Мельчайшие пузырьки, известные как внеклеточные везикулы (EVs), играют ключевую роль в межклеточной коммуникации, доставляя различные грузы, такие как белки и РНК, через кровь и жидкости организма. Эти крошечные «посылки» не просто транспортируют молекулы, они также могут быть использованы в качестве потенциальных средств доставки лекарств. Исследование, проведённое в Университете штата Огайо и опубликованное в журнале Nature Communications, проливает свет на механизмы, обеспечивающие стабильность и функциональность этих везикул.
Внутриклеточная среда отличается от внешней, прежде всего концентрацией ионов, таких как калий (K+). Поэтому для обеспечения целостности везикул и их груза при перемещении из одной среды в другую необходим механизм, препятствующий осмотическому шоку. Ионные каналы, представляющие собой белки, образующие поры в мембране, играют в этом процессе решающую роль. Эти каналы пропускают заряженные частицы, ионы, тем самым контролируя и поддерживая стабильность мембраны.
Особое внимание в исследовании было уделено кальций-активируемому калиевому каналу большой проводимости (BKCa), обнаруженному в мембранах EVs. Этот канал открывается в ответ на присутствие кальция и изменение напряжения, позволяя ионам проходить через мембрану. При этом он регулирует осмотическое давление и, тем самым, защищает везикулы от разрыва.
Эксперименты, проведённые профессором физиологии и клеточной биологии Харпритом Сингхом и профессором неотложной медицины Махмудом Ханом, показали, что EVs мышей, лишённых гена, кодирующего BKCa, несли иной груз и имели меньшую способность защищать сердце от повреждений. В частности, у них обнаружилось меньшее количество микроРНК. Примечательно, что везикулы, лишённые BKCa, не только не помогали при восстановлении сердечной мышцы, но и ухудшали ситуацию, в то время как везикулы дикого типа, напротив, способствовали восстановлению.
Исследования показывают, что канал BKCa не только поддерживает структурную целостность EVs, но также влияет на характер доставляемого ими груза, а значит, и на их функциональную эффективность. Функциональность везикул определяется не только наличием, но и типом молекул, которые они несут.
Используя метод «электрофизиологии ближнего поля», исследователи смогли зафиксировать электрические токи в мембранах EVs и подтвердить наличие ионных каналов. Они также обнаружили, что EVs, несущие определенные микроРНК, способны восстанавливать повреждённую сердечную мышцу мышей. Первым автором научной статьи, опубликованной в журнале Nature Communications, является Шридхар Сангхви.
В дальнейших исследованиях планируется определить «транспортеры», позволяющие EVs восстанавливать ионный баланс при повторном проникновении в клетки. Также предстоит выяснить, является ли изменение груза, переносимого EVs с нарушением BKCa, следствием изменения упаковки или снижения выживаемости везикул, лишённых ионных каналов.
Полученные результаты имеют важное значение для разработки новых методов лечения. При создании терапевтических EVs необходимо учитывать ионные каналы и транспортеры, поскольку они играют ключевую роль в доставке лекарственных веществ, в том числе заряженных молекул. Необходимый баланс ионных каналов и транспортеров имеет решающее значение для эффективной доставки лекарств с помощью EVs и управления заряженными молекулами.
Работа профессоров Сингха и Хана и их коллег из Университета штата Огайо, опубликованная в 2025 году в Nature Communications под названием «Функциональные калиевые каналы с большой проводимостью, активируемые кальцием и напряжением, во внеклеточных везикулах действуют как привратники структурной и функциональной целостности» (DOI: 10...), открывает новые перспективы для применения EVs в регенеративной медицине и разработке целевых препаратов. Это позволяет говорить о том, что понимание механизмов работы ионных каналов в EVs может способствовать созданию эффективных методов лечения ряда заболеваний.
Изображение носит иллюстративный характер
Внутриклеточная среда отличается от внешней, прежде всего концентрацией ионов, таких как калий (K+). Поэтому для обеспечения целостности везикул и их груза при перемещении из одной среды в другую необходим механизм, препятствующий осмотическому шоку. Ионные каналы, представляющие собой белки, образующие поры в мембране, играют в этом процессе решающую роль. Эти каналы пропускают заряженные частицы, ионы, тем самым контролируя и поддерживая стабильность мембраны.
Особое внимание в исследовании было уделено кальций-активируемому калиевому каналу большой проводимости (BKCa), обнаруженному в мембранах EVs. Этот канал открывается в ответ на присутствие кальция и изменение напряжения, позволяя ионам проходить через мембрану. При этом он регулирует осмотическое давление и, тем самым, защищает везикулы от разрыва.
Эксперименты, проведённые профессором физиологии и клеточной биологии Харпритом Сингхом и профессором неотложной медицины Махмудом Ханом, показали, что EVs мышей, лишённых гена, кодирующего BKCa, несли иной груз и имели меньшую способность защищать сердце от повреждений. В частности, у них обнаружилось меньшее количество микроРНК. Примечательно, что везикулы, лишённые BKCa, не только не помогали при восстановлении сердечной мышцы, но и ухудшали ситуацию, в то время как везикулы дикого типа, напротив, способствовали восстановлению.
Исследования показывают, что канал BKCa не только поддерживает структурную целостность EVs, но также влияет на характер доставляемого ими груза, а значит, и на их функциональную эффективность. Функциональность везикул определяется не только наличием, но и типом молекул, которые они несут.
Используя метод «электрофизиологии ближнего поля», исследователи смогли зафиксировать электрические токи в мембранах EVs и подтвердить наличие ионных каналов. Они также обнаружили, что EVs, несущие определенные микроРНК, способны восстанавливать повреждённую сердечную мышцу мышей. Первым автором научной статьи, опубликованной в журнале Nature Communications, является Шридхар Сангхви.
В дальнейших исследованиях планируется определить «транспортеры», позволяющие EVs восстанавливать ионный баланс при повторном проникновении в клетки. Также предстоит выяснить, является ли изменение груза, переносимого EVs с нарушением BKCa, следствием изменения упаковки или снижения выживаемости везикул, лишённых ионных каналов.
Полученные результаты имеют важное значение для разработки новых методов лечения. При создании терапевтических EVs необходимо учитывать ионные каналы и транспортеры, поскольку они играют ключевую роль в доставке лекарственных веществ, в том числе заряженных молекул. Необходимый баланс ионных каналов и транспортеров имеет решающее значение для эффективной доставки лекарств с помощью EVs и управления заряженными молекулами.
Работа профессоров Сингха и Хана и их коллег из Университета штата Огайо, опубликованная в 2025 году в Nature Communications под названием «Функциональные калиевые каналы с большой проводимостью, активируемые кальцием и напряжением, во внеклеточных везикулах действуют как привратники структурной и функциональной целостности» (DOI: 10...), открывает новые перспективы для применения EVs в регенеративной медицине и разработке целевых препаратов. Это позволяет говорить о том, что понимание механизмов работы ионных каналов в EVs может способствовать созданию эффективных методов лечения ряда заболеваний.
