ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Лаборатория физиологии мышечной деятельности исследует физиологические и молекулярные механизмы адаптации к действию различных экстремальных факторов, как на уровне организма, так и на уровне – скелетной мышцы. Особое внимание уделяется исследованию повышенного и сниженного уровня двигательной активности, в том числе эффектов гравитационного воздействия. Для этого в лаборатории проводятся комплексные исследования с участием добровольцев, на грызунах и на клеточных культурах (миобласты и миотубы) с использованием широкого набора физиологических, биохимических и молекулярно-биологических методик.

Механизмы регуляции гемодинамики

Рефлекторные механизмы регуляции гемодинамики обеспечивают адаптацию ее работы к функциональным потребностям организма. В исследованиях с участием добровольцев изучается роль барорефлекса, а также центральной команды и прессорных рефлексов с работающих мышц в адаптации системной гемодинамики к осложненным условиям деятельности, таким как физическая нагрузка, гравитационное воздействие (ортостаз, реальная и моделируемая микрогравитация). Для этого используются методики непрерывной регистрации АД, ЭКГ, частоты дыхания, и кровенаполнения различных тканей (ИК-спектроскопия), а также разработанный в лаборатории метод оценки барорефлекторной чувствительности. Для анализа механизмов регуляции системной гемодинамики с использованием фармакологических воздействий проводятся эксперименты с использованием животных (крыс и мышей). Механизмы регуляции тонуса артерий различных скелетных мышц (диафрагма, локомоторные мышцы с различной композицией мышечных волокон) и других органов исследуются на изолированных сегментах сосудов в системе wire myograph и с помощью ПЦР в реальном времени и Вестерн блоттинга.

Молекулярные механизмы пластичности скелетных мышц человека

На долю скелетных мышц приходится 30-40% массы тела человека. При нормальном уровне двигательной активности скелетные мышцы играют ключевую роль в регуляции жирового и углеводного обмена в организме и благоприятно регулируют функционирование различных тканей и органов, секретируя различные метаболически активные вещества. Хроническое снижение физической активности (гипокинезия) тесно связано с развитием многих заболеваний, таких как сахарный диабет 2 типа и нарушения обмена веществ, сердечно-сосудистые заболевания, депрессия, некоторые неврологические заболевания, синдром хронической усталости, кахексия и саркопения, а также с уменьшением продолжительности жизни. Регулярная физическая активность является одним из ключевых подходов для профилактики и немедикаментозного лечения этих патологических состояний.

В лаборатории исследуется влияние однократных и регулярных физических нагрузок, а также изменений, происходящих при метаболических нарушениях (ожирение и сахарный диабет 2 типа) и гипокинезии, на молекулярные механизмы регуляции углеводно-жирового обмена, митохондриального биогенеза, синтеза и распада мышечных белков, в том числе с использованием высокопроизводительных методов исследования транскриптома и протеома. Это дает возможность оценить комплексные изменения, происходящие в скелетной мышце при различных воздействиях, и предсказать ассоциированные с этим ключевые сигнальные пути и транскрипционные регуляторы. Для подтверждения результатов проводятся эксперименты с электростимуляцией человеческих миотуб (модель сократительной активности скелетных мышц) на фоне активации/подавлении отдельных сигнальных белков или генов.

Общебиологические закономерности регуляции экспрессии генов и их белковых продуктов на примере скелетной мышцы человека

Скелетные мышцы человека – одна из немногих тканей, доступных для многократного взятия биопсических проб. Скелетная мышца очень пластична и ее легко подвергнуть стрессорному воздействию, например, с помощью дозированной физической нагрузки. Это делает скелетную мышцу удобной моделью для изучения фундаментальных механизмов регуляции генной экспрессии и содержания белков в тканях человека. Для исследования стресс-индуцированных изменений протеома и транскриптома используются методы масс-спектрометрии и РНК секвенирования, а также метод кэп-анализа экспрессии генов (CAGE), позволяющий определять старты инициации транскрипции и энхансеры. Биоинформатический анализ этих данных позволяет выявить ключевые транскрипционные факторы, регулирующие изменения транскриптома, оценить вклад альтернативных стартов транскрипции в регуляции транскриптомного ответа, а также оценить роль транскрипции и трансляции в изменении содержания мышечных белков.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ

• Электростимуляция человеческих миотуб в культуре ткани.

• Ex vivo исследование регуляции тонуса сосудов на изолированных сегментах сосудов грызунов.

• Непрерывное измерение уровня произвольной двигательной активности грызунов (совместно с биологическим факультетом и факультетом фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова).

• Эргометрические методы оценки энергообеспечения организма в покое и при физической нагрузке у грызунов и человека.

• Измерение показателей центральной и периферической гемодинамики у грызунов и человека, включая непрерывное изменение артериального давления, ЧСС, ударного объема, кровенаполнения и оксигенации тканей.

• Полярографический метод регистрации дыхания митохондрий.

• ПЦР в реальном времени.

• Секвенирование нового поколения (РНК секвенирование, метилирование ДНК, рибосомальное профилировне и т.д.).

• Гель-электрофорез и вестерн блоттинг.

• Панорамная и целевая масс-спектрометрия (совместно с НИИ биомедицинской химии им. Ореховича).