активність оптичних ізомерів кіоторфіну//Вісн.Київ.ун-ту.Пробл.регул.фізіол.функцій. – 1999. – Вип.4. –С.57-60.

10. Рибальченко В.К., Порало І.В. Островська Г.В., Рибальченко Т.В., Мельник Ю.М. Мембранотропна активність нейропептиду кіоторфіну та кардіотонічного препарату суфану // Нейрофизиология. 1999. – Т.31, №3. – С.266-269.

11. Гарник Т.П., Островська Г.В., Рибальченко В.К. Характеристика мембранотропних властивостей спиртових настоянок фітопрепаратів//Зб.наук. праць. співр. КМАПО ім. П.Л. Шупика. К., 2000. – Вип.9, Кн.2, – С.189-199.

12. Рибальченко Т.В., Островська Г.В., Кондратюк Е.А., Мельник Ю.Н., Гурняк О.М., Рибальченко В.К. Безрецепторная межклеточная химическая сигнализация // Нейрофизиология. – 2000. – Т.32, №3. – С.281-282.

13. Порало І.В., Островська Г.В. Рибальченко В.К. Мембранотропні ефекти неглікозидного кардіотонічного препарату суфан//Доп. НАН України. Біологія. – 2000. – № 4. – С.195-198.

14. Чекман І., Горчакова Н., Олійник С., Середенко М., Гудивок Я., Барабой В., РибальченкоВ., Островська Г., Порало І., Ніженковська І.. Динаміка перекисного окислення ліпідів в органах щурів при опроміненні та антиоксидантний ефект суфану // Галицьк. лікарськ. вісник. – 2000. – Т.7, №2. – С.85-88.

15. Гарник Т.П., Островська Г.В., Рибальченко В.К. Мембранотропна активність трав’яних зборів з гепатопротекторними властивостями//Гастроентерологія. – 2000. –Вип.31. –С.375-380.

16. Кучеренко М.Є., Рибальченко Т.В., Островська Г.В., Рибальченко В.К. Миготлива модель молекулярної організації плазматичної мембрани//Доп.НАН України. Біологія. – 2001. – №7. – С.149-152

17. Островська Г.В., Поканевич В.В., Гарник Т.П., Філінська О.М., Рибальченко В.К. Мембранотропна активність фітопрепарату Поліфітол-1//Вісн.Київськ.ун-ту. Пробл. регул. фізіол. ф-цій. – 2001. – Вип.7. – С.41-44.

18. Островська Г.В., Поканевич В.В. Гарник Т.П. Рибальченко В.К. Характеристика мембранотропних властивостей спиртових екстрактів фітопрепаратів//Доп. НАН України. Біологія. – 2001. – №8. – С.152-156.

19. Ostrovska G., Rybalchenko V., Rybalchenko T., Filinska O. Decrease of hepatotoxic effect of herbicide 2,4-D by plant growth regulator ivin//Ann.Universitatis Mariae Curie-Skodowska Lublin-Polonia – 2002. – Vol.XV. – N36. – P.425-428.

20. Рибальченко В.К., Островська Г.В., Рибальченко Т.В. Мембранотропні ефекти біорегуляторів: 1. Ендогенні пептиди//Фітотерапія. – 2002. – № 1-2. – С.53-59.

21. Островська Г.В., Яблонська С.В., Філінська О.М., Рибальченко Т.В., Бабіч Л.В. Гепатотоксичні ефекти тривалого інтрагастрального введення щурам 2,4-дихлорфеноксиоцтової кислоти й регулятора росту рослин івіну//Вісн.Київськ.ун-ту.Пробл.регул.фізіол.ф-цій. – 2004. –Вип.9. – С.56-57.

22. Нова методика добору співвідношення компонентів фітозборів на основі їх мембранотропних властивостей Реєстр. № 249/19/03 /Гарник Т.П., Островська Г.В., Рибальченко В.К., Рибальченко Т.В./Реєстр галузевих нововведень МОЗ України. –К., 2003. –Вип.18-19. –С.174-1 75.

23. Рибальченко В.К., Островська Г.В., Могилевич Б.Р., Демченко І.Б. Використання модельних мембран у дослідженнях ефектів біологічно активних речовин//II наук.-практ.конф.з народ. та нетрад. мед. – К., 1996. – С.55-56.

24. Островська Г.В., Рибальченко В.К., Порало І.В., Мельник Ю.М. Мембранотропні властивості бальзаму «Поліфітол-1»//ІІІ наук.-практ.конф.з нетрад.медиц. – К., 1997.- С.60-61.

25. Островська Г.В., Рибальченко В.К., Мельник Ю.М. Вплив іонів металів і іонної сили електроліту на мембранотропні властивості мет- і лей-енкефалінів //VII Укр.біохім. з’їзд. К., 1997.– Ч.1. – С.48.

26. Островська Г.В., Рибальченко В.К. Характеристика мембранотропних властивостей бальзаму «Поліфітол-1»//”Поліфітол-1”. – К.: КМІ УАНМ, 1998. – С.8-12.

27. Островська Г.В., Рибальченко В.К., Мельник Ю.М., Порало І.В., Рибальченко Т.В. Роль оптичної ізомерії в мембранотропній активності кіоторфіну// XV з’їзд Укр. фізіол.т-ва. - Київ, 1998. / Фізіолог.журн. – 1998. – Т.44, №3. – С.11.

28. Рибальченко В.К., Островська Г.В., Могилевич Б.Р., Ковальчук Т.О., Порало І.В., Цівінська С.М., Рибальченко Т.В. Коцюба В.Л., Кондратюк О.А., Мельник Ю.М., Савчук О.М., Бичко А.В. Роль мембранних ліпідів в міжклітинній хімічній сигналізіції // ІI з’їзд Укр. біофіз.тов-ва. – Харків, 1998. – С.90.

29. Горчакова Н.О., Рибальченко В.К., Островська Г.В, Олійник С.А., Ніженковська І.В. Поверхнева та мембранотропна активність препаратів суфану різного складу (l- i d,l-суфану) // ІI з’їзд Укр. біофіз.тов-ва. – Харків, 1998. – С.107.

30. Островская Г.В., Рыбальченко В.К. Физико-химические особенности пептидной молекулы определяют мембранотропные свойства биорегулятора //XVI Менделеевский съезд по общ. и прикл. химии. – С.-Пб., 1998. – С.105.

31. Рыбальченко В.К., Островская Г.В. Липидный путь химической межклеточной сигнализации//XVI Менделеевский съезд по общ. и прикл. химии. – С.-Пб., 1998. – С.124.

32. Островська Г.В., Рибальченко В.К., Порало І.В. Мембранотропна активність спиртового екстракту кореневища лепехи звичайної (Acorus calamus)//IV Міжнар.конф. “Інформо-терапія:теор.асп. і практ.застосув.” К., 1998 / Інформ.та негентр.мед. – 1998. – Вип.1. – С.24.

33. Рибальченко В.К., Островська Г.В., Могилевич Б.Р., Ковальчук Т.О., Рибальченко Т.В., Порало І.В., Цівінська С.М., Бичко А.В. Інформаційні аспекти взаємодії регуляторних пептидів з мембранами// IV Міжнар.конф. “Інформотерапія:теор.асп. і практ.застосув.” К., 1998 / Інформ.та негентр.мед. – 1998. – Вип.1. – С.28.

34. Островська Г.В., Порало І.В., Ковальчук Т.О., Ніженковська І.В., Рибальченко В.К. Первинні механізми взаємодії кардіотонічного препарату суфану з мембранами // V Міжнар.конф. “Інформотерапія: теор.асп. і практ.застосув.” К., 1999 / Інформ.та негентр. мед. – 1999. – Вип.1. – С.74-75.

35. Рибальченко В.К., Островська Г.В., Рибальченко Т.В. Роль липидов в рецепции химических информационных сигналов // V Міжнар.конф.“Інформотерапія: теор. асп. і практ.застосув.” К., 1999 / Інформ.та негентр.мед. – 1999. – Вип.1. – С.78-79

36. Порало И.В., Островская Г.В., Рыбальченко В.К. Мембранотропные эффекты негликозидного кардиотонического препарата суфан// Всерос.науч.конф. с муждунар. участием, посв.150-летия со дня рожд. И.П. Павлова. – С.-Пб., 1999. – С.245.

37. Гарник Т.П., Островська Г.В., Рибальченко В.К., Поканевич В.В. Вивчення механізму дії засобів рослинного походження щодо корекції функціонального стану гепатобіліарної та гастродуоденальної системи//V з’їзд фармац.України. – Харків, 1999. – С.113.

38. Гарник Т.П., Островська Г.В., Рибальченко В.К., Поканевич В.В. Гепатопротекторна дія препаратів ехінацеї пурпурової (Echinacea purpurea) у відновно-реабілітаційній терапії хворих різних вікових груп //ІІІ Нац.Конгр. геронтологів і геріатрів Укр.– К., 2000. – С.31.

39. Островська Г.В., Рибальченко В.К., Боровикова Г.С., Пономаренко С.П., Рибальченко Т.В. Взаємодія регулятора росту рослин Івіну з модельними фосфоліпідними мембранами// І з’їзд токсикологів України. –К., 2001. – С.62.

40. Харчук І.В., Островська Г.В., Рибальченко В.К. Мембранотропні, цитолого-гістологічні та біохімічні ефекти кардіотонічного засобу суфану - похідної сполуки бурштинової кислоти //Всеукр. Наук.конф. «Актуальні пробл. гастроентерології» – Київ, 2001. – С.55.

41. Островська Г.В., Решетнік Є.М, Долгова О.М., Рибальченко Т.В Фізіологічна і мембранотропна активність природних енкефалінів і пептиду -77 – їх синтетичного аналогу// ІІІ з’їзд Укр.біофіз.т-ва. – Львів, 2002. – С.80.

42. Островська Г.В., Рибальченко В.К., Яблонська С.В., Філінська О.M. Дослідження механізмів сумісної дії гербіциду 2,4-Д і регулятора росту рослин івіну //ІІІ з’їзд Укр.біофіз.т-ва. – Львів, 2002. – С.118.

43. Островская Г.В., Бычко А.В., Карпезо Н.О., Мацюх О.С., Рыбальченко В.К., Сютикова О.В. Взаимодействие ивина с липидными мембранами и базисные механизмы реализации биологической активности препарата// ІХ Міжнар.конф. “Інформотерапія: теор.асп.і практ.застосув.” К., 2003 / Інф.та негентр. мед. – 2003. – Вип.1. – С.81-82.

44. Яблонська С., Островська Г., Рибальченко Т., Філінська О. Порівняльний аналіз впливу гербіциду 2,4-дихлорфеноксиоцтової кислоти на дві форми Mg²⁺, Ca²⁺-АТФазної активності плазматичної мембрани гепатоцитів щурів// Міжнар. Наук-практ.конф. студ., асп. та молод. вчених «Шевченківська весна», присв.190-річчю з дня народж.Т.Шевченка та 170-річчю заснування Київського ун-ту. – Київ, 2004. Вип.ІІ. . – С. 39-40.

45. Яблонська С., Островська Г., Рибальченко Т., Зеленюк В., Філінська О. Вплив неорганічних іонів на взаємодію енкефалінів з ліпідними мембранами// Міжнар. Наук-практ.конф. студ., асп. та молод. вчених «Шевченківська весна», присв.190-річчю з дня народж.Т.Шевченка та 170-річчю заснуванняКиївського ун-ту. – Київ, 2004. Вип.ІІ.– С. 42-43.

46. Островська Г.В., Рибальченко В.К., Рибальченко Т.В. Особливості взаємодії пентагастрину з ліпідним матриксом мембран // Міжнар.наук.конференція “Клітинні і субклітинні механізми функціонування травної системи”, приуроч. до 80-ліття з дня народж. проф. І.В.Шостаковської. – Львів, 2004. – С.57-58.

47. Яблонська С.В., Островська Г.В., Рибальченко Т.В., Зеленюк В.О., Філінська О.М., Рибальченко В.К. Порівняння ефектів гербіциду 2,4-дихлорфеноксиоцтової кислоти та регулятора росту рослин івіну на дві форми Mg²⁺, Ca²⁺-АТФазної активності плазматичних мембран гепатоцитів щурів//ІІ з’їзд токсикологів Укр. – К., 2004. – С.72-73.