Роль митохондрий в обеспечении нормальной жизнедеятельности и выживания клеток млекопитающих тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.02, доктор биологических наук Холмухамедов, Эхсон Лукманович

• Холмухамедов, Эхсон Лукманович
• доктор биологических наук
• 2009

Оглавление диссертации доктор биологических наук Холмухамедов, Эхсон Лукманович

СПИСОК НАИБОЛЕЕ УПОТРЕБИТЕЛЬНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ 6 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава 1 Энергозависимый транспорт ионов Са2+ в митохондриях

Глава 2 Митохондриальный механизм действия диазоксида и пинацидила

Глава 3 Роль пориновых каналов в регуляции функций митохондрий

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

• Получение препарата изолированных митохондрий

• Измерение характеристик изолированных митохондрий

• Измерение переноса меченых протонов (3Н) через хлороформ

• Характеристики ишемического повреждения сердечной мышцы

• Культивирование клеток

• «Пермеабилизация» плазматической мембраны гепатоцитов

• Измерение ферментативных активностей

• Измерение проницаемости внешней мембраны митохондрий

• Статистический анализ

РЕЗУЛЬТАТЫ

ЧАСТЬ 1 МИТОХОНДРИИ В РЕГУЛЯЦИИ ВНУТРИКЛЕТОЧНОГО КАЛЬЦИЯ

1.1 Общие принципы и особенности транспорта Са2+ в митохондриях

1.1.1 Колебания ионных потоков в митохондриях

1.1.2 Математическая модель колебаний ионных потоков в митохондриях

1.2 Возбудимость внутренней мембраны митохондрий ионами Са

1.2.1 Возбудимость внутренней мембраны митохондрий ионами Са2+

1.2.2 Волны сокращения-набухания в неперемешиваемом слое митохондрий

1.3 Участие митохондрий во внутриклеточной Са2+ сигнализации

1.3.1 Участие митохондрий в регуляции концентрации Са2+ в клетках

1.3.2 Участие митохондрии в синхронизации Са2+ волн в клетке.

1.3.3 Зависимость амплитуды Са2+ волны от состояния митохондрий

1.3.4 Восстановление амплитуды и синхронности Са2+ волн 49 Заключение

ЧАСТЬ 2 МИТОХОНДРИИ В МЕХАНИЗМЕ ИШЕМИЧЕСКОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ

2.1 Влияние диазоксида и пинацидила на функции митохондрий

2.1.1 Деполяризующее действие активаторов КАтф каналов на митохондрии

2.1.2 Действие диазоксида и пинацидила на дыхание митохондрий

2.1.3 Действие диазоксида и пинацидила на синтез АТФ в митохондриях

2.2 Влияние диазоксида и пинацидила на транспорт Са2* в митохондриях

2.2.1 Диазоксид и пинацидил подавляют накопления Са2+ в митохондриях

2.2.2 Диазоксид и пинацидил усиливают выход ионов Са2+ из митохондрий

2.2.3 Действие диазоксида и пинацидила на Са2+-зависимое открывание поры

2.2.4 Зависимость действия диазоксида и пинацидила от ионов 1С в среде

2.2.5 АТФ и/или АДФ ингибируют эффект диазоксида и пинацидила

2.3 Влияние диазоксида и пинацидила на митохондриальныймембранный потенциал и содержание Са2+ в кардиомиоцитах

2.3.1 Диазоксид и пинацидил деполяризуют митохондрии в кардиомиоцитах

2.3.2 Диазоксид и пинацидил снижают митохондриальный Са2+ в клетках

2.4 протонофорный механизм действия активаторов Катф каналов

2.4.1 Общие закономерности действия диазоксида, пинацидила и 2,4-ДНФ на митохондриальные дыхание, мембранный потенциал и синтез АТФ

2.4.2 Диазоксид, пинацидил и ДНФ переносят Н* через гидрофобную фазу

2.4.3 Разобщение митохондрий уменьшает ишемическое повреждение 74 Заключение

ЧАСТЬ 3 РОЛЬ ПОРИНОВЫХ КАНАЛОВ В ФИЗИОЛОГИИ МИТОХОНДРИЙ

3.1 Окисление этанола закрывает пориновые каналы в внешней мембране митохондрий печени

3.1.1 Действие этанола и продуктов его окисления на основные функции митохондрий

3.1.2 "Пермеабилизация" клеточной и внешней митохондриальной мембран

3.1.3 Дигитонин обращает эффект ингибирования пориновых каналов

3.1.4 Окисление этанола закрывает пориновые каналы

3.1.5 Оценка пориновых каналов с помощью конфокальной микроскопии

3.1.6 Прохождение флуоресцентных молекул 3 кДа декстрана в межмембранное пространство

3.2 Окисление этанола подавляет синтез мочевины в первичной культуре гепатоцитов крысы

3.2.1 Участие митохондрий в реакциях цикла мочевины

3.2.2 Окисление этанола подавляет синтез мочевины в гепатоцитах

3.2.3 Действие ингибиторов окисления этанола на синтез мочевины

3.2.4 Действие ингибиторов PI3 киназы и аденозин-А1 рецепторов на синтез мочевины

3.3 Этанол подавляет обмен метильных групп в гепатоцитах крысы

3.3.1 Митохондриальная система метаболизма глицина

3.3.2 Ядерная магнитная спектроскопия 13С изотопомеров серина

3.3.3 Окисление этанола подавляет митохондриальный синтез серина 106 Заключение

ЧАСТЬ 4 РОЛЬ ПОРИНОВЫХ КАНАЛОВ В ФИЗИОЛОГИИ КЛЕТОК

4.1 Закрывание пориновых каналов увеличивает чувствительность клеток к программируемой клеточной гибели (апоптозу)

4.1.1 Закрывание пориновых каналов активирует МРТ пору

4.1.2 Закрывание пориновых каналов индуцирует окислительный стресс

4.1.3 Гдиетический нокаут белков-поринов увеличивает чувствительность клеток к адафостину

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Роль митохондрий в обеспечении нормальной жизнедеятельности и выживания клеток млекопитающих»

Митохондрии активно изучаются во многих лабораториях мира на протяжении 60 с лишним лет после их открытия в 1949 году. Несмотря на десятки тысяч работ, посвященных исследованию митохондриальных функций, роль митохондрий в жизнедеятельности клетки и их участие в регуляции внутриклеточных процессов все еще остаются не выясненными. Митохондрии являются важнейшими внутриклеточными структурами, выполняющими значительную роль не только в функционировании клеток млекопитающих в нормальных условиях, но и в различных патологических процессах. Развитие большинства патологических процессов, в частности, аноксии, ишемии, геморрагического шока и окисления этанола сопровождается нарушениями нормального функционирования митохондрий и глобальной потерей митохондриальных функций. Митохондрий теряют способность поддерживать электрохимический градиент ионов водорода на внутренней мембране, эффективно осуществлять окислительное фосфорилирование, производство АТФ и сбалансированный митохондриальный Са2+ ионный гомеостаз, несмотря на наличие кислорода и субстратов окисления [1-11]. Получено множество экспериментальных данных, указывающих на то, что митохондрии являются первичными мишенями различных патологических воздействий [9; 12-17]. В большинстве случаев эти воздействия обусловлены нарушениями внутриклеточного Са2+ гомеостаза [16-23]. Изучение роли митохондрий в жизнедеятельности клеток млекопитающих осложнено множественностью выполняемых митохондриями функций и переплетением внутриклеточных и внешних факторов, определяющих взаимодействие между митохондриями и остальными внутриклеточными структурами. Кроме хорошо известной роли митохондрий, как основного производителя АТФ, универсальной внутриклеточной энергетической "валюты", митохондрии принимают непосредственное участие в регуляции концентрации свободного Са2+ в цитоплазме клеток в качестве кальциевого депо с низким сродством, которое, однако, по своей ёмкости намного превосходит ёмкости эндо - и/или саркоплазматического ретикулумов. В покоящейся клетке митохондрии окружены цитоплазмой с низкой концентрацией ионов Са2+ (10"7-10"8 М) и находятся в стационарном состоянии покоя, так как концентрация свободного Са2+ существенно ниже сродства Са2+-транспортирующей системы митохондрий (10"5-10"3 М), [16-18; 20, 21, 24-35].

Однако, в переходных процессах, когда концентрация ионов Са2+ в цитоплазме значительно возрастает, (особенно в областях между эндоплазматическим ретикулумом и митохондриями) высокие концентрации свободных ионов Са2+ способствуют накоплению некоторых количеств Са2+ в матриксе митохондрий (10" 3-10"2 М) [25; 32; 35; 36]. В этих условиях небольших нагрузок концентрация ионов Са2+ в матриксе митохондрий достигает значений достаточных для воздействия на состояния митохондрий, в частности, способствует увеличению производства АТФ [20; 21; 33; 34]. Однако, дальнейшее увеличение концентрации ионов Са2+ в матриксе митохондрий приводит к увеличению генерации кислородных радикалов, к активации неспецифической поры в мембране митохондрий, набуханию и разрыву внешней мембраны митохондрий с потерей митохондриальных функций [6; 10; 15-17; 19; 25; 34; 37-39]. Таким образом, митохондриальный транспорт Са2+ в зависимости от количества накопленного Са2+ определяет судьбу клеток млекопитающих от нормального функционирования до программируемой или некротической клеточной гибели. При ишемическом повреждении сердечной мышцы эта способность митохондрий накапливать и освобождать ионы Са2+ определяет степень пост-ишемического повреждения сердечной мышцы. В период ишемии, когда из-за закупорки коронарных сосудов подача кислорода и метаболитов к клеткам сердечной мышцы ограничена, активность митохондриальной дыхательной цепи снижена и митохондриальная мембрана в значительной мере деполяризована. При этом накопления ионов Са2+ в митохондриях не происходит, и никаких внешних проявлений повреждений тканей не наблюдается. Наиболее значительные нарушения структуры и функции митохондрий наблюдаются при восстановлении потока свежей крови через закупоренные коронарные сосуды, которое приводит к подаче кислорода и метаболитов к ишемической ткани и удалению продуктов метаболизма [3; 6; 1517; 20; 25; 33; 34; 36]. По-видимому, поступление кислорода к анаэробным митохондриям с высоким уровнем восстановленности комплексов дыхательной цепи, сопровождающееся быстрым восстановлением митохондриального мембранного потенциала, является причиной интенсивного накопления значительного количества ионов Са2+ в матриксе митохондрий [40-44]. Повреждающее действие избыточного накопления ионов Са2+ усиливается в условиях повышенного окислительного стресса, например, при окислении многих ксенобиотиков, включая окисление этанола в клетках печени. Различные патологические условия, приводящие к повреждению митохондриальных функций, таким образом, обусловлены избыточным накоплением ионов Са2+ в митохондриях, которое приводит к открыванию неспецифической поры и потере важнейших митохондриальных функций [2-4; 6; 14-17; 45]. Однако, механизмы, с помощью которых ионы Са2+ приводят к нарушению митохондриальных функций, до конца не выяснены. Для их понимания необходимо исследовать динамику взаимодействия этих ионов с митохондриями на различных уровнях - в изолированных митохондриях, клеточных культурах и в целом органе.

При развитии патологических состояний, в том числе и при алкогольной интоксикации, проницаемость внешней митохондриальной мембраны может меняться, приводя к нарушениям нормального функционирования митохондрий. Существенную роль в поддержании нормального обмена метаболитов между цитоплазмой и митохондриями выполняют каналы во внешней мембране митохондрий, образованные пориновыми белками. Любые нарушения этого обмена приведут к существенным нарушениям метаболизма клеток, особенно в тех процессах, которые невозможны без участия митохондрий. Однако, роль пориновых каналов в индукции и развитии алкогольной интоксикации до сих пор остается не выясненной.

Таким образом, целями настоящей работы являются:

1. Определение участия и роли митохондриального транспорта ионов Са2+ в поддержании нормальной жизнедеятельности клеток млекопитающих.

2. Исследование степени участия митохондрий в регуляции концентрации свободных ионов Са2+ в цитоплазме.

3. Изучение роли митохондриальной компоненты в механизмах ишемического повреждения и противоишемического защитного действия диазоксида и пинацидила, активаторов плазматических АТФ-зависимых калиевых каналов.

4. Определение необходимости «умеренной» деполяризации митохондрий в постишемическом периоде для восстановления механической активности сердечной мышцы.

5. Определение механизма токсического действия этанола на метаболизм митохондрий в интактных клетках.

6. Исследование последствий закрывания пориновых каналов на жизнедеятельность и жизнеспособность клеток млекопитающих.

В связи с этими целями в настоящей работе будут решаться следующие задачи: 1. Выяснить последствия взаимодействия ионов Са2+ с основными митохондриальными функциями и определить факторы, активирующие неспецифическую Са2+-зависимую MPT пору во внутренней мембране митохондрий.

2. Используя теоретический подход и математическую модель митохондриального ионного транспорта, основанную на регуляции проницаемости внутренней мембраны митохондрий Са2+-зависимой порой, получить количественное описание энергозависимых потоков ионов в митохондриях.

3. Получить экспериментальные доказательства участия энергозависимого митохондриального транспорта Са2+ в определении внутриклеточной динамики свободных ионов Са2+, включая генерацию, распространение и синхронизацию Са2+ волн в цитоплазме.

4. Выявить митохондриальный механизм защитного действия противоишемических фармакологических агентов, таких как диазоксид и пинацидил, известных фармакологических активаторов АТФ-зависимых К+ каналов (Катф) плазматической мембраны. На ишемической модели изолированного сердца крысы, определить роль транспорта Са2+ в митохондрии в механизме ишемического повреждения сердечной мышцы.

5. На модели изолированных гепатоцитов крыс, проверить нашу гипотезу о том, что возможной причиной глобальной потери митохондриальных функций при отравлении печени алкоголем является закрывание пориновых каналов во внешней митохондриальной мембране.

6. Разработать подходы к экспериментальному измерению проницаемости пориновых каналов во внешней мембране митохондрий внутри интактных клеток без их выделения из гепатоцитов. Определить какой из продуктов окисления этанола (NADH, кислородные радикалы, ацетальдегид и/или ацетат) играет существенную роль в механизме закрывания и способствует закрыванию митохондриальных пориновых каналов.

7. Исследовать роль закрывания пориновых каналов внешней митохондриальной мембраны в гепатоцитах, окисляющих этанол на основные функции печени - синтез мочевины, а также производство и обмен метильных групп в гепатоцитах.

8. Исследовать эффект закрытия пориновых каналов и уменьшения проницаемости внешней мембраны митохондрий на Са2+-индуцированное открывание неспецифической поры и высокоамплитудного набухания и определить механизм повреждающего действия закрытых пориновых каналов на функции интактных митохондрий. 9. Определить влияние закрывания пориновых каналов внешней митохондриальной мембраны на цитотоксичность лекарственных препаратов на примере противоопухолевого агента адафостина.

Проведенное в настоящей работе изучение особенностей транспорта ионов Са2+ в митохондриях тканей сердца и печени позволит выявить факторы, которые являются определяющими в нарушениях митохондриальных функций при развитии различных патологических процессов, и использовать полученные данные для разработки методологических и терапевтических подходов для защиты этих органов. Полученные в работе данные могут быть использованы для разработки методологических и терапевтических подходов, направленных на уменьшение последствий ишемического и/или алкогольного повреждения тканей сердца и печени, а также для разработки и изготовления, новых более эффективных фармакологических препаратов для лечения ишемического и/или алкогольного повреждения тканей сердца и печени.

Настоящая работа разделена на четыре Части, в каждой из которых рассмариваются экспериментальные данные по одной теме. Часть 1 посвящена описанию особенностей транспорта ионов Са2+ в митохондриях и их определяющей роли в регуляции динамики внутриклеточных Са2+ волн. В Части 2 представлены данные о повреждении митохондриальных функций в ишемическом сердце, о способах защиты миокарда от ишемического повреждения и о роли митохондрий в восстановлении сократительной активности сердца после длительной ишемии. Часть 3 посвящена обсуждению регуляторной роли пориновых каналов во внешней мембране митохондрий в нормальной жизнедеятельности митохондрий и клеток, а также их значению в токсическом действии этанола. В Части 4 представлены данные об ускорении программируемой клеточной гибели индуцированной адафостином, препаратом с противоопухолевым действием, при генетическом удалении (нокауте) белков поринов в митохондриях клеток эмбриональных фибробластов мышей.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ГЛАВА 1. ЭНЕРГОЗАВИСИМЫЙ ТРАНСПОРТ ИОНОВ Са2+ В МИТОХОНДРИЯХ

Транспорт ионов Са2+ в митохондриях, обнаруженный в ранние 60-е годы, был одним из первых процессов, экспериментальные исследования которого положили начало изучению энергозависимого транспорта ионов в митохондриях [18; 24; 46-49]. Приблизиться к выяснению механизма и определению движущих сил транспорта ионов Са2+ позволила хемоосмотическая гипотеза Митчелла [5053], которая однозначно предсказывала потенциал- зависимый транспорт и накопление одно- и двухвалентных ионов в матриксе митохондрий [18; 32; 36; 54; 55]. Важнейшие доказательства гипотезы Митчелла о генерации электрохимического градиента ионов водорода в дыхательной цепи митохондрий были получены с помощью естественных и искусственно синтезированных соединений [50; 51; 56-60]. Эти агенты получили общее название ионофоров по их способности переносить заряженные ионы одновалентных щелочных металлов через биологические и фосфолипидные мембраны [61-68]. Именно с использованием ионофоров связано открытие сложных колебательных динамических режимов транспорта ионов в изолированных митохондриях [66; 6976]. Колебания ионных потоков и объема митохондрий были обнаружены при исследовании влияния ряда синтетических антибиотиков ионофоров на энергетику изолированных митохондрий [64-66; 68; 70; 71; 73; 74; 76-78]. Начиная с первых работ Pressman с соавторами [46; 66; 69; 70; 72; 74] до настоящего времени обнаружено и опубликовано более 13 различных режимов колебаний ионных потоков в митохондриях [74; 75; 78-81]. В 1964-1966 гг. было показано, что колебания объема митохондрий и потоков ионов калия, натрия или цезия наблюдаются в присутствии любых антибиотиков, изменяющих проницаемость мембраны митохондрий к одновалентным ионам [62; 66; 68; 76-78]. В дальнейшем Packer с соавторами показали, что наличие антибиотиков не является необходимым для запуска колебаний [69; 70; 73-75]. Кроме того было обнаружено, что участие дыхательной цепи с ее сложными регуляторными механизмами также не является необходимым для возникновения колебаний, которые наблюдаются и в митохондриях, энергизованных за счет гидролиза добавленного АТФ [70; 73; 74]. Эти авторы показали, что обработка митохондрий EDTA, которая связывает ионы Мд2+, увеличивает проницаемость внутренней мембраны для щелочноземельных ионов - Na+, К+, Rb+ или Cs+ [70; 75]. В этой связи необходимо отметить работы

Ленинджера и Карафоли 1965 года, в которых было показано, что даже в отсутствии антибиотиков или обработки митохондрий ЭДТА, единичной импульсной добавки ионов кальция к энергизованным митохондриям, достаточно для возникновения колебаний потоков ионов Н+ и Са2+ [82; 83]. Самые длительные колебания ионов водорода и калия были обнаружены в митохондриях, обработанных валиномицином, ионофором с очень высокой селективностью к ионам К+ [76]. Другим важным шагом в понимании этих колебаний стали работы Ташмухамедова и Гагельганса [77] и Евтодиенко с соавторами [78-80; 84; 85], в которых было продемонстрировано участие в колебаниях двухвалентных ионов (Са2+ или Sr2+). Таким образом, исследование колебаний ионных потоков в изолированных митохондриях позволило обнаружить участие в них ионов Са2+ и подойти к пониманию роли этих ионов в генерации колебаний [77-79; 82-85]. Однако, несмотря на то, что явление колебаний ионных потоков в изолированных митохондриях известно уже более 40 лет, и к началу наших исследований было предложено множество различных моделей генерации этих колебаний, их детального анализа и выделения общих закономерностей и событий, ведущих к возникновению колебаний, сделано не было. Анализ литературных и ранее полученных собственных данных позволил нам создать общую картину событий, ведущих к возникновению колебаний: (1) Митохондрии в присутствии субстратов окисления и кислорода, накапливают одновалентные К+, а также ионы Са2+, всегда имеющиеся в цитоплазме клеток или в среде инкубации. (2) В результате накопления ионов К+ и Са2+ в митохондрии, их матрикс набухает и защелачивается. Эти факторы "запускают" Са2+-зависимые перестройки во внутренней мембране митохондрий сопровождающиеся открыванием неспецифической поры. (3) В эту открывшуюся пору небольшие ионы матрикса, ионы водорода, калия, Са2+ и другие перетекают по своим градиентам и способствуют деполяризации мембраны, уменьшению объема матрикса и сокращению внутренней мембраны митохондрий одновременно с закислением матрикса и уменьшением концентрации Са2+. (4) В результате «Са2+-зависимые» перестройки мембраны релаксируют назад в нормальное состояние и неспецифическая пора закрывается. (5) Закрытие поры способствует медленной диффузии субстратов в митохондрии, активации дыхательной цепи (или Н+-АТФазы) и восстановлению мембранного потенциала митохондрий. (6) Восстановление мембранного потенциала сопровождается новым циклом накопления ионов калия и Са2+ в митохондрии, выбросом ионов водорода дыхательной цепью и защелачиванием матрикса, которое завершается активацией «Са2+-зависимой» перестройки мембраны, открыванием неспецифической поры во внутренней мембране митохондрий и следующим циклом колебаний ионных потоков и объема митохондрий. Все эти этапы генерации колебаний, подтвержденные экспериментально, позволили нам создать математическую модель процесса колебаний ионных потоков и объема в митохондриях. Таким образом, в конце 80-х началу 90-х годов основные черты процесса колебаний ионных потоков в митохондриях и необходимость участия в колебаниях ионов кальция были выявлены, однако полного понимания самого механизма и физиологической роли/необходимости в этих колебаниях не было. Участие ионов кальция в этих колебаниях указывало на возможную физиологическую важность процесса колебаний в целом. Однако в эти годы предположение о возможности регуляции концентрации свободного Са2+ в цитозоле митохондриями не выдержало экспериментальной проверки. Участие митохондрий в регуляции внутриклеточной концентрации Са2+ было опровергнуто экспериментами Ленинджера с коллегами [86]. Эти авторы экспериментально определили вклад эндоплазматического ретикулума и митохондрий в поддержании концентрации свободного кальция в пермеабилизованных гепатоцитах печени крысы и показали, что митохондрии связывают намного больше кальция, чем эндоплазматический ретикулум, хотя и с гораздо меньшим сродством. На этом основании был сделан вывод о том, что концентрация свободного кальция в цитоплазме определяется эндоплазматической кальциевой АТФ-азой, а не митохондриями [86]. Эти данные были первой экспериментальной проверкой участия митохондрий в регуляции внутриклеточной концентрации ионов Са2+ и были настолько убедительными, что на десятилетия затормозили понимание истинной роли кальция в регуляции функций митохондрий в клетках млекопитающих. До середины 70-х годов все работы по изучению роли митохондрий в клетках были сосредоточены на выяснении особенностей и деталей механизма окислительного фосфорилирования [8; 24; 36; 50; 51; 56]. До недавнего времени считалось, что участие митохондрий в Са2+ гомеостазе клетки ограничено Са2+-зависимой активацией матриксных ферментов, которое транслируется в усиленное производство АТФ [20; 21; 33; 34]. Дальнейшее развитие представлений о регуляторной роли ионов Са2+ в жизнедеятельности митохондрий были получены в работах Hunter & Haworth

87-91]. Было установлено, что транспорт ионов кальция в изолированных митохондриях происходит в две фазы. Первая фаза - это энергозависимое накопление добавленных ионов в матриксе митохондрий, стимуляция дыхания и выброс протонов из матрикса. Во второй фазе, накопленные ионы кальция начинают выходить из матрикса и, через некоторое время, наблюдается быстрое увеличение проницаемости внутренней мембраны митохондрий, обратный захват ионов водорода и высвобождение из матрикса ионов К+. Эти авторы впервые продемонстрировали, что активное, энергозависимое накопление ионов Са2+ в митохондриях сопровождается драматическими изменениями как морфологии, так и функций митохондрий, спонтанными структурными перестройками во внутренней и внешней мембранах и, что особенно важно, приводит к изменению проницаемости внутренней мембраны митохондрий к водорастворимым молекулам размером <1500 Да и высокоамплитудному набуханию матрикса вследствие открывания большой неспецифической поры во внутренней мембране и коллоидоосмотического увеличения объема матрикса [19; 25; 54; 87-94]. Вначале оставшееся незамеченным, это явление Са2+-зависимого увеличения проницаемости внутренней мембраны митохондрий и высокоамплитудного набухания с освобождением факторов, определяющих судьбы клеток, послужило толчком к тысячам работ, в которых изучаются молекулярная структура этой неспецифической поры и механизм(ы) ее открывания [19; 34; 88; 92; 93]. Дальнейшие исследования показали, что накопление ионов Са2+ в матриксе митохондрий является необходимым условием изменения проницаемости внутренней мембраны митохондрий к водорастворимым молекулам, которое приводит к высвобождению из матрикса не только накопленных ионов кальция, но также и всех малых ионов (калия, водорода), приводя к равновесию их концентраций [19; 87; 89; 90; 93]. С помощью электронной микроскопии было обнаружено, что наблюдаемое изменение проницаемости внутренней мембраны митохондрии сопровождается изменением структуру и морфологии митохондрий. Это явление было названо "Са2+-induced mitochondrial permeability transition (MPT)", а изменение проницаемости внутренней мембраны митохондрий, которое связано с открыванием поры, получило название "permeability transition роге (РТР)" [19; 87; 89; 90; 93]. В дальнейшем мы будем использовать эту аббревиатуру, без перевода на русский язык, как получившую всеобщее признание. В дальнейшем явление МРТ и открывание поры было обнаружено и в живых клетках, что указывало на новое физиологическое значение транспорта ионов Са2+ в митохондриях [25; 33; 34; 45]. В настоящее время можно с уверенностью сказать, что поддержание низкого уровня внутриклеточного Са2+ имеет существенное значение для нормальной жизнедеятельности клеток. Большое число внутриклеточных процессов зависит от концентрации и динамики свободных ионов кальция [95-98]. В возбудимых клетках изменение концентрации свободных ионов Са2+ в цитозоле обусловлено входом кальция из среды через кальциевые каналы плазматической мембраны, которые открываются в ответ на внешний стимул [95-98]. Наиболее существенную роль во внутриклеточной кальциевой сигнализации в таких клетках играет Са2+-индуцированный выброс Са2+ из ретикулума [99]. В основной массе невозбудимых клеток увеличение концентрации внутриклеточного кальция обусловлено его освобождением из ретикулума. Установлено, что в ответ на связывание лиганда (гормоны, аминокислоты, нуклеотиды и т.п.) с рецептором на плазматической мембране, в ходе сложных и многоступенчатых биохимических реакций происходит высвобождение внутриклеточной сигнальной молекулы инозитол-3-фосфата, который после связывания с соответствующим рецептором на мембране ретикулума, способствует открыванию каналов и высвобождению накопленных ионов Са2+ [95; 96; 100; 101]. В настоящее время установлено, что митохондрии принимают непосредственное участие в Са2+ гомеостазе клетки путем накопления и освобождения ионов Са2+ [96; 101-105]. Непосредственное участие митохондрий в регуляции внутриклеточной концентрации кальция в невозбудимых клетках было продемонстрировано в асцитных клетках карциномы Эрлиха [102; 103]. В ходе многолетних исследований было показано, что открывание митохондриальной МРТ поры является ключевым механизмом в определении судьбы клеток млекопитающих. При помощи этого механизма митохондрии и клетки регулируют свои взаимоотношения посредством ионов Са2+, универсального внутриклеточного мессенджера многих внутриклеточных процессов, таких как программируемая клеточная гибель, гибель клеток при ишемии, окислительном стрессе и многих других процессах [25; 33; 34; 45]. Существенным для понимания роли митохондриального транспорта ионов Са2+ в регуляции динамики Са2+ в цитоплазме является выяснение синхронизующей роли митохондрий. В настоящей работе исследована роль митохондрий в регуляции уровня свободного Са2+ в клетках и впервые представлены экспериментальные доказательства участия энергозависимого митохондриального транспорта ионов Са2+ в определении внутриклеточной динамики свободных ионов Са2+, включая генерацию, распространение и синхронизацию Са2+ волн в цитоплазме.

Таким образом, накопленные на сегодняшний день экспериментальные данные указывают на ведущую роль ионов Са2+ в регуляции главнейших митохондриальных функций, таких как окислительное фосфорилирование, окисление жирных кислот, метаболизм аминокислот, синтез мочевины и освобождение апоптогенных факторов из межмембранного пространства. Особенно большое значение приобретает система митохондриального транспорта ионов Са2+ в регуляции жизни и смерти клеток млекопитающих чрез индукцию неспецифической поры и инициации, так называемого внутреннего пути запуска цепи реакций, ведущих к активации запрограммированной клеточной гибели. Постишемическое повреждение сердечной мышцы является наиболее известным патологическим состоянием, при котором в первую очередь и более всего страдают митохондрии. Нарушения Са2+ метаболизма в митохондриях в ходе ишемии, особенно в период ре-перфузии, сопровождаются активацией (или открыванием) неспецифической поры во внутренней мембране митохондрий, потерей малых и больших ионов из матрикса, набуханием и разрывом внешней мембраны. В результате этих событий митохондрия превращается из органеллы, которая способствует жизнеобеспечению клеток путем синтеза АТФ и предотвращения инициации апоптозной гибели клеток, во внутриклеточную структуру с диаметрально противоположными свойствами. Митохондрии, после активации Са2+-зависимой неспецифической поры, «превращаются» в центры потребления АТФ, производства губительных кислородных радикалов и факторов, способствующих запуску клеточной гибели. В настоящее время интенсивно исследуется роль митохондрий в апоптозе и участие митохондриальной компоненты в механизмах ишемического повреждения. Эти исследования очень важны для поиска агентов, способных эффективно препятствовать ишемическому повреждению сердечной мышцы. В следующей главе будет рассмотрен один из многих путей химической защиты митохондрий (и сердечной мышцы) от ишемического повреждения.

ГЛАВА 2. МИТОХОНДРИАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ДИАЗОКСИДА И

ПИНАЦИДИЛА

Поиск путей химической защиты митохондрий (и сердечной мышцы) от ишемического повреждения привел к обнаружению во внутренней мембране митохондрий АТФ-зависимых К+-селективных каналов, которые регулируют митохондриальный объем и состояния Са2+-зависимой неспецифической поры. Основной функциональной особенностью митохондрий, которая принципиально отличает их от других внутриклеточных органелл, является наличие трансмембранного электрического потенциала на внутренней мембране [9; 24; 5052; 56; 106]. В результате этого объем митохондрий, ограниченный внутренней мембраной, оказывается заряженным отрицательно, что создает благоприятные условия для создания электрического поля, обеспечивающего электрофоретическое однонаправленное накопление катионов в матриксе [9; 28; 54-56; 107; 108]. Ионы калия, составляющие по концентрации основную массу катионов цитоплазмы, являются также и основным катионом митохондриального матрикса [54; 55; 109]. Кроме того, митохондрии это единственные внутриклеточные структуры, имеющие две отдельные мембраны [110-113]. Внешняя мембрана служит механическим и функциональным разделительным барьером между межмембранным пространством и цитоплазмой, а внутренняя мембрана обеспечивает селективный транспорт метаболитов в митохондриальный матрикс без нарушения проницаемости [114-117]. В Главе 1 отмечено, что основной движущей силой окислительного фосфорилирования и транспорта ионов в митохондриях является градиент электрохимического потенциала ионов водорода, который создается при векторном переносе протонов из матрикса в окружающую среду, сопряженном с работой дыхательной цепи и окислением митохондриальных субстратов [24; 50-52; 56; 118; 119]. Такой однонаправленный перенос заряженных ионов из матрикса сопровождается созданием на внутренней мембране митохондрий концентрационного градиента электрохимического потенциала ионов водорода (A|Jh), который состоит из двух компонент: разности электрических потенциалов между внутренней и внешней сторонами внутренней мембраны (АФМ) и градиента ионов водорода (ДрН) на этой же мембране [51; 56]. Таким образом, энергия, запасенная в виде этих двух компонент градиента электрохимического потенциала ионов водорода (A|Jh) на внутренней мембране, которая получила название «протон движущей силы» [9;

50; 51; 56], создается при работе дыхательной цепи митохондрий и является единственной движущей силой транспорта ионов и синтеза АТФ из АДФ в процессе окислительного фосфорилирования [9; 51; 52; 56; 118]. Наличие градиента электрохимического потенциала ионов водорода (Д|Лн) в митохондриях является обязательной и неотъемлемой частью нормально функционирующей митохондрии в клетке. Направление электрического поля (АФМ) этого градиента благоприятствует как транспорту положительно заряженных ионов, в том числе и калия, из цитоплазмы в матрикс митохондрий [9; 49-52; 56; 64; 106; 118], так и выбросу отрицательно заряженных анионов [120-123]. Направление концентрационной компоненты (ДрН) способствует накоплению в матриксе митохондрий жирорастворимых и нейтральных слабых кислот из среды инкубации по градиенту концентрации их протонированных форм [9; 49; 52; 53; 55; 64; 118]. Таким образом, в нормально функционирующих митохондриях, направление электрической компоненты способствует накоплению положительно заряженных частиц (ионы кальция, калия, аммония) и выбросу отрицательно заряженных анионов хлора, субстратов, при наличии во внутренней мембране митохондрий соответствующих проницаемостей. Одновременно в матриксе митохондрий будут накапливаться анионы, перенесенные по градиенту концентрации их нейтральных форм, определяемом компонентой (АрН). Транспорт ионов в митохондрии будет сопровождаться движением осмотической воды и изменением объема матрикса митохондрий, что, в свою очередь, сопровождается изменением метаболического состояния митохондрий [112; 113; 124; 125]. Таким образом, регуляция проницаемости внутренней мембраны митохондрий может служить эффективным механизмом метаболического контроля состояния митохондрий [112; 113; 124]. Сравнительно недавно было показано, что плазматическая мембрана многих клеток (инсулин секретирующих бета клеток, кардиомиоцитов, гепатоцитов, клеток мозга, почек и некоторых других клеток) содержит селективные калиевые каналы, состояние которых регулируется цитоплазматической концентрацией АТФ [126130]. Для этих каналов было показано, что при достаточных концентрациях АТФ, близких к цитоплазматической, они закрываются и демонстрируют низкую проницаемость, а при уменьшении концентрации АТФ открываются и переходят в состояние с высокой проводимостью [131-134]. Вскоре после их открытия была высказана гипотеза о том, что Кдтф каналы плазматической мембраны сердечных клеток могут быть дополнительным источником энергии в пост ишемической сердечной мышце [130; 135; 136]. Предполагалось, что дополнительная калиевая проводимость в плазматической мембране ишемических кардиомиоцитов, будет способствовать поддержанию высокого мембранного потенциала на плазматической мембране за счет выхода ионов калия из цитоплазмы и освобождения энергии, запасенной в градиенте ионов калия. Таким образом, вытекание ионов калия по градиенту концентрации из клеток в среду инкубации через открывшиеся в плазматической мембране Кдтф каналы, будет сопровождаться дополнительной поляризацией плазматической мембраны, которая предотвратит открывание в ней потенциал- зависимых Са2+ каналов [137140]. Предполагалось, что низкий уровень АТФ в клетках в период ишемии будет способствовать открыванию АТФ-зависимых калиевых каналов плазматической мембраны компенсируя таким образом снижение активности АТФ зависимой Na/K помпы, обеспечивающей и поддерживающей потенциал на плазматической мембране клеток [141-145]. В этих условиях, активация и открывание дополнительных калиевых каналов в плазматической мембране и вытекание положительных ионов калия из клеток приведет к восстановлению мембранного потенциала на клеточной мембране, который будет способствовать восстановлению исходной низкой концентрации ионов К+, Na+ и Са2+ в цитозоле клеток [138-140]. Таким образом, роль Кдтф каналов плазматической мембраны в клетках сводиться к поддержанию нормального мембранного потенциала на плазматической мембране за счет использования градиента ионов калия в условиях низкой концентрации доступного АТФ. Подобные условия наблюдаются при многих патологиях, включая ишемические условия. Отсюда понятен интерес исследователей и клиницистов к химическим агентам, которые могут открывать или блокировать АТФ зависимые калиевые каналы плазматической мембраны [132; 138-140; 145]. Эти агенты разной химической структуры имеют общее свойство повышать проводимость АТФ-зависимых калиевых каналов плазматической мембраны в отсутствии АТФ [130; 138; 140; 146; 147]. Однако, многочисленные данные указывали на то, что защитный эффект этих агентов не всегда коррелировал со степенью сокращения потенциала действия [140; 148150]. Это позволило предположить наличие в клетках других мишеней и мест действия этих агентов, отличных от плазматических Кдтф каналов [149-153]. Первые работы, в которых обсуждается возможность наличия АТФ - зависимых калиевых каналов во внутренней мембране митохондрий были опубликованы в 1991 японскими исследователями [154]. Опубликованная в следующем году работа, в которой была использовала реконструкция калиевых каналов из спиртового экстракта митохондрий сердца в бислойную фосфолипидную мембрану, подтвердила наличие АТФ-зависимых калиевых каналов в спиртовом экстракте из митохондрий сердца [152; 153; 155; 156]. Свое дальнейшее развитие эти представления получили в серии работ, посвященных исследованию действия целого рядя различных химических соединений, снижающих ишемическое повреждение сердечной мышцы путем защиты митохондрий [122; 135; 148; 151; 152; 155-164]. Среди многочисленных гипотез защиты митохондрий от ишемического повреждения, предположение о вовлечении АТФ-зависимых К+ каналов (К^атф) и роли активаторов К+атф каналов в противоишемическом защитном действии получило наибольшее распространение [137-139; 162]. Наиболее специфическими среди известных активаторов К+-селективной проницаемости во внутренней мембране митохондрий являются диазоксид и пинацидил, [138; 161; 165]. Было показано, что эти химические агенты способны эффективно препятствовать ишемическому повреждению сердечной мышцы. Однако, изучение действия активаторов Кдтф каналов на митохондриях было ограничено методическими подходами, среди которых самым распространенным долгое время оставалось измерение светопропускания суспензии выделенных митохондрий [121; 122; 135; 151]. Авторами этих работ было обнаружено, что под воздействием целого ряда фармакологических препаратов, которые активируют Кдтф каналы плазматических мембран, наблюдается изменение оптической плотности суспензии митохондрий, характерное для набухания матрикса [121; 122; 135; 151; 157]. Однако, эти наблюдения Гарлида с соавторами об изменении объема митохондрий и развитии набухания под действием диазоксида и/или пинацидила были подвергнуты критике [166-169]. Были высказаны замечания о том, что оптические методы оценки объема митохондрий отражают также и изменение «прозрачности» внутренней мембраны митохондрий, которое может быть вызвано перестройками в ней, и может быть неверно интерпретировано как «набухание» митохондрий, что не вполне корректно [166; 167]. Необходимо отметить, что все эти работы имели описательный характер и основывались исключительно на наблюдениях действия диазоксида, пинацидила или других фармакологических агентов, активирующих плазматические Кдтф каналы, на изменение светопропускания суспензии выделенных митохондрий [135; 152; 153; 155; 156]. Природа и свойства митохондриальных АТФ-зависимых калиевых каналов обсуждаются уже более 20 лет, однако до сих пор еще никому не удалось выделить, идентифицировать или очистить составляющие их белки. Несмотря на огромный интерес к этим каналам, исследователям так и не удалось идентифицировать и/или выделить белки/соединения, ответственные за наблюдаемые эффекты диазоксида или пинацидила, и вопрос о существовании этих АТФ-зависимых калиевых каналов в митохондриальной мембране до сих пор остается предметом многочисленных дебатов [125; 166; 167; 170-172]. Ко всеобщему разочарованию, накопление новых данных не только не подтверждает наличие АТФ-зависимых калиевых каналов в мембране митохондрий, но напротив все более и более убеждает исследователей в том, что таких каналов в мембране митохондрий может и не быть, а все наблюдаемые эффекты обусловлены фармакологическими свойствами используемых соединений [166-170].

Таким образом, роль митохондриальной компоненты в механизмах ишемического повреждения и противоишемического защитного действия активаторов плазматических АТФ-зависимых калиевых (Кдтф) каналов до сих пор остается не выясненной. Среди наиболее эффективных противоишемических агентов, оказывающих свое защитное действие на сердечную мышцу через уменьшение повреждения митохондриальных функций, являются диазоксид и пинацидил. Однако, несмотря на огромное количество работ, посвященных экспериментальному исследованию защитного действия диазоксида и пинацидила, механизм их действия на митохондрии до сих пор не известен. В настоящей работе были проанализированы наиболее характерные изменения митохондриальных параметров, которые могут наблюдаться согласно предложенному механизму активации калиевых каналов во внутренней мембране митохондрий. Если предполагаемое действие этих соединений заключается в увеличении К+ проницаемости внутренней мембраны митохондрий, то независимо от природы этой проводимости оба агента будут вызывать одновременно деполяризацию энергизованных митохондрий, активацию дыхания и подавление фосфорилирования добавленной АДФ, в присутствии ионов К+ в среде инкубации. Эти эффекты химической активации калиевых каналов должны быть подобны эффектам, которые наблюдаются в присутствии валиномицина, специфического калиевого ионофора [52; 173; 174]. Все предсказанные последствия действия на митохондрии диазоксида, пинацидила или валиномицина подтверждаются экспериментально только при одном условии - при наличии в среде инкубации ионов калия [165; 170-172]. Подобная гипотеза легко проверяется экспериментально - все эффекты соединений, увеличивающих калиевую проницаемость внутренней мембраны митохондрий, должны исчезнуть при удалении К+ ионов из среды инкубации.

В связи с этим, одной из задач настоящей работы являлось выявление механизма защитного действия противоишемических фармакологических агентов, таких как диазоксид и пинацидил, известных как фармакологические активаторы АТФ-зависимых К+ каналов (Катф) плазматической мембраны. Наши предварительные исследования показали, что удаление ионов калия из среды инкубации полностью предотвращает эффект валиномицина, но не диазоксида и пинацидила [165; 170-172], указывая на то, что действие диазоксида и пинацидила могут иметь другой механизм. Основываясь на гипотезе Митчелла можно предположить, что изменение митохондриальных функций под действием диазоксида и/или пинацидила могут быть также следствием транспорта любых положительно заряженных ионов (например, ионов водорода). В серии целенаправленных экспериментов мы получили неопровержимые данные о том, что диазоксид и пинацидил обладают выраженными протонофорными свойствами. На основании полученных данных, мы предложили альтернативный механизм действия этих соединений на митохондрии, который заключается в том, что оба агента оказывают защитное действие, которое обусловлено их протонофорными свойствами. Мы предположили, что они действуют как слабые протонофоры и оказывают действие схожее с тем, которое оказывает 2,4-динитрофенол, классический разобщитель митохондрий, и защитное действие диазоксида и пинацидила обусловлено их способностью к умеренному разобщению митохондрий. В связи с этим, одной из задач настоящей работы являлась демонстрация необходимости «умеренной» деполяризации митохондрий в пост-ишемическом периоде для восстановления механической активности сердечной мышцы. Кроме того, важно было исследовать влияние этих соединений на транспорт кальция как в изолированных митохондриях, так и в митохондриях внутри интактных клеток, а на ишемической модели изолированного сердца крысы определить роль митохондриального транспорта Са2+ в механизме пост-ишемического повреждения сердечной мышцы.

ГЛАВА 3. РОЛЬ ПОРИНОВЫХ КАНАЛОВ В РЕГУЛЯЦИИ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ

Митохондриальный метаболизм требует непрерывного обмена субстратами между цитоплазмой и митохондриальным матриксом. Для нормального обмена эти метаболиты должны пересечь две митохондриальные мембраны. Транспорт метаболитов через внутреннюю мембрану осуществляется множеством специфических транспортных белков и достаточно хорошо изучен. Основная масса митохондриальных субстратов попадает в митохондриальный матрикс при помощи специализированных переносчиков-транспортеров, локализованных во внутренней мембране митохондрий [9; 17; 48; 55; 114; 175]. К их числу относятся гидрофильные молекулы субстратов окислительного фосфорилирования (пируват, оксалоацетат, малат, сукцинат, АТФ, АДФ, неорганический фосфат), субстраты цикла мочевины, реакций синтеза и обмена метильных групп, а также ферменты, локализованные в матриксе митохондрий. Все субстраты, необходимые для синтеза митохондриальных белков, которые кодируются митохондриальной ДНК, также поступают из цитоплазмы в митохондрии с помощью переносчиков [176-182]. Все эти реакции переноса являются энергозависимыми, так как осуществляются против градиента концентраций митохондриальных метаболитов, и, следовательно, для их поддержания требуется энергия. Роль такого универсального источника энергии в митохондриях выполняет градиент электрохимического потенциала ионов водорода, который, как уже упоминалось выше, имеет две составляющие -электрическую АФМ и концентрационную АрН [9; 53; 56; 118]. Если транспорт заряженных частиц и ионов использует энергию электрического поля, то градиент концентрации ионов водорода на внутренней мембране используется для поддержания реакций обмена, сопряженных с противоположным переносом ионов водорода и заряженной частицы [9; 56; 114; 118]. С другой стороны, все эти водорастворимые митохондриальные субстраты, прежде чем достигнуть переносчиков, локализованных- во внутренней мембране митохондрий, должны каким-то образом пересечь внешнюю митохондриальную мембрану и попасть в пространство между двумя мембранами, откуда переносчики смогут их транспортировать в матрикс митохондрий. До недавнего времени считалось, что внешняя мембрана митохондрий служит своего рода механической оболочкой, призванной поддерживать складчатую структуру митохондриальных крист и противостоять их неограниченному осмотическому набуханию [110; 111; 125; 183].

Однако, исследования последних лет выявили наличие во внешней мембране митохондрий белков, способных образовывать каналы при реконструкции их в искусственные фосфолипидные мембраны [184-190]. В самых первых работах эти белки получили название поринов, но позже, когда были продемонстрированы характеристики и свойства этих каналов, их стали называть потенциал зависимыми анионными каналами (voltage dependent anion channels, VDAC) [191-196]. Было установлено, что белки порины внешней митохондриальной мембраны формируют водяные поры диаметром приблизительно 3 nm, которые позволяют прохождить водорастворимым молекулам размером до 5 kDa [185-189; 191; 192]. Таким образом, после открытия пориновых каналов ранние представления о том, что внешняя мембрана митохондрий свободно проницаема для малых ионов, подверглись значительной переработке. Более того, было высказано предположение о том, что для слаженной работы митохондриального и клеточного метаболизмов необходима тонкая регуляция обмена метаболитами между митохондриями и цитоплазмой, а эти каналы являются тем механизмом, который обеспечивает эту регуляцию [184; 185; 188; 189]. В связи с этим, в настоящее время ведутся интенсивные исследования эндогенных механизмов регуляции проницаемости пориновых каналов и внешней мембраны митохондрий внутри интактных клеток. Результаты последних работ продемонстрировали, что в некоторых условиях проницаемость внешней мембраны митохондрий уменьшается, что свидетельствует о закрывании пориновых каналов и блокировании обмена метаболитов внутри неповрежденных клеток [185; 186; 188; 189; 197; 198]. Было высказано предположение, что в самом начале развития апоптоза эти каналы закрываются, и митохондрии в этих условиях не в состоянии эффективно фосфорилировать АДФ и поставлять АТФ для нужд клетки из-за нарушения переноса этих метаболитов и дыхательных субстратов через закрытые пориновые каналы [197-201]. Можно предположить, что закрывание пориновых каналов будет приводить к блокированию и других биохимических процессов, протекающих исключительно в митохондриях и нуждающихся в участии ферментных систем, локализованных в матриксе митохондрий, таких как синтез мочевины [202] и производство метильных групп в митохондриях, через трансметилирование глицина в системе его расщепления [203; 204]. Таким образом, каналы во внешней мембране митохондрий, образованные пориновыми белками, выполняют существенную роль в поддержании нормального обмена метаболитов между цитоплазмой и митохондриями. Любые нарушения этого обмена приведут к существенным нарушениям метаболизма клеток, особенно в тех процессах, которые невозможны без участия митохондрий, катализирующих синтез мочевины, обмен метильных групп и синтез АТФ. Закрывание пориновых каналов в гепатоцитах, приводящее к блокированию свободного обмена между цитоплазмой и митохондриальным матриксом АТФ, цитруллина и орнитина, субстратов синтеза мочевины, приведет и к нарушению производства мочевины.

Окисление этанола в печени приводит к значительным биохимическим изменениям, которые включают подавление синтеза АТФ, нарушение окисления длинноцепочечных жирных кислот, увеличенное образование кислородных радикалов и перекисное окисление липидов [4; 37; 201; 205; 206]. Кроме того этанол вызывает в печени гиперметаболическую реакцию, которая характеризуется стремительным увеличением метаболизма спирта, почти удвоением митохондриального дыхания и разобщением окислительного фосфорилирования [207; 208]. Нарушение митохондриальных функций в печени является самым первым проявлением острой алкогольной интоксикации. В настоящее время накапливается все больше данных о том, что гепатотоксичность этанола в первую очередь обусловлена потерей митохондриальных функций, приводящей к значительным нарушениям во всем клеточном метаболизме [202; 209]. Проницаемость внешней митохондриальной мембраны может меняться при развитии патологических состояний, в том числе и при алкогольной интоксикации, и это может быть связано с изменением проводимости пориновых каналов. Однако, роль пориновых каналов в индукции и развитии алкогольной интоксикации до сих пор остается не выясненной. Мы предположили, что нарушение митохондриального метаболизма в гепатоцитах, окисляющих этанол, обусловлено уменьшением потоков метаболитов через внешнюю мембрану митохондрий из-за закрытия пориновых каналов [170; 201]. В связи с этим в настоящей работе для проверки нашей гипотезы о том, что причиной глобальной потери митохондриальных функций при отравлении печени алкоголем, является закрывание пориновых каналов во внешней митохондриальной мембране, предполагается исследовать, как закрывание пориновых каналов внешней мембраны митохондрий влияет на основные функции митохондрий и на функции целых клеток печени, окисляющих этанол, таких как синтез мочевины, производство и обмен метильных групп. Для решения этой задачи необходимо было разработать подходы и методы экспериментального измерения проницаемости пориновых каналов во внешней мембране митохондрий внутри интактных клеток без их выделения из гепатоцитов. Для выяснения механизма алкогольной интоксикации и роли в ней пориновых каналов внешней митохондриальной мембраны, необходимо определить какие из продуктов окисления этанола (NADH, кислородные радикалы, ацетальдегид и/или ацетат) способствуют закрыванию митохондриальных пориновых каналов. Кроме того, для выяснения механизма повреждающего действия закрытых пориновых каналов на функции митохондрий необходимо исследовать влияние закрытия пориновых каналов и уменьшения проницаемости внешней мембраны митохондрий на Са2+-индуцированное открывание неспецифической поры и высокоамплитудного набухания митохондрий. Эти исследования позволят понять не только влияние окисления этанола на основные функции митохондрий, но и выявить роль пориновых каналов внешней митохондриальной мембраны в регуляции внутриклеточных процессов жизнедеятельности гепатоцитов, таких как синтез и обмен метильных групп. Очевидно, что знание биохимических механизмов, приводящих к нарушению функций печени, позволит разработать и найти фармакологический препарат-антидот, которой сможет препятствовать закрыванию пориновых каналов, или даже открывать закрытые каналы, способствуя, таким образом, восстановлению нормального функционирования митохондрий в печени алкоголиков. Таким образом, изучение свойств пориновых каналов в контексте их вовлеченности в процессы алкогольной интоксикации, и создание платформы для поиска лекарственных препаратов для лечения заболеваний печени, связанных с алкогольным отравлением, представляется крайне актуальной задачей. Блокирование пориновых каналов, может способствовать также увеличению окислительного стресса и повреждающего действия ионов Са2+ на митохондрии. Разработка фармакологических препаратов, прицельно направленных на закрывание пориновых каналов в митохондриях, является принципиально новым подходом, основанным на оригинальной концепции о том, что закрывание пориновых каналов в митохондриях клеток млекопитающих повышает чувствительность клеток к фармакологическим препаратам. В связи с этим, в настоящей работе также ставиться задача выяснения влияние закрывания пориновых каналов внешней митохондриальной мембраны на цитотоксичность лекарственных препаратов на примере адафостина, известного противоопухолевого агента. Полученные в настоящей работе данные, открывают путь для принципиально нового подхода к повышению эффективности фармакологического действия противоопухолевых лекарственных препаратов путем их совместного использования с веществами, которые закрывают пориновые каналы во внешней мембране митохондрий. Такой оригинальный подход будет стимулировать разработку и поиск новых более эффективных протоколов лечения, основанных на одновременном использовании блокаторов пориновых каналов в качестве стимулирующих адъювантов, с известными противоопухолевыми агентами.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Детальное описание методик и протоколов опубликовано в оригинальных работах автора. Здесь приведено только их краткое описание)

Получение препарата изолированных митохондрий. Во всех экспериментах препараты интактных митохондрий были получены из тканей сердца и/или печени анестезированных пентобарбиталом (50-75 мг/кг живого веса) крыс Sprague-Dawley, стандартными методами дифференциального центрифугирования как это было описано раннее [78; 80; 171; 172; 210].

Измерение характеристик изолированных митохондрий. Митохондриальные ионные потоки и скорость поглощения кислорода регистрировали с помощью Са2+-, К+-, Н+-, ТРР+- ионоселективных электродов и кислородного датчика закрытого типа [78; 80; 171; 172; 210-212]. Одновременное измерение концентрации жизненно важных ионов и кислорода проводилось на многоканальной установке с компьютерной регистрацией и обработкой экспериментальных данных, с помощью разработанной нами программы Bioquest [104; 213; 214].

Измерение переноса меченых протонов (3Н) через гидрофобную среду. Для определения потока ионов 3Н+ через гидрофобную фазу мы использовали классическую ячейку Прессмана [62; 63; 215], наполненную хлороформом, в котором растворялись исследуемые соединения (диазоксид, пинацидил и/или 2,4-динитрофенол) в концентрациях, указанных в подписи к рисункам. В параллельных экспериментах мы также оценивали перенос протонов через бислойную фосфолипидную мембрану по величине разности электрических потенциалов, возникающих на «черной» мембране, разделяющей два отсека с заданными концентрациями ионов водорода [170].

Характеристики ишемического повреждения сердечной мышцы изучали, используя ретроградную перфузию выделенного сердца крысы по методике Лангендорфа [170; 216]. Степень ишемического повреждения ткани сердца определяли с помощью флуоресцентной микроскопии тонких серийных срезов по проникновению флуоресцентной краски (йодистого пропидия) через плазматическую мембрану. Функциональные характеристики ишемического сердца определяли по изменению систолического и диастолического давлений до и после ишемии, которые измерялись с помощью наполненного водой баллончика, вставленного в левое предсердие, как было описано раннее [170; 217; 218].

Культивирование клеток. Первичная культура неонатальных кардиомиоцитов была получена путем коллагеназной обработки мелко-нарезанных кусочков сердца новорожденных крысят [172; 218]. Первичная культура гепатоцитов была получена из печени взрослых крыс (Sprague-Dawley, 250-300 г) после ферментативной обработки перфузируемой печени, так как описано [199; 201; 219]. Для получения оптического изображения клеток с помощью традиционной или конфокальной микроскопии, клетки выращивались соответственно на отдельных предметных стеклах или в чашках Петри со стеклянным дном, покрытым коллагеном из хвоста крысы для получения оптического изображения клеток в инвертированном микроскопе [172; 199; 219].

Пермеабилизация» плазматической мембраны выделенных гепатоцитов. Для получения доступа к митохондриям внутри интактных клеток, выделенные и/или культивированные на стекле клетки печени обрабатывались детергентом дигитонином или бактериальным белком стрептолизином О, которые образуют поры в биологических мембранах, содержащих холестерол [220; 221]. В отдельных случаях, когда использование химических агентов было не желательно, исследования внутриклеточного распределения флуоресцентных молекул декстрана проводились на клетках, мембрана которых разрушалась механически с помощью микроманипулятора со стеклянной микропипеткой, укрепленного на столике конфокального микроскопа [199; 201].

Измерение ферментативных активностей. Активности цитоплазматических ферментов: лактат- (ЛДГ), алкоголь- (АПД), альдегид-(АЦЛД) дегидрогеназы, NADH-оксидоредуктазы, а также аденилат киназы (АК), гексокиназы (ГК), ксантиноксидазы, пероксидазы и каспазы-3, определяли с помощью флуоресцентных или люминесцентных методов, используя стандартные флуоресцентные или люминесцентные киты, купленные в Sigma Chemicals (St.

Lois, МО). Экспериментальные детали этих биохимических протоколов приведены в работах автора [171; 172; 199; 201; 218; 222; 223].

Измерение проницаемости внешней мембраны митохондрий. Из-за отсутствия адекватных методов измерения проницаемости внешней митохондриальной мембраны нами были разработаны оригинальные методы для оценки проницаемости внешней мембраны митохондрий и состояния пориновых каналов. Во-первых, была оценена активность митохондриальной аденилат киназы (АК), которая определялась в присутствии карбоксиатрактилозида и олигомицина, селективных ингибиторов митохондриальной АТФ синтетазы, как в интакгных, так и в пермеабилизованных клетках печени [199; 201]. Были оценены также скорости АДФ - или ДНФ - стимулированного дыхания митохондрий, которые определялись с помощью закрытого кислородного электрода в присутствии аденозин пентафосфата, специфического ингибитора АК [171; 172; 218]. Кроме того нами был разработан флуоресцентный метод определения проницаемости внешней мембраны митохондрий по входу в межмембранное пространство флуоресцентной метки размером 3000 Да. Для этого был использован декстран, соответствующего молекулярного веса, ковалентно связанный с флуоресцентным красителем, так как это было описано раннее [199; 201]. Внутриклеточное распределение флуоресцентных зондов регистрировалось с помощью конфокального флуоресцентного лазерного сканирующего микроскопа (Carl Zeiss LSM 510) [199; 201].

Статистический анализ. Полученные экспериментальные данные анализировались по методу Стьюдента, а также с помощью анализа переменных (ANOVA). Данные на всех экспериментальных зависимостях выражены как среднее ± средняя ошибка, достоверность измерения (р), а также число повторов. В настоящей работе представлены только результаты экспериментов, попавших в доверительный интервал 95% (р<0.05).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Заключение диссертации по теме «Биофизика», Холмухамедов, Эхсон Лукманович

выводы

1. Состояние Са2+-зависимой неспецифической поры во внутренней мембране митохондрий определяется количеством ионов Са2+, накопленных в матриксе. Малые количества Са2+ не способны открыть пору, а большие количества Са2+ индуцируют состояние с постоянно-открытой порой. В большом диапазоне промежуточных концентраций ионов Са2+ наблюдаются колебания между открытым и закрытым состояниями этой поры. Митохондрии способны к автокаталитическому увеличению концентрации Са2+ в суспензии митохондрий за счет высвобождения ионов Са2+ из матрикса, демонстрируя «митохондриальный Са2+-индуцированный выброс Са2+». Это свойство выделенных митохондрий лежит в основе нового явления - возникновения и распространения, самоподдерживающихся Са2+ волн в пространственно распределенной суспензии изолированных и энергизованных митохондрий.

2. Разработана математическая модель энергозависимого ионного транспорта в митохондриях, в основе которой лежит обратимое Са2+-зависимое изменение проницаемости внутренней мембраны и «митохондриальный Са2+-индуцированный выброс Са2+». Модель находится в хорошем соответствии с имеющимися экспериментальными данными и описывает все экспериментально наблюдаемые режимы транспорта ионов в митохондриях, включая колебания концентрации К+, Н+ и Са2+, а также изменения объема и мембранного потенциала.

3. В невозбудимых живых клетках «митохондриальный Са2+-индуцированный выброс Са2+ из митохондрий» приводит к тому, что энергозависимый митохондриальный транспорт Са2+ оказывается основным внутриклеточным процессом, определяющим синхронизацию, высокую амплитуду и скорость распространения Са2+ сигналов/волн в цитоплазме. Таким образом, энергозависимый транспорт Са2+ в митохондриях регулирует не только динамику изменения концентрации свободных ионов Са2+ в цитоплазме клеток, но также определяет синхронизацию концентрационных Са2+ волн в цитоплазме клеток и состояние митохондриального метаболизма.

4. Ишемическое повреждение сердечной мышцы проявляется в повреждении митохондриальных функций, и действие противоишемических фармакологических препаратов направлено на защиту митохондрий. Мы впервые показали, что диазоксид и пинацидил, известные противоишемические агенты, обладают выраженными протонофорными свойствами, и эта их особенность лежит в основе их защитного действия. Вывод о том, что «умеренное разобщение» обладает противоишемическим действием, подтверждается впервые полученными нами экспериментальными доказательствами того, что 2,4-динитрофенол, классический митохондриальный разобщитель протонного типа, также как диазоксид и пинацидил, значительно уменьшал ишемическое повреждение миокарда.

5. Токсическое действие этанола в печени вызывает глобальную потерю митохондриальных функций. Впервые показано, что это обусловлено закрытием пориновых каналов во внешней мембране митохондрий. Окисление этанола и сопутствующее увеличение производства NADH, одновременно с закрытием пориновых каналов, увеличением мембранного потенциала митохондрий и возрастанием окислительного стресса, сопровождаются увеличением повреждающего действия ионов Са2+ и потерей основных митохондриальных функций.

6. Разработанные в настоящей работе новые методы определения проницаемости внешней мембраны внутриклеточных митохондрий с помощью конфокальной микроскопии, позволили произвести количественную оценку степени закрывания пориновых каналов при окислении этанола. Из продуктов окисления этанола (NADH, кислородные радикалы, ацетат и ацетальдегид) ни один не обладал выраженным ингибирующим действием на проводимость пориновых каналов, указывая, таким образом, на то, что окисление этанола активирует независимый эндогенный механизм регуляции проницаемости пориновых каналов.

7. Окисление этанола в культуре гепатоцитов сопровождается подавлением синтеза мочевины и снижением скорости потребления кислорода. Ингибирующий эффект этанола частично восстанавливается при подавлении активности алкоголь и ацетальдегид дегидрогеназы, указывая на то, что метаболизм этанола необходим для проявления ингибирующего действия.

8. Механизм повреждающего действия закрытых пориновых каналов заключается в повышении уровня супероксид радикалов в митохондриях вследствие уменьшения выхода супероксид радикалов из межмембранного пространства митохондрий с закрытыми пориновыми каналами. Таким образом, закрывание пориновых каналов приводит к увеличению окислительного стресса, что повышает чувствительность митохондрий к повреждающему действию ионов Са2+.

9. Обнаруженное в настоящей работе увеличение окислительного стресса, приводящее к повышению чувствительности митохондрий и повреждающему действию ионов Са2+ при закрывании пориновых каналов, было использовано как способ повышения эффективности действия цитотоксических препаратов. Продемонстрировано, что обработка клеток млекопитающих ингибиторами пориновых каналов, а также при генетическом удалении этих каналов, снижает эффективную токсическую дозу адафостина, известного противоопухолевого препарата, в десятки раз. В настоящее время проводится дальнейшее исследование эндогенных механизмов регуляции пориновых каналов митохондрий.

Заключение

1. Закрывание пориновых каналов, которое препятствует свободной диффузии супероксид анионов из межмембранного пространства и сопровождается накоплением этих радикалов в митохондриях, приводит к окислительному стрессу и повреждению митохондрий.

2. Генетическое удаление одного из пориновых белков, Порин-1, увеличивает чувствительность фибробластов к противоопухолевым препаратам через акгвацию апотозной гибели.

3. Цитотоксичность адафостина, противоопухолевого лекарственного препарата с митохондриальным механизмом действия, увеличивается в десятки раз в нокаутных по порину фибробластах, свидетельствуя о том, что отсутствие или ингибирование пориновых каналов во внешней митохондриальной мембране усиливает противоопухолевую эффективность лекарственных препаратов.

Таким образом, закрывание пориновых каналов во внешней мембране митохондрий, препятствует выходу супероксид аниона, сопровождается увеличением его концентрации в митохондриях и вызывает в них окислительный стресс, что приводит к увеличению чувствительности клеток к лекарственным препартам с митохондриальным механизмом действия.

Список литературы диссертационного исследования доктор биологических наук Холмухамедов, Эхсон Лукманович, 2009 год

1. S.K. Bandyopadhyay, and A. Dutta, Mitochondrial hepatopathies. J Assoc

2. Physicians India 53 (2005) 973-8.

3. A. Cahill, C.C. Cunningham, M. Adachi, H. Ishii, S.M. Bailey, B. Fromenty, and A.

4. Davies, Effects of alcohol and oxidative stress on liver pathology: the role of the mitochondrion. Alcohol Clin Exp.Res 26 (2002) 907-915.

5. M. Christophe, and S. Nicolas, Mitochondria: a target for neuroprotectiveinterventions in cerebral ischemia-reperfusion. Curr Pharm Des 12 (2006) 73957.

6. C.C. Cunningham, and S.M. Bailey, Ethanol consumption and liver mitochondriafunction. Biol.Signals Recept. 10 (2001) 271-282.

7. L.F. Di, and P. Bernardi, Mitochondrial function and myocardial aging. A criticalanalysis of the role of permeability transition. Cardiovasc Res 66 (2005) 222-232.

8. L.F. Di, M. Canton, R. Menabo, G. Dodoni, and P. Bernardi, Mitochondria andreperfusion injury. The role of permeability transition. Basic Res Cardiol. 982003) 235-241.

9. L.F. Di, M. Canton, R. Menabo, N. Kaludercic, and P. Bernardi, Mitochondria andcardioprotection. Heart Fail.Rev. 12 (2007) 249-260.

10. M. Saraste, Oxidative phosphorylation at the fin de siecle. Science 283 (1999) 14881493.

11. V.P. Skulachev, Mitochondrial physiology and pathology; concepts of programmeddeath of organelles, cells and organisms. Mol Aspects Med 20 (1999) 139-84.

12. H.H. Szeto, Mitochondria-targeted cytoprotective peptides for ischemia-reperfusioninjury. Antioxid Redox Signal 10 (2008) 601-19.

13. A. Szewczyk, and L. Wojtczak, Mitochondria as a pharmacological target.

14. Pharmacol Rev 54 (2002) 101-27.

15. D.C. Wallace, A mitochondrial paradigm for degenerative diseases and ageing.

16. Novartis Found Symp 235 (2001) 247-63; discussion 263-6.

17. M. Huttemann, I. Lee, A. Pecinova, P. Pecina, K. Przyklenk, and J.W. Doan,

18. Regulation of oxidative phosphorylation, the mitochondrial membrane potential, and their role in human disease. J Bioenerg Biomembr (2008).

19. E.J. Lesnefsky, S. Moghaddas, B. Tandler, J. Kerner, and C.L. Hoppel,

20. Mitochondrial dysfunction in cardiac disease: ischemia-reperfusion, aging, and heart failure. J Mol Cell Cardiol 33 (2001) 1065-89.

21. D.B. Zorov, Mitochondrial damage as a source of diseases and aging: a strategy ofhow to fight these. Biochim Biophys Acta 1275 (1996) 10-5.

22. M.R. Duchen, Roles of mitochondria in health and disease. Diabetes 53 Suppl 12004) S96-102.

23. M.R. Duchen, Mitochondria in health and disease: perspectives on a newmitochondrial biology. Mol Aspects Med 25 (2004) 365-451.

24. D.G. Nicholls, Mitochondria and calcium signaling. Cell Calcium 38 (2005) 311-7.

25. P. Bernardi, and M. Forte, The mitochondrial permeability transition pore.

26. Novartis.Found.Symp. 287 (2007) 157-164.

27. R.M. Denton, and J.G. McCormack, On the role of the calcium transport cycle inheart and other mammalian mitochondria. FEBS Lett 119 (1980) 1-8.

28. R.M. Denton, and J.G. McCormack, The role of calcium in the regulation ofmitochondrial metabolism. Biochem Soc Trans 8 (1980) 266-8.

29. M.P. Mattson, Mechanism of neuronal degeneration and preventative approaches:quickening the pace of AD research. Neurobiol Aging 15 Suppl 2 (1994) S121-5.

30. M.P. Mattson, Calcium and neuronal injury in Alzheimer's disease. Contributions ofbeta-amyloid precursor protein mismetabolism, free radicals, and metabolic compromise. Ann N Y Acad Sci 747 (1994) 50-76.

31. D.G. Nicholls, Forty years of Mitchell's proton circuit: From little grey books to littlegrey cells. Biochim Biophys Acta 1777 (2008) 550-6.

32. P. Bernardi, and A. Rasola, Calcium and cell death: the mitochondrial connection.

33. Subcell.Biochem. 45 (2007) 481-506.

34. G.A. Rutter, Moving Ca2+ from the endoplasmic reticulum to mitochondria: isspatial intimacy enough? Biochem Soc Trans 34 (2006) 351-5.

35. G.A. Rutter, T. Tsuboi, and M.A. Ravier, Ca2+ microdomains and the control ofinsulin secretion. Cell Calcium 40 (2006) 539-551.

36. K.K. Gunter, and Т.Е. Gunter, Transport of calcium by mitochondria. J Bioenerg

37. Biomembr 26 (1994) 471-85.

38. Т.Е. Gunter, L. Buntinas, G.C. Sparagna, and K.K. Gunter, The interaction ofmitochondria with pulses of calcium. Biofactors 8 (1998) 205-7.

39. Т.Е. Gunter, K.K. Gunter, S.S. Sheu, and C.E. Gavin, Mitochondrial calciumtransport: physiological and pathological relevance. Am J Physiol 267 (1994) C313-39.

40. Т.Е. Gunter, and D.R. Pfeiffer, Mechanisms by which mitochondria transportcalcium. Am J Physiol 258 (1990) C755-86.

41. Т.Е. Gunter, D.I. Yule, K.K. Gunter, R.A. Eliseev, and J.D. Salter, Calcium andmitochondria. FEBS Lett 567 (2004) 96-102.

42. J.G. McCormack, R.L. Daniel, N.J. Osbaldeston, G.A. Rutter, and R.M. Denton,

43. Mitochondrial Ca2+ transport and the role of matrix Ca2+ in mammalian tissues. Biochem.Soc.Trans. 20 (1992) 153-159.

44. J.G. McCormack, and R.M. Denton, Mitochondrial Ca2+ transport and the role ofintramitochondrial Ca2+ in the regulation of energy metabolism. Dev.Neurosci. 15 (1993) 165-173.

45. G. Hajnoczky, G. Csordas, S. Das, C. Garcia-Perez, M. Saotome, R.S. Sinha, and

46. M. Yi, Mitochondrial calcium signalling and cell death: approaches for assessing the role of mitochondrial Ca2+ uptake in apoptosis. Cell Calcium 40 (2006) 553560.

47. N.E. Saris, and E. Carafoli, A historical review of cellular calcium handling, withemphasis on mitochondria. Biochemistry (Mosc) 70 (2005) 187-94.

48. S.M. Bailey, and C.C. Cunningham, Contribution of mitochondria to oxidative stressassociated with alcoholic liver disease. Free Radic Biol Med 32 (2002) 11-6.

49. D.B. Zorov, N.K. Isaev, E.Y. Plotnikov, L.D. Zorova, E.V. Stelmashook, A.K.

50. Vasileva, A.A. Arkhangelskaya, and T.G. Khrjapenkova, The mitochondrion as janus bifrons. Biochemistry (Mosc.) 72 (2007) 1115-1126.

51. D.B. Zorov, M. Juhaszova, and S.J. Sollott, Mitochondrial ROS-induced ROSrelease: an update and review. Biochim.Biophys.Acta 1757 (2006) 509-517.

52. E. Murphy, and C. Steenbergen, Ion transport and energetics during cell death andprotection. Physiology (Bethesda) 23 (2008) 115-23.

53. E. Murphy, and C. Steenbergen, Mechanisms underlying acute protection fromcardiac ischemia-reperfusion injury. Physiol Rev 88 (2008) 581-609.

54. C. Steenbergen, T.A. Fralix, and E. Murphy, Role of increased cytosolic freecalcium concentration in myocardial ischemic injury. Basic Res Cardiol 88 (1993) 456-70.

55. C. Steenbergen, E. Murphy, L. Levy, and R.E. London, Elevation in cytosolic freecalcium concentration early in myocardial ischemia in perfused rat heart. Circ Res 60(1987) 700-7.

56. С. Steenbergen, Е. Murphy, J.A. Watts, and R.E. London, Correlation betweencytosolic free calcium, contracture, ATP, and irreversible ischemic injury in perfused rat heart. Circ Res 66 (1990) 135-46.

57. A. Rasola, and P. Bernardi, The mitochondrial permeability transition pore and itsinvolvement in cell death and in disease pathogenesis. Apoptosis. 12 (2007) 815833.

58. E. Carafoli, R.L. Gamble, and A.L. Lehninger, On the maximum stoichiometry ofenergy-linked Ca++ accumulation during electron transport in rat liver mitochondria. Biochem Biophys Res Commun 21 (1965) 215-20.

59. E. Carafoli, S. Weiland, and A.L. Lehninger, Active Accumulation of Sr2+ by Rat1.ver Mitochondria. I. General Features. Biochim Biophys Acta 97 (1965) 88-98.

60. Z. Drahota, E. Carafoli, C.S. Rossi, R.L. Gamble, and A.L. Lehninger, The Steady

61. State Maintenance of Accumulated Ca++ in Rat Liver Mitochondria. J Biol Chem 240 (1965)2712-20.

62. B.B. Алабовский, Кобрин, В.И., Участие митохондрий в регуляции трансмембранных потоков Са2+ в клетках миокарда. Усп. Физиол. Наук 16 (1985) 3-20.

63. P. Mitchell, Chemiosmotic coupling in oxidative and photosynthetic phosphorylation. Biol Rev Camb Philos Soc 41 (1966) 445-502.

64. P. Mitchell, and J. Moyle, Chemiosmotic hypothesis of oxidative phosphorylation.1. Nature 213 (1967) 137-9.

65. В.П. Скулачев, Механизм окислительного фосфорилирования и основныепринципы биоенергетики. Усп Совр Биол 77 (1974) 125-54.

66. В.П. Скулачев, Энергия, метаболиты, кислород и транспорт электронов вбиологических мембранах. Усп. Совр.Биол. 88 (1979) 163-180.

67. P. Bernardi, Mitochondrial transport of cations: channels, exchangers, andpermeability transition. Physiol Rev. 79 (1999) 1127-1155.

68. J.J. Diwan, Mitochondrial transport of K+ and Mg2+. Biochim Biophys Acta 8951987) 155-65.

69. P. Mitchell, Vectorial chemistry and the molecular mechanics of chemiosmoticcoupling: power transmission by proticity. Biochem Soc Trans 4 (1976) 399-430.

70. S. Chalmers, and D.G. Nicholls, The relationship between free and total calciumconcentrations in the matrix of liver and brain mitochondria. J Biol Chem 278 (2003) 19062-70.

71. D.G. Nicholls, and S. Chalmers, The integration of mitochondrial calcium transportand storage. J Bioenerg Biomembr 36 (2004) 277-81.

72. D.G. Nicholls, S. Vesce, L. Kirk, and S. Chalmers, Interactions betweenmitochondrial bioenergetics and cytoplasmic calcium in cultured cerebellar granule cells. Cell Calcium 34 (2003) 407-24.

73. E.A. Либерман, Топалы, В.П., Цофина, Л.М., Ясайтис, А.А., Скулачев, В.П. ,

74. Ионный транспорт и электрический потенциал митохондриальной мембраны. Биохимия 34 (1969) 1083-1087.

75. B.C. Pressman, Biological applications of ionophores. Annu Rev Biochem 451976) 501-30.

76. B.C. Pressman, and M. Fahim, Pharmacology and toxicology of the monovalentcarboxylic ionophores. Annu Rev Pharmacol Toxicol 22 (1982) 465-90.

77. B.C. Pressman, Induced active transport of ions in mitochondria. Proc Natl Acad

78. Sci U S A 53 (1965) 1076-83.

79. A.E. Шаму, Херрман, T.P., Естественные ионофоры и их роль в транспортеионов через мембраны. Усп. Соврем. Биологии 91 (1981) 350-365.

80. S.N. Graven, Н.А. Lardy, D. Johnson, and A. Rutter, Antibiotics as tools formetabolic studies. V. Effect of nonactin, monactin, dinactin, and trinactin onoxidative phosphorylation and adenosine triphosphatase induction. Biochemistry 5 (1966) 1729-35.

81. S.N. Graven, H.A. Lardy, and A. Rutter, Antibiotics as tools for metabolic studies.

82. VI. Damped oscillatory swelling of mitochondria induced by nonactin, monactin, dinactin, and trinactin. Biochemistry 5 (1966) 1735-42.

83. S.N. Graven, H.A. Lardy, and O.S. Estrada, Antibiotics as tools for metabolicstudies. 8. Effect of nonactin homologs on alkali metal cation transport and rate of respiration in mitochondria. Biochemistry 6 (1967) 365-71.

84. H.A. Lardy, S.N. Graven, and S. Estrada, Specific induction and inhibition of cationand anion transport in mitochondria. Fed Proc 26 (1967) 1355-60.

85. M.G. Mustafa, K. Utsumi, and L. Packer, Damped oscillatory control ofmitochondrial respiration and volume. Biochem Biophys Res Commun 24 (1966) 381-5.

86. L. Packer, R. Utsumi, and M.G. Mustafa, Oscillatory states of mitochondria. 1.

87. Electron and energy transfer pathways. Arch Biochem Biophys 117 (1966) 38193.

88. D.W. Deamer, K. Utsumi, and L. Packer, Oscillatory states of mitochondria. 3.

89. Ultrastructure of trapped conformational states. Arch Biochem Biophys 121 (1967) 641-51.

90. K. Utsumi, and L. Packer, Oscillatory states of mitochondria. II. Factors controllingperiod and amplitude. Arch Biochem Biophys 120 (1967) 404-12.

91. V.D. Gooch, and L. Packer, Adenine nucleotide control of heart mitochondrialoscillations. Biochim Biophys Acta 245 (1971) 17-20.

92. V.D. Gooch, and L. Packer, Oscillatory systems in mitochondria. Biochim Biophys1. Acta 346 (1974) 245-60.

93. V.D. Gooch, and L. Packer, Oscillatory states of mitochondria. Studies on theoscillatory mechanism of liver and heart mitochondria. Arch Biochem Biophys 163 (1974) 759-68.

94. B. Chance, and T. Yoshioka, Sustained oscillations of ionic constituents ofmitochondria. Arch Biochem Biophys 117 (1966) 451-65.

95. Б.А. Ташмухамедов, Гагельганс, A.M., Колебательный характер выхода Н+ измитохондрий в ходе накопления стронция. Биофизика 15 (1970)443-446.

96. Э.Л. Холмухамедов, Зинченко, В.П., Евтодиенко, Ю.В., Автоколебания ионныхпотоков и редокс состояния дыхательной цепи митохондрий Биофизика 25 (1980) 124-128.

97. Y.V. Evtodienko, Sustained oscillations of transmembrane Ca2+ fluxes inmitochondria and their possible biological significance. Membr Cell Biol 14 (2000) 1-17.

98. Э.Л. Холмухамедов, Семенова, Г.А., Зинченко, В.П., Евтодиенко, Ю.В.,

99. Кондрашова, М.Н., Обратимые изменения обьема выделенных митохондрий в ходе колебаний ионных потоков между митохондриями и средой инкубации. Цитология 24 (1982) 1024-1027.

100. М. Marhl, D. Noble, and Е. Roux, Modeling of molecular and cellular mechanismsinvolved in Ca2+ signal encoding in airway myocytes. Cell Biochem Biophys 46 (2006) 285-302.

101. E. Carafoli, R.L. Gamble, and A.L. Lehninger, K+-dependent rebounds andoscillations in respiration-linked movements of CA++ and H+ in rat liver mitochondria. Biochem Biophys Res Commun 21 (1965)488-93.

102. E. Carafoli, R.L. Gamble, and A.L. Lehninger, Rebounds and oscillations inrespiration-linked movements of Ca++ and H+ in rat liver mitochondria. J Biol Chem 241 (1966) 2644-52.

103. Y.V. Evtodienko, V.P. Zinchenko, E.L. Holmuhamedov, A.V. Gylkhandanyan, and

104. A.M. Zhabotinsky, The stoichiometry of ion fluxes during Sr2+-induced oscillations in mitochondria. Biochim Biophys Acta 589 (1980) 157-61.

105. A.V. Gylkhandanyan, Y.V. Evtodienko, A.M. Zhabotinsky, and M.N. Kondrashova,

106. Continuous Sr2+-induced oscillations of the ionic fluxes in mitochondria. FEBS Lett 66 (1976)44-7.

107. G.L. Becker, G. Fiskum, and A.L. Lehninger, Regulation of free Ca2+ by livermitochondria and endoplasmic reticulum. J Biol Chem 255 (1980) 9009-12.

108. R.A. Haworth, and D.R. Hunter, The Ca2+-induced membrane transition inmitochondria. II. Nature of the Ca2+ trigger site. Arch Biochem Biophys 1951979) 460-7.

109. R.A. Haworth, and D.R. Hunter, Control of the mitochondrial permeability transitionpore by high-affinity ADP binding at the ADP/ATP translocase in permeabilized mitochondria. J Bioenerg Biomembr 32 (2000) 91-6.

110. D.R. Hunter, and R.A. Haworth, The Ca2+-induced membrane transition inmitochondria. I. The protective mechanisms. Arch Biochem Biophys 195 (1979) 453-9.

111. D.R. Hunter, and R.A. Haworth, The Ca2+-induced membrane transition inmitochondria. III. Transitional Ca2+ release. Arch Biochem Biophys 195 (1979) 468-77.

112. D.R. Hunter, H. Komai, R.A. Haworth, M.D. Jackson, and H.A. Berkoff, Comparisonof Ca2+, Sr2+, and Mn2+ fluxes in mitochondria of the perfused rat heart. Circ Res 47 (1980) 721-7.

113. M. Crompton, The mitochondrial permeability transition pore and its role in celldeath. Biochem J 341 ( Pt 2) (1999) 233-49.

114. M. Crompton, S. Virji, V. Doyle, N. Johnson, and J.M. Ward, The mitochondrialpermeability transition pore. Biochem Soc Symp 66 (1999) 167-79.

115. D.G. Nicholls, and M. Crompton, Mitochondrial calcium transport. FEBS Lett 1111980) 261-8.

116. H.L. Roderick, and S.J. Cook, Ca2+ signalling checkpoints in cancer: remodelling

117. Ca2+ for cancer cell proliferation and survival. Nat Rev Cancer 8 (2008) 361-75.

118. R. Rizzuto, and T. Pozzan, Microdomains of intracellular Ca2+: moleculardeterminants and functional consequences. Physiol Rev 86 (2006) 369-408.

119. G. Szabadkai, and M.R. Duchen, Mitochondria: the hub of cellular Ca2+ signaling.

120. Physiology (Bethesda) 23 (2008) 84-94.

121. A.V. Gordeeva, R.A. Zvyagilskaya, and Y.A. Labas, Cross-talk between reactiveoxygen species and calcium in living cells. Biochemistry (Mosc) 68 (2003) 107780.

122. A. Fabiato, Two kinds of calcium-induced release of calcium from the sarcoplasmicreticulum of skinned cardiac cells. Adv Exp Med Biol 311 (1992) 245-62.

123. T. Pozzan, R. Rizzuto, P. Volpe, and J. Meldolesi, Molecular and cellular physiology of intracellular calcium stores. Physiol Rev 74 (1994) 595-636.

124. R. Rizzuto, M. Brini, M. Murgia, and T. Pozzan, Microdomains with high Ca2+ close to IP3-sensitive channels that are sensed by neighboring mitochondria. Science 262(1993) 744-7.

125. F. Ichas, L.S. Jouaville, S.S. Sidash, J.P. Mazat, and E.L. Holmuhamedov, Mitochondrial calcium spiking: a transduction mechanism based on calcium-induced permeability transition involved in cell calcium signalling. FEBS Lett 348 (1994)211-5.

126. F. Ichas, L.S. Jouaville, S.S. Sidash, J.P. Mazat, and E.L. Holmuhamedov, Mitochondrial calcium spiking: The physiological face of permeability transition? . Modern Trends in Bio-Thermo Kinetics 3 (1994) 159-162.

127. L.S. Jouaville, F. Ichas, E.L. Holmuhamedov, P. Camacho, and J.D. Lechleiter, Synchronization of calcium waves by mitochondrial substrates in Xenopus laevis oocytes. Nature 377 (1995) 438-41.

128. R. Rizzuto, A.W. Simpson, M. Brini, and T. Pozzan, Rapid changes of mitochondrial Ca2+ revealed by specifically targeted recombinant aequorin. Nature 358 (1992) 325-7.

129. V.P. Skulachev, Membrane-linked systems preventing superoxide formation. Biosci.Rep. 17 (1997) 347-366.

130. J.B. Chappell, and A.R. Crofts, Calcium Ion Accumulation and Volume Changes of1.olated Liver Mitochondria. Calcium Ion-Induced Swelling. Biochem J 95 (1965) 378-86.

131. A.L. Lehninger, E. Carafoli, and C.S. Rossi, Energy-linked ion movements in mitochondrial systems. Adv Enzymol Relat Areas Mol Biol 29 (1967) 259-320.

132. E. Carafoli, C.S. Rossi, and A.L. Lehninger, Cation and Anion Balance During Active Accumulation of Ca++ and Mg++ by Isolated Mitochondria. J Biol Chem 239 (1964) 3055-61.

133. Н.Д. Озернюк, Регуляция митохондриального деления. Усп. Совр. Виол. 86 (1978) 227-239.

134. М. Steinert, The ultrastructure of mitochondria. Proc R Soc Lond В Biol Sci 1731969) 63-70.

135. A.P. Halestrap, The regulation of the matrix volume of mammalian mitochondria invivo and in vitro and its role in the control of mitochondrial metabolism. Biochim Biophys Acta 973 (1989) 355-82.

136. A.P. Halestrap, Regulation of mitochondrial metabolism through changes in matrixvolume. Biochem Soc Trans 22 (1994) 522-9.

137. F. Palmieri, F. Bisaccia, L. Capobianco, V. Dolce, G. Fiermonte, V. lacobazzi, C.1.diveri, and L. Palmieri, Mitochondrial metabolite transporters. Biochim Biophys Acta 1275(1996) 127-32.

138. F. Palmieri, G. Prezioso, and E. Quagliariello, Mechanism of action of antibiotics,ion transporters, on the distribution of respiratory substrates between the intra-and extra-mitochondrial compartment. Boll Soc Ital Biol Sper 46 (1970) 121-5.

139. J.D. McGivan, and J.B. Chappell, The transport of metabolites across the mitochondrial membranes. Biochem J 127 (1972) 54P-56P.

140. M.H. Кондрашова, Структурно-кинетическая организация цикла трикарбоновых кислот в активно функционирующих митохондриях. Биофизика 34 (1989) 450-458.

141. V.P. Skulachev, Membrane electricity as a convertible energy currency for the cell.

142. Can J Biochem 58 (1980) 161-75.

143. E.A. Либерман, A.M. Арзуманян, M.A. Владимирова, and Л.М. Цофина, Разность потенциалов на субклеточных мембранах. 1. Химиосмотический и химиоэлектрический механизмы генерации. Биофизика 21 (1976)469-75.

144. A.D. Beavis, and M.F. Powers, On the regulation of the mitochondrial inner membrane anion channel by magnesium and protons. J Biol Chem 264 (1989) 17148-55.

145. A.D. Beavis, and A.E. Vercesi, Anion uniport in plant mitochondria is mediated bya Mg(2+)-insensitive inner membrane anion channel. J Biol Chem 267 (1992) 3079-87.

146. K.D. Garlid, and A.D. Beavis, Evidence for the existence of an inner membrane anion channel in mitochondria. Biochim Biophys Acta 853 (1986) 187-204.

147. K. Terashima, A. Takeuchi, N. Sarai, S. Matsuoka, E.B. Shim, C.H. Leem, and A.

148. Noma, Modelling CI- homeostasis and volume regulation of the cardiac cell. Philos Transact A Math Phys Eng Sci 364 (2006) 1245-65.

149. A.P. Halestrap, Р.Т. Quinlan, D.E. Whipps, and A.E. Armston, Regulation of themitochondrial matrix volume in vivo and in vitro. The role of calcium. Biochem J 236(1986) 779-87.

150. A. Kaasik, D. Safiulina, A. Zharkovsky, and V. Veksler, Regulation of mitochondrial matrix volume. Am J Physiol Cell Physiol 292 (2007) C157-63.

151. L. Aguilar-Bryan, J.P.t. Clement, G. Gonzalez, K. Kunjilwar, A. Babenko, and J.

152. Bryan, Toward understanding the assembly and structure of KATP channels. Physiol Rev 78 (1998) 227-45.

153. L. Aguilar-Bryan, J.P.t. Clement, and D.A. Nelson, Sulfonylurea receptors and ATP-sensitive potassium ion channels. Methods Enzymol 292 (1998) 732-44.

154. S. Misler, and G. Giebisch, ATP-sensitive potassium channels in physiology, pathophysiology, and pharmacology. Curr Opin Nephrol Hypertens 1 (1992) 2133.

155. M. Schwanstecher, C. Schwanstecher, F. Chudziak, U. Panten, J.P.t. Clement, G.

156. Gonzalez, L. Aguilar-Bryan, and J. Bryan, ATP-sensitive potassium channels. Methods Enzymol 294 (1999) 445-58.

157. J.A. Auchampach, G.J. Grover, and G.J. Gross, Blockade of ischaemic preconditioning in dogs by the novel ATP dependent potassium channel antagonist sodium 5-hydroxydecanoate. Cardiovasc Res 26 (1992) 1054-62.

158. A. Jahangir, A. Terzic, and Y. Kurachi, Intracellular acidification and ADP enhancenicorandil induction of ATP sensitive potassium channel current in cardiomyocytes. Cardiovasc Res 28 (1994) 831-5.

159. A. Terzic, A. Jahangir, and Y. Kurachi, Cardiac ATP-sensitive K+ channels: regulation by intracellular nucleotides and K+ channel-opening drugs. Am J Physiol 269 (1995) C525-45.

160. A. Terzic, A. Jahangir, and Y. Kurachi, HOE-234, a second generation K+ channelopener, antagonizes the ATP-dependent gating of cardiac ATP-sensitive K+ channels. J Pharmacol Exp Ther 268 (1994) 818-25.

161. M. Yamada, A. Terzic, I. Findlay, A. Jahangir, W.K. Shen, and Y. Kurachi, YM934,a novel K+ channel opener, activates ATP-sensitive K+ channels in cardiac myocytes. J Pharmacol Exp Ther 267 (1993) 1544-9.

162. E.R. Gross, A.K. Hsu, and G.J. Gross, Delayed cardioprotection afforded by the glycogen synthase kinase 3 inhibitor SB-216763 occurs via a KATP- and MPTP-dependent mechanism at reperfusion. Am J Physiol Heart Circ Physiol 294 (2008) H1497-500.

163. G.J. Gross, and J.A. Auchampach, Role of ATP dependent potassium channels inmyocardial ischaemia. Cardiovasc Res 26 (1992) 1011-6.

164. G.J. Gross, and J.A. Auchampach, Blockade of ATP-sensitive potassium channelsprevents myocardial preconditioning in dogs. Circ Res 70 (1992) 223-33.

165. G.J. Grover, Pharmacology of ATP-sensitive potassium channel (KATP) openersin models of myocardial ischemia and reperfusion. Can J Physiol Pharmacol 75 (1997) 309-15.

166. A.E. Alekseev, P.A. Brady, and A. Terzic, Ligand-insensitive state of cardiac ATPsensitive K+ channels. Basis for channel opening. J Gen Physiol 111 (1998) 38194.

167. A.E. Alekseev, L.A. Gomez, L.A. Aleksandrova, P.A. Brady, and A. Terzic, Opening of cardiac sarcolemmal KATP channels by dinitrophenol separate from metabolic inhibition. J Membr Biol 157 (1997) 203-14.

168. P.A. Brady, A.E. Alekseev, and A. Terzic, Operative condition-dependent response of cardiac ATP-sensitive K+ channels toward sulfonylureas. Circ Res 82 (1998) 272-8.

169. P.A. Brady, S. Zhang, J.R. Lopez, A. Jovanovic, A.E. Alekseev, and A. Terzic, Dual effect of glyburide, an antagonist of KATP channels, on metabolic inhibition-induced Ca2+ loading in cardiomyocytes. Eur J Pharmacol 308 (1996) 343-9.

170. L.V. Zingman, A.E. Alekseev, D.M. Hodgson-Zingman, and A. Terzic, ATP-sensitive potassium channels: metabolic sensing and cardioprotection. J Appl Physiol 103 (2007) 1888-93.

171. J.A. Auchampach, and G.J. Gross, Reduction in myocardial infarct size by thenew potassium channel opener bimakalim. J Cardiovasc Pharmacol 23 (1994) 554-61.

172. J.A. Auchampach, M. Maruyama, I. Cavero, and G.J. Gross, Pharmacological evidence for a role of ATP-dependent potassium channels in myocardial stunning. Circulation 86 (1992) 311-9.

173. G.J. Grover, A.J. D'Alonzo, K.D. Garlid, R. Bajgar, N.J. Lodge, P.G. Sleph, R.B.

174. G.J. Grover, A.J. D'Alonzo, T. Hess, P.G. Sleph, and R.B. Darbenzio, Glyburidereversible cardioprotective effect of BMS-180448 is independent of action potential shortening. Cardiovasc Res 30 (1995) 731-8.

175. G.J. Grover, A.J. D'Alonzo, C.S. Parham, and R.B. Darbenzio, Cardioprotection with the KATP opener cromakalim is not correlated with ischemic myocardial action potential duration. J Cardiovasc Pharmacol 26 (1995) 145-52.

176. K.D. Garlid, P. Paucek, V. Yarov-Yarovoy, X. Sun, and P.A. Schindler, The mitochondrial KATP channel as a receptor for potassium channel openers. J Biol Chem 271 (1996) 8796-9.

177. P. Paucek, G. Mironova, F. Mahdi, A.D. Beavis, G. Woldegiorgis, and K.D. Garlid,

178. Reconstitution and partial purification of the glibenclamide-sensitive, ATP-dependent K+ channel from rat liver and beef heart mitochondria. J Biol Chem 267(1992) 26062-9.

179. I. Inoue, H. Nagase, K. Kishi, and T. Higuti, ATP-sensitive K+ channel in the mitochondrial inner membrane. Nature 352 (1991) 244-7.

180. G.D. Mironova, E.V. Kachaeeva, I.B. Krylova, O.M. Rodionova, M.I. Balina, N.R.

181. Evdokimova, and N.S. Sapronov, Mitochondrial ATP-dependent potassiumchannel. 2. The role of the channel in protection of the heart against ischemia. Vestn Ross Akad Med Nauk (2007) 44-50.

182. E.A. Belyaeva, A. Szewczyk, B. Mikolajek, M.J. Nalecz, and L. Wojtczak, Demonstration of glibenclamide-sensitive K+ fluxes in rat liver mitochondria. Biochem Mol Biol Int 31 (1993)493-500.

183. R. Ferrari, P. Pedersini, M. Bongrazio, G. Gaia, P. Bernocchi, F. Di Lisa, and O. Visioli, Mitochondrial energy production and cation control in myocardial ischaemia and reperfusion. Basic Res Cardiol 88 (1993) 495-512.

184. T. Grimmsmann, and I. Rustenbeck, Direct effects of diazoxide on mitochondria inpancreatic B-cells and on isolated liver mitochondria. Br J Pharmacol 123 (1998) 781-8.

185. H. Ни, T. Sato, J. Seharaseyon, Y. Liu, D.C. Johns, B. O'Rourke, and E. Marban,

186. Pharmacological and histochemical distinctions between molecularly defined sarcolemmal KATP channels and native cardiac mitochondrial KATP channels. Mol Pharmacol 55 (1999) 1000-5.

187. Y. Liu, T. Sato, B. O'Rourke, and E. Marban, Mitochondrial ATP-dependent potassium channels: novel effectors of cardioprotection? Circulation 97 (1998) 2463-9.

188. Y. Liu, T. Sato, J. Seharaseyon, A. Szewczyk, B. O'Rourke, and E. Marban, Mitochondrial ATP-dependent potassium channels. Viable candidate effectors of ischemic preconditioning. Ann N Y Acad Sci 874 (1999) 27-37.

189. C. Ozcan, M. Bienengraeber, P.P. Dzeja, and A. Terzic, Potassium channel openers protect cardiac mitochondria by attenuating oxidant stress at reoxygenation. Am J Physiol Heart Circ Physiol 282 (2002) H531-9.

190. C. Ozcan, E.L. Holmuhamedov, A. Jahangir, and A. Terzic, Diazoxide protects mitochondria from anoxic injury: implications for myopreservation. J Thorac Cardiovasc Surg 121 (2001)298-306.

191. A.J. Kowaltowski, S. Seetharaman, P. Paucek, and K.D. Garlid, Bioenergetic consequences of opening the ATP-sensitive K(+) channel of heart mitochondria. Am J Physiol Heart Circ Physiol 280 (2001) H649-57.

192. M. Das, J.E. Parker, and A.P. Halestrap, Matrix volume measurements challengethe existence of diazoxide/glibencamide-sensitive KATP channels in rat mitochondria. J Physiol 547 (2003) 893-902.

193. P. Bednarczyk, G.D. Barker, and A.P. Halestrap, Determination of the rate of K(+)movement through potassium channels in isolated rat heart and liver mitochondria. Biochim Biophys Acta 1777 (2008) 540-8.

194. A. Varadi, A. Grant, M. McCormack, T. Nicolson, M. Magistri, K.J. Mitchell, A.P.

195. Halestrap, H. Yuan, B. Schwappach, and G.A. Rutter, Intracellular ATP-sensitive K+ channels in mouse pancreatic beta cells: against a role in organelle cation homeostasis. Diabetologia 49 (2006) 1567-77.

196. J. Minners, L. Lacerda, D.M. Yellon, L.H. Opie, C.J. McLeod, and M.N. Sack, Diazoxide-induced respiratory inhibition a putative mitochondrial K(ATP) channel independent mechanism of pharmacological preconditioning. Mol Cell Biochem 294 (2007) 11-8.

197. E.L. Holmuhamedov, A. Jahangir, A. Oberlin, A. Komarov, M. Colombini, and A. Terzic, Potassium channel openers are uncoupling protonophores: implication in cardioprotection. FEBS Lett 568 (2004) 167-70.

198. E.L. Holmuhamedov, S. Jovanovic, P.P. Dzeja, A. Jovanovic, and A. Terzic, Mitochondrial ATP-sensitive K+ channels modulate cardiac mitochondrial function. Am J Physiol 275 (1998) H1567-76.

199. E.L. Holmuhamedov, L. Wang, and A. Terzic, ATP-sensitive K+ channel openersprevent Ca2+ overload in rat cardiac mitochondria. J Physiol 519 Pt 2 (1999) 347-60.

200. G.F. Azzone, and S. Massari, Active transport and binding in mitochondria. Biochim Biophys Acta 301 (1973) 195-226.

201. H. Tedeschi, Old and new data, new issues: the mitochondrial DeltaPsi. Biochim

202. Biophys Acta 1709 (2005) 195-202.

203. C.S. Rossi, E. Carafoli, and A.L. Lehninger, Active ion transport by mitochondria.

204. Protoplasma 63 (1967) 90-4.

205. D. Mokranjac, and W. Neupert, Protein import into isolated mitochondria. Methods

206. Mol Biol 372 (2007) 277-86.

207. D. Mokranjac, and W. Neupert, Thirty years of protein translocation into mitochondria: Unexpectedly complex and still puzzling. Biochim Biophys Acta (2008).

208. J. Satrustegui, B. Pardo, and A. Del Arco, Mitochondrial transporters as novel targets for intracellular calcium signaling. Physiol Rev 87 (2007) 29-67.

209. S. Cavero, A. Vozza, A. del Arco, L. Palmieri, A. Villa, E. Blanco, M.J. Runswick,

210. J.E. Walker, S. Cerdan, F. Palmieri, and J. Satrustegui, Identification and metabolic role of the mitochondrial aspartate-glutamate transporter in Saccharomyces cerevisiae. Mol Microbiol 50 (2003) 1257-69.

211. V. Dolce, G. Fiermonte, M.J. Runswick, F. Palmieri, and J.E. Walker, The humanmitochondrial deoxynucleotide carrier and its role in the toxicity of nucleoside antivirals. Proc Natl Acad Sci U S A 98 (2001) 2284-8.

212. G. Fiermonte, V. Dolce, L. Palmieri, M. Ventura, M.J. Runswick, F. Palmieri, and

213. J.E. Walker, Identification of the human mitochondrial oxodicarboxylate carrier. Bacterial expression, reconstitution, functional characterization, tissue distribution, and chromosomal location. J Biol Chem 276 (2001) 8225-30.

214. L. Palmieri, M.J. Runswick, G. Fiermonte, J.E. Walker, and F. Palmieri, Yeast mitochondrial carriers: bacterial expression, biochemical identification and metabolic significance. J Bioenerg Biomembr 32 (2000) 67-77.

215. В.Ю. Поляков, Сухомлинова, М.Ю., Фаис, Д., Слияние, фрагментация и деление митохондрий. Биохимия 68 (2003) 838-849.

216. М. Colombini, Regulation of the mitochondrial outer membrane channel, VDAC. J

217. Bioenerg Biomembr 19 (1987) 309-20.

218. M. Colombini, VDAC: the channel at the interface between mitochondria and thecytosol. Mol Cell Biochem 256-257 (2004) 107-15.

219. M. Colombini, Measurement of VDAC permeability in intact mitochondria and inreconstituted systems. Methods Cell Biol 80 (2007) 241-60.

220. M. Colombini, E. Blachly-Dyson, and M. Forte, VDAC, a channel in the outer mitochondrial membrane. Ion Channels 4 (1996) 169-202.

221. V. Shoshan-Barmatz, and D. Gincel, The voltage-dependent anion channel: characterization, modulation, and role in mitochondrial function in cell life and death. Cell Biochem Biophys 39 (2003) 279-92.

222. V. Shoshan-Barmatz, A. Israelson, D. Brdiczka, and S.S. Sheu, The voltage-dependent anion channel (VDAC): function in intracellular signalling, cell life and cell death. Curr Pharm Des 12 (2006) 2249-70.

223. M. Forte, and P. Bernardi, Genetic dissection of the permeability transition pore. J

224. Bioenerg.Biomembr. 37 (2005) 121-128.

225. R. Benz, Porin from bacterial and mitochondrial outer membranes. CRC Crit Rev1. Biochem 19(1985) 145-90.

226. R. Benz, Biophysical properties of porin pores from mitochondrial outer membraneof eukaryotic cells. Experientia 46 (1990) 131-7.

227. R. Benz, Permeation of hydrophiiic solutes through mitochondrial outer membranes: review on mitochondrial porins. Biochim Biophys Acta 1197 (1994) 167-96.

228. R. Benz, A. Schmid, and M. Dihanich, Pores from mitochondrial outer membranesof yeast and a porin-deficient yeast mutant: a comparison. J Bioenerg Biomembr 21 (1989)439-50.

229. M. Colombini, Purification of VDAC (voltage-dependent anion-selective channel) from rat liver mitochondria. J Membr Biol 74 (1983) 115-21.

230. S.J. Schein, M. Colombini, and A. Finkelstein, Reconstitution in planar lipid bilayers of a voltage-dependent anion-selective channel obtained from Paramecium mitochondria. J Membr Biol 30 (1976) 99-120.

231. M.G. Vander Heiden, N.S. Chandel, X.X. Li, P.T. Schumacker, M. Colombini, and

232. C.B. Thompson, Outer mitochondrial membrane permeability can regulate coupled respiration and cell survival. Proc Natl Acad Sci U S A 97 (2000) 466671.

233. J.J. Lemasters, and E. Holmuhamedov, Voltage-dependent anion channel (VDAC)as mitochondrial governator-thinking outside the box. Biochim Biophys Acta 1762 (2006) 181-90.

234. H. Schwertz, J.M. Carter, M. Abdudureheman, M. Russ, U. Buerke, A. Schlitt, U.

235. Muller-Werdan, R. Prondzinsky, K. Werdan, and M. Buerke, Myocardial ischemia/reperfusion causes VDAC phosphorylation which is reduced by cardioprotection with a p38 MAP kinase inhibitor. Proteomics 7 (2007) 4579-88.

236. E.L. Holmuhamedov, and J.J. Lemasters, Ethanol exposure decreases mitochondrial outer membrane permeability in cultured rat hepatocytes. Arch Biochem Biophys (2008) accepted for publication.

237. S.M. Morris, Jr., Regulation of enzymes of the urea cycle and arginine metabolism. Annu Rev Nutr. 22 (2002) 87-105.

238. G. Kikuchi, and K. Hiraga, The mitochondrial glycine cleavage system. Unique features of the glycine decarboxylation. Mol Cell Biochem 45 (1982) 137-49.

239. G. Kikuchi, Y. Motokawa, T. Yoshida, and K. Hiraga, Glycine cleavage system: reaction mechanism, physiological significance, and hyperglycinemia. Proc Jpn Acad Ser В Phys Biol Sci 84 (2008) 246-63.

240. S.M. Bailey, E.C. Pietsch, and C.C. Cunningham, Ethanol stimulates the production of reactive oxygen species at mitochondrial complexes I and III. Free Radic Biol Med 27 (1999) 891-900.

241. T. Yuki, and R.G. Thurman, Mechanism of the swift increase in alcohol metabolism ("SIAM") in the rat. Adv Exp Med Biol 132 (1980) 689-95.

242. R.G. Thurman, B.U. Bradford, and E. Glassman, The swift increase in alcohol metabolism (SIAM) in four inbred strains of mice. Pharmacol Biochem Behav 18 Suppl 1 (1983) 171-5.

243. R.G. Thurman, I. Cheren, D. Forman, J.A. Ewing, and E. Glassman, Swift increase in alcohol metabolism in humans. Alcohol Clin Exp Res 13 (1989) 5726.

244. S.M. Bailey, G. Robinson, A. Pinner, L. Chamlee, E. Ulasova, M. Pompilius, G.P.

245. Page, D. Chhieng, N. Jhala, A. Landar, K.K. Kharbanda, S. Ballinger, and V. Darley-Usmar, S-adenosylmethionine prevents chronic alcohol-induced mitochondrial dysfunction in the rat liver. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 291 (2006) G857-67.

246. E.L. Holmuhamedov, С. Ozcan, A. Jahangir, and A. Terzic, Restoration of Ca2+inhibited oxidative phosphorylation in cardiac mitochondria by mitochondrial Ca2+ unloading. Mol Cell Biochem 220 (2001) 135-40.

247. Ю.В. Евтодиенко, Теплова, В.В., Сидаш, С.С., Войтчак, П., Перераспределение Са2+ ионов в клетках асцитной карциномы Эрлиха под действием дезоксиглюкозы и ингибиторов внутриклеточных Са2+-транспортирующих систем. Биохимия 60 (1995) 1336-1343.

248. Ю.В. Евтодиенко, Теплова, В.В., Биологическиая роль и мехнизмы реализации эффекта Кребтри в быстро пролиферируюьих клетках. Рольионов Са2+. Биохимия 61 (1996) 1995-2004.

249. E.L. Holmuhamedov, J.A. Bacon, and R.G. Ulrich, Nucleotides-induced cytosoliccalcium transient and plasma membrane permeability in Chang human liver cells. Biochem Mol Biol Int 35 (1995) 595-604.

250. E.L. Holmuhamedov, V.V. Teplova, E.A. Chukhlova, Y.V. Evtodienko, and R.G. Ulrich, Strontium excitability of the inner mitochondrial membrane: regenerative strontium-induced strontium release. Biochem Mol Biol Int 36 (1995) 39-49.

251. B.C. Pressman, E.J. Harris, W.S. Jagger, and J.H. Johnson, Antibiotic-mediated transport of alkali ions across lipid barriers. Proc Natl Acad Sci U S A 58 (1967) 1949-56.

252. M. Skrzypiec-Spring, B. Grotthus, A. Szelag, and R. Schulz, Isolated heart perfusion according to Langendorff—still viable in the new millennium. J Pharmacol Toxicol Methods 55 (2007) 113-26.

253. P.P. Dzeja, P. Bast, C. Ozcan, A. Valverde, E.L. Holmuhamedov, D.G. Van Wylen, and A. Terzic, Targeting nucleotide-requiring enzymes: implications for diazoxide-induced cardioprotection. Am J Physiol Heart Circ Physiol 284 (2003) H1048-56.

254. P.P. Dzeja, R. Bortolon, C. Perez-Terzic, E.L. Holmuhamedov, and A. Terzic, Energetic communication between mitochondria and nucleus directed by catalyzed phosphotransfer. Proc Natl Acad Sci U S A 99 (2002) 10156-61.

255. A.L. Nieminen, T.G. Petrie, J.J. Lemasters, and W.R. Selman, Cyclosporin A delays mitochondrial depolarization induced by N-methyl-D-aspartate in cortical neurons: evidence of the mitochondrial permeability transition. Neuroscience 75 (1996) 993-7.

256. B.S. Walev I, Hofmann F, Djonder N, Valeva A, Aktories K, Bhakdi S. , Delivery ofproteins into living cells by reversible membrane permeabilization with streptolysin-O. Proc Natl Acad Sci U S A 98 (2001).

257. S. Bhakdi, Weller, U., Walev, .I, Martin, E., Jonas, D., Palmer, M., A guide to theuse of pore-forming toxins for controlled permeabilization of cell membranes. . Med Microbiol Immunol 182 (1993).

258. A. Tikunov, C.B. Johnson, P. Pediaditakis, J.M. Macdonald, J.J. Lemasters, and

259. E.L. Holmuhamedov, Closure of VDAC impedes the transport of superoxide anions across the outer mitochondrial membrane, causes oxidative stress and accelerates Ca2+-induced MPT. Arch Biochem Biophys submitted (2008).

260. A.V. Pokhilko, F.I. Ataullakhanov, and E.L. Holmuhamedov, Mathematical modelof mitochondrial ionic homeostasis: three modes of Ca2+ transport. J Theor Biol 243 (2006) 152-69.

261. V.A. Selivanov, F. Ichas, E.L. Holmuhamedov, L.S. Jouaville, Y.V. Evtodienko, and J.P. Mazat, A model of mitochondrial Ca(2+)-induced Ca2+ release simulating the Ca2+ oscillations and spikes generated by mitochondria. Biophys Chem 72 (1998)111-21.

262. S.G. McLaughlin, and J.P. Dilger, Transport of protons across membranes by weak acids. Physiol Rev 60 (1980) 825-63.

263. L. Missiaen, C.W. Taylor, and M.J. Berridge, Spontaneous calcium release frominositol trisphosphate-sensitive calcium stores. Nature 352 (1991) 241-4.

264. L. Missiaen, C.W. Taylor, and M.J. Berridge, Luminal Ca2+ promoting spontaneous Ca2+ release from inositol trisphosphate-sensitive stores in rat hepatocytes. J Physiol 455 (1992) 623-40.

265. W. Liang, Teaching calcium-induced calcium release in cardiomyocytes using aclassic paper by Fabiato. Adv Physiol Educ 32 (2008) 1-10.

266. A. Fabiato, Calcium-induced release of calcium from the cardiac sarcoplasmic reticulum. Am J Physiol 245 (1983) C1-14.

267. A.N. Zaikin, and A.M. Zhabotinsky, Concentration wave propagation in two-dimensional liquid-phase self-oscillating system. Nature 225 (1970) 535-537.

268. A.M. Zhabotinsky, and A.N. Zaikin, Autowave processes in a distributed chemicalsystem. J Theor Biol 40 (1973) 45-61.

269. A.H. Заикин, and Ю.М. Кокоз, Нестабильность и распространение волн возбуждения в модели каталитической реакции. Биофизика 22 (1977) 113116.

270. А.Н. Заикин, and Т.Я. Морозова, Распространение импульса в активной одномерной среде с триггерными неоднородностями. Биофизика Биофизика 24 (1979) 124-128.

271. Э.Л. Холмухамедов, Зг2+-индуцированные колебания и пространственно-временная организация изолированных митохондрий. Сборник трудов Института Биологической Физики АН СССР (1983).

272. E.L. Holmuhamedov, Oscillating dissipative structures in mitochondrial suspensions. Eur J Biochem 158 (1986) 543-6.

273. E.L. Holmuhamedov, and V. Evtodienko Yu, Spatial structures in mitochondrial suspension induced by cation efflux. FEBS Lett 195 (1986) 339-43.

274. R.E. Bucheimer, and J. Linden, Purinergic regulation of epithelial transport. J Physiol 555 (2004)311-21.

275. J. Lechleiter, S. Girard, E. Peralta, and D. Clapham, Spiral calcium wave propagation and annihilation in Xenopus laevis oocytes. Science 252 (1991) 1236.

276. J.D. Lechleiter, and D.E. Clapham, Molecular mechanisms of intracellular calciumexcitability in X. laevis oocytes. Cell 69 (1992) 283-94.

277. J.D. Lechleiter, and D.E. Clapham, Spiral waves and intracellular calcium signalling. J Physiol Paris 86 (1992) 123-8.

278. V. Petronilli, D. Pietrobon, M. Zoratti, and G.F. Azzone, Free energy coupling between H+-generating and H+-consuming pumps. Ratio between output and input forces. Eur J Biochem 155 (1986) 423-31.

279. E.L. Holmuhamedov, G.L. Kholmukhamedova, and T.B. Baimuradov, Non-cholinergic toxicity of organophosphates in mammals. Interaction of ethaphos with mitochondrial functions. J Appl Toxicol 16 (1996) 475-481.

280. В. Chance, and G.R. Williams, The respiratory chain and oxidative phosphorylation. Adv Enzymol Relat Subj Biochem 17 (1956) 65-134.

281. G.J. Gross, J.A. Auchampach, M. Maruyama, D.C. Warltier, and G.M. Pieper, Cardioprotective effects of nicorandil. J Cardiovasc Pharmacol 20 Suppl 3 (1992) S22-8.

282. M. Jaburek, V. Yarov-Yarovoy, P. Paucek, and K.D. Garlid, State-dependent inhibition of the mitochondrial KATP channel by glyburide and 5-hydroxydecanoate. J Biol Chem 273 (1998) 13578-82.

283. V. Yarov-Yarovoy, P. Paucek, M. Jaburek, and K.D. Garlid, The nucleotide regulatory sites on the mitochondrial KATP channel face the cytosol. Biochim Biophys Acta 1321 (1997) 128-36.

284. J.J. Lemasters, and V.K. Ramshesh, Imaging of mitochondrial polarization and depolarization with cationic fluorophores. Methods Cell Biol 80 (2007) 283-95.

285. B. Ehrenberg, V. Montana, M.D. Wei, J.P. Wuskell, and L.M. Loew, Membrane potential can be determined in individual cells from the nernstian distribution of cationic dyes. Biophys J 53 (1988) 785-94.

286. G. Schafer, C. Wegener, R. Portenhauser, and D. Bojanovski, Diazoxide, an inhibitor of succinate oxidation. Biochem Pharmacol 18 (1969) 2678-81.

287. D.O. Levitskii, and V.P. Skulachev, Effects of penetrating synthetic ions on the respiration of mitochondria and submitochondrial particles. Mol Biol 6 (1972) 26772.

288. V.P. Skulachev, Solution of the problem of energy coupling in terms of chemiosmotic theory. J Bioenerg 3 (1972) 25-38.

289. P.P. Dzeja, P. Bast, D. Pucar, B. Wieringa, and A. Terzic, Defective metabolic signaling in adenylate kinase AK1 gene knock-out hearts compromises postishemic coronary reflow. J Biol Chem 282 (2007) 31366-72.

290. B.U. Bradford, H. Kono, F. Isayama, O. Kosyk, M.D. Wheeler, Т.Е. Akiyama, L.

291. Bleye, K.W. Krausz, F.J. Gonzalez, D.R. Koop, and I. Rusyn, Cytochrome P450 CYP2E1, but not nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase, is required for ethanol-induced oxidative DNA damage in rodent liver. Hepatology 41 (2005) 336-44.

292. Y. Dai, J. Rashba-Step, and A.I. Cederbaum, Stable expression of human cytochrome P4502E1 in HepG2 cells: characterization of catalytic activities and production of reactive oxygen intermediates. Biochemistry 32 (1993) 6928-37.

293. F.J. Gonzalez, Role of cytochromes P450 in chemical toxicity and oxidative stress:studies with CYP2E1. Mutat Res 569 (2005) 101-10.

294. S. Stewart, D. Jones, and C.P. Day, Alcoholic liver disease: new insights into mechanisms and preventative strategies. Trends Mol Med 7 (2001)408-13.

295. T.L. Freeman, D.J. Tuma, G.M. Thiele, L.W. Klassen, S. Worrall, O. Niemela, S.

296. Parkkila, P.W. Emery, and V.R. Preedy, Recent advances in alcohol-induced adduct formation. Alcohol Clin Exp Res 29 (2005) 1310-6.

297. G.M. Thiele, L.W. Klassen, and D.J. Tuma, Formation and immunological properties of aldehyde-derived protein adducts following alcohol consumption. Methods Mol Biol 447 (2008) 235-57.

298. Y. Kurokawa, H. Takenaka, M. Sumida, К. Oka, M. Hamada, and S.A. Kuby, Multiforms of mammalian adenylate kinase and its monoclonal antibody against AK1. Enzyme 43 (1990) 57-71.

299. J.J. Lemasters, D.R. Trollinger, T. Qian, W.E. Cascio, and H. Ohata, Confocal imaging of Ca2+, pH, electrical potential, and membrane permeability in single living cells. Methods Enzymol 302 (1999) 341-58.

300. D.R. Trollinger, W.E. Cascio, and J.J. Lemasters, Selective loading of Rhod 2 intomitochondria shows mitochondrial Ca2+ transients during the contractile cycle in adult rabbit cardiac myocytes. Biochem Biophys Res Commun 236 (1997) 73842.

301. D.R. Trollinger, W.E. Cascio, and J.J. Lemasters, Mitochondrial calcium transientsin adult rabbit cardiac myocytes: inhibition by ruthenium red and artifacts caused by lysosomal loading of Ca(2+)-indicating fluorophores. Biophys J 79 (2000) 3950.

302. M. Colombini, C.L. Yeung, J. Tung, and T. Konig, The mitochondrial outer membrane channel, VDAC, is regulated by a synthetic polyanion. Biochim Biophys Acta 905 (1987) 279-86.

303. P.P. Cohen, The ornithine-urea cycle: biosynthesis and regulation of carbamyl phosphate synthetase I and ornithine transcarbamylase. Curr Top Cell Regul 18 (1981) 1-19.

304. V. Rubio, Structure-function studies in carbamoyl phosphate synthetases. Biochem Soc Trans 21 (1993) 198-202.

305. Y. Wakabayashi, Tissue-selective expression of enzymes of arginine synthesis.

306. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 1 (1998) 335-9.

307. J.T. Brosnan, M.E. Brosnan, R. Charron, and I. Nissim, A mass isotopomer studyof urea and glutamine synthesis from 15N-labeled ammonia in the perfused rat liver. J Biol Chem 271 (1996) 16199-207.

308. R.K. Porter, Mammalian mitochondrial inner membrane cationic and neutral aminoacid carriers. Biochim Biophys Acta 1459 (2000) 356-62.

309. L. Palmieri, F.M. Lasorsa, A. Vozza, G. Agrimi, G. Fiermonte, M.J. Runswick, J.E.

310. Walker, and F. Palmieri, Identification and functions of new transporters in yeast mitochondria. Biochim Biophys Acta 1459 (2000) 363-9.

311. C. Czerny, C.C. Beeson, T.G. Baker, E.L. Holmuhamedov, and J.J. Lemasters,

312. C. Czerny, C.C. Beeson, T.G. Baker, E.L. Holmuhamedov, and J.J. Lemasters,

313. Ethanol Suppression of Ureagenesis by Hepatocytes: Partial Reversal by Inhibitors of Alcohol Dehydrogenase (ADH) and Cytochrome P450 (2E1). Abstracts 2008 RSA/ISBRA Joint Meeting 353 (2008) 99A

314. V.R. Preedy, D.W. Crabb, J. Farres, and P.W. Emery, Alcoholic myopathy andacetaldehyde. Novartis Found Symp 285 (2007) 158-77; discussion 177-82, 1989.

315. M. Apte, J. McCarroll, R. Pirola, and J. Wilson, Pancreatic MAP kinase pathwaysand acetaldehyde. Novartis Found Symp 285 (2007) 200-11; discussion 211-6.

316. M.A. Bogoyevitch, and P.G. Arthur, Inhibitors of c-Jun N-terminal kinases: JuNKno more? Biochim Biophys Acta 1784 (2008) 76-93.

317. M.A. Bogoyevitch, and D.P. Fairlie, A new paradigm for protein kinase inhibition:blocking phosphorylation without directly targeting ATP binding. Drug Discov Today 12 (2007) 622-33.

318. M.A. Bogoyevitch, D.C. Ng, N.W. Court, K.A. Draper, A. Dhillon, and L. Abas, Intact mitochondrial electron transport function is essential for signalling by hydrogen peroxide in cardiac myocytes. J Mol Cell Cardiol 32 (2000) 1469-80.

319. A.M. Diehl, Effect of ethanol on tumor necrosis factor signaling during liver regeneration. Clin Biochem 32 (1999) 571-8.

320. B.J. Kim, S.W. Ryu, and B.J. Song, JNK- and p38 kinase-mediated phosphorylation of Bax leads to its activation and mitochondrial translocation and to apoptosis of human hepatoma HepG2 cells. J Biol Chem 281 (2006) 2125665.

321. J. Banerjee, and S. Ghosh, Phosphorylation of rat brain mitochondrial voltage-dependent anion as a potential tool to control leakage of cytochrome c. J Neurochem 98 (2006) 670-6.

322. A.K. Bera, and S. Ghosh, Dual mode of gating of voltage-dependent anion channel as revealed by phosphorylation. J Struct Biol 135 (2001) 67-72.

323. A.K. Bera, S. Ghosh, and S. Das, Mitochondrial VDAC can be phosphorylated bycyclic AMP-dependent protein kinase. Biochem Biophys Res Commun 209 (1995)213-7.

324. U. Maurer, C. Charvet, A.S. Wagman, E. Dejardin, and D.R. Green, Glycogen synthase kinase-3 regulates mitochondrial outer membrane permeabilization and apoptosis by destabilization of MCL-1. Mol Cell 21 (2006) 749-60.

325. J. Coates, M.J. Sheehan, and P. Strong, 1,3-Dipropyl-8-cyclopentyl xanthine (DPCPX): a useful tool for pharmacologists and physiologists? Gen Pharmacol 25(1994) 387-94.

326. S. Ahmad, A. Ahmad, and C.W. White, Purinergic signaling and kinase activationfor survival in pulmonary oxidative stress and disease. Free Radic Biol Med 41 (2006) 29-40.

327. D.R. Appling, Compartmentation of folate-mediated one-carbon metabolism in eukaryotes. Faseb J 5 (1991) 2645-51.

328. G.J. Cowin, D.A. Willgoss, J. Bartley, and Z.H. Endre, Serine isotopmer analysisby 13C-NMR defines glycine-serine interconversion in situ in the renal proximal tubule. Biochim Biophys Acta 1310 (1996) 32-40.

329. P.C. Nicholas, D. Kim, F.T. Crews, and J.M. Macdonald, Proton nuclear magneticresonance spectroscopic determination of ethanol-induced formation of ethyl glucuronide in liver. Anal Biochem 358 (2006) 185-91.

330. P.C. Nicholas, D. Kim, F.T. Crews, and J.M. Macdonald, 1H NMR-based metabolomic analysis of liver, serum, and brain following ethanol administration in rats. Chem Res Toxicol 21 (2008) 408-20.

331. J.B. Scheer, A.D. Mackey, and J.F. Gregory, 3rd, Activities of hepatic cytosolicand mitochondrial forms of serine hydroxymethyltransferase and hepatic glycine concentration are affected by vitamin B-6 intake in rats. J Nutr 135 (2005) 233-8.

332. L.B. Pasternack, D.A. Laude, Jr., and D.R. Appling, Whole-cell detection by 13C

333. NMR of metabolic flux through the C1-tetrahydrofolate synthase/serine hydroxymethyltransferase enzyme system and effect of antifolate exposure in Saccharomyces cerevisiae. Biochemistry 33 (1994) 7166-73.

334. L.B. Pasternack, D.A. Laude, Jr., and D.R. Appling, 13C NMR analysis of intercompartmental flow of one-carbon units into choline and purines in Saccharomyces cerevisiae. Biochemistry 33 (1994) 74-82.

335. C.P. Baines, R.A. Kaiser, T. Sheiko, W.J. Craigen, and J.D. Molkentin, Voltagedependent anion channels are dispensable for mitochondrial-dependent cell death. Nat Cell Biol 9 (2007) 550-5.

336. D. Han, F. Antunes, R. Canali, D. Rettori, and E. Cadenas, Voltage-dependent anion channels control the release of the superoxide anion from mitochondria to cytosol. J Biol Chem 278 (2003) 5557-63.

337. G. Kroemer, and J. Pouyssegur, Tumor cell metabolism: cancer's Achilles' heel.

338. Cancer Cell 13 (2008) 472-82.

339. W.J. Craigen, and B.H. Graham, Genetic strategies for dissecting mammalian and

340. Drosophila voltage-dependent anion channel functions. J Bioenerg Biomembr 40 (2008) 207-12.

341. B.H. Graham, and W.J. Craigen, Genetic approaches to analyzing mitochondrial outer membrane permeability. CurrTop Dev Biol 59 (2004) 87-118.

342. B.H. Graham, and W.J. Craigen, Mitochondrial voltage-dependent anion channelgene family in Drosophila melanogaster: complex patterns of evolution, genomic organization, and developmental expression. Mol Genet Metab 85 (2005) 30817.

343. M.J. Sampson, R.S. Lovell, and W.J. Craigen, Isolation, characterization, and mapping of two mouse mitochondrial voltage-dependent anion channel isoforms. Genomics 33 (1996) 283-8.

344. M.J. Sampson, R.S. Lovell, and W.J. Craigen, The murine voltage-dependent anion channel gene family. Conserved structure and function. J Biol Chem 272 (1997) 18966-73.

345. M.J. Sampson, R.S. Lovell, D.B. Davison, and W.J. Craigen, A novel mouse mitochondrial voltage-dependent anion channel gene localizes to chromosome 8. Genomics 36 (1996) 192-6.

346. A. Boveris, and B. Chance, The mitochondrial generation of hydrogen peroxide.

347. General properties and effect of hyperbaric oxygen. Biochem J 134 (1973) 70716.

348. A. Boveris, N. Oshino, and B. Chance, The cellular production of hydrogen peroxide. Biochem J 128 (1972) 617-30.

349. E. Cadenas, and K.J. Davies, Mitochondrial free radical generation, oxidative stress, and aging. Free Radic Biol Med 29 (2000) 222-30.

350. J.F. Turrens, Mitochondrial formation of reactive oxygen species. J Physiol 5522003) 335-44.

351. S.B. Le, M.K. Hailer, S. Buhrow, Q. Wang, K. Flatten, P. Pediaditakis, K.C. Bible,

352. D. Lewis, E.A. Sausville, Y.P. Pang, M.M. Ames, J.J. Lemasters, E.L. Holmuhamedov, and S.H. Kaufmann, Inhibition of mitochondrial respiration as a source of adaphostin-induced reactive oxygen species and cytotoxicity. J Biol Chem 282 (2007) 8860-72.

353. S.B. Le, E.L. Holmuhamedov, V.L. Narayanan, E.A. Sausville, and S.H. Kaufmann, Adaphostin and other anticancer drugs quench the fluorescence of mitochondrial potential probes. Cell Death Differ 13 (2006) 151-9.

354. M. Madesh, and G. Hajnoczky, VDAC-dependent permeabilization of the outer mitochondrial membrane by superoxide induces rapid and massive cytochrome с release. J Cell Biol 155 (2001) 1003-15.

355. J.A. Call, S.G. Eckhardt, and D.R. Camidge, Targeted manipulation of apoptosisin cancer treatment. Lancet Oncol 9 (2008) 1002-11.

356. M. Johansson, and J.L. Persson, Cancer therapy: targeting cell cycle regulators. Anticancer Agents Med Chem 8 (2008) 723-31.

357. R. Kalyn, Overview of targeted therapies in oncology. J Oncol Pharm Pract 13 (2007) 199-205.

358. E. Ortega, R.M. Marti, A. Yeramian, A. Sorolla, X. Dolcet, D. Llobet, L. Abal, M.

359. Santacana, J. Pallares, A. Llombart-Cussac, and X. Matias-Guiu, Targeted therapies in gynecologic cancers and melanoma. Semin Diagn Pathol 25 (2008) 262-73.

360. Y. Yamada, and H. Harashima, Mitochondrial drug delivery systems for macromolecule and their therapeutic application to mitochondrial diseases. Adv Drug Deliv Rev 60 (2008) 1439-62.

361. W. Tan, J.C. Lai, P. Miller, C.A. Stein, and M. Colombini, Phosphorothioate oligonucleotides reduce mitochondrial outer membrane permeability to ADP. Am J Physiol Cell Physiol 292 (2007) C1388-97.

362. W. Tan, Y.H. Loke, C.A. Stein, P. Miller, and M. Colombini, Phosphorothioate oligonucleotides block the VDAC channel. Biophys J 93 (2007) 1184-91.

363. J.C. Lai, B.D. Brown, A.M. Voskresenskiy, S. Vonhoff, S. Klussman, W. Tan, M.

364. Colombini, R. Weeratna, P. Miller, L. Benimetskaya, and C.A. Stein, Comparison of d-g3139 and its enantiomer L-g3139 in melanoma cells demonstrates minimal in vitro but dramatic in vivo chiral dependency. Mol Ther 15 (2007) 270-8.

365. J.C. Lai, W. Tan, L. Benimetskaya, P. Miller, M. Colombini, and C.A. Stein, A pharmacologic target of G3139 in melanoma cells may be the mitochondrial VDAC. Proc Natl Acad Sci U S A 103 (2006) 7494-9.

366. J. Chandra, J. Tracy, D. Loegering, K. Flatten, S. Verstovsek, M. Beran, M. Gorre,

367. Z. Estrov, N. Donato, M. Talpaz, C. Sawyers, K. Bhalla, J. Karp, E. Sausville, and S.H. Kaufmann, Adaphostin-induced oxidative stress overcomes BCR/ABL mutation-dependent and -independent imatinib resistance. Blood 107 (2006) 2501-6.

368. T.D. Shanafelt, Y.K. Lee, N.D. Bone, A.K. Strege, V.L. Narayanan, E.A. Sausville,

369. S.M. Geyer, S.H. Kaufmann, and N.E. Kay, Adaphostin-induced apoptosis in CLL В cells is associated with induction of oxidative stress and exhibits synergy with fludarabine. Blood 105 (2005) 2099-106.

370. C. Yu, L.M. Bruzek, X.W. Meng, G.J. Gores, C.A. Carter, S.H. Kaufmann, and A.A. Adjei, The role of Mcl-1 downregulation in the proapoptotic activity of the multikinase inhibitor BAY 43-9006. Oncogene 24 (2005) 6861-9.

371. S. Mazumder, D. Plesca, and A. Almasan, Caspase-3 activation is a critical determinant of genotoxic stress-induced apoptosis. Methods Mol Biol 414 (2008) 13-21.

372. S.H. MacKenzie, and A.C. Clark, Targeting cell death in tumors by activating caspases. Curr Cancer Drug Targets 8 (2008) 98-109.

373. L.R. Motadi, N.L. Misso, Z. Dlamini, and K.D. Bhoola, Molecular genetics and mechanisms of apoptosis in carcinomas of the lung and pleura: therapeutic targets. Int Immunopharmacol 7 (2007) 1934-47.

374. L. Galluzzi, C. Brenner, E. Morselli, Z. Touat, and G. Kroemer, Viral control of mitochondrial apoptosis. PLoS Pathog 4 (2008) e1000018.

375. B. Levine, S. Sinha, and G. Kroemer, Bcl-2 family members: dual regulators of apoptosis and autophagy. Autophagy 4 (2008) 600-6.

376. E. Schwarz, and W. Neupert, Mitochondrial protein import: mechanisms, components and energetics. Biochim Biophys Acta 1187 (1994) 270-4.

377. F. Moro, К. Okamoto, M. Donzeau, W. Neupert, and M. Brunner, Mitochondrial protein import: molecular basis of the ATP-dependent interaction of MtHsp70 with Tim44. J Biol Chem 277 (2002) 6874-80.

378. S.A. Paschen, and W. Neupert, Protein import into mitochondria. IUBMB Life 522001) 101-12.

379. J.M. Herrmann, and W. Neupert, What fuels polypeptide translocation? An energetical view on mitochondrial protein sorting. Biochim Biophys Acta 1459 (2000) 331-8.

380. N. Pfanner, and W. Neupert, A mitochondrial machinery for membrane translocation of precursor proteins. Biochem Soc Trans 18 (1990) 513-5.

381. B. Westermann, and W. Neupert, Mitochondria-targeted green fluorescent proteins: convenient tools for the study of organelle biogenesis in Saccharomyces cerevisiae. Yeast 16 (2000) 1421-7.

382. H. Brooks, B. Lebleu, and E. Vives, Tat peptide-mediated cellular delivery: back tobasics. Adv Drug Deliv Rev 57 (2005) 559-77.

383. K. Watson, and R.J. Edwards, HIV-1-trans-activating (Tat) protein: both a targetand a tool in therapeutic approaches. Biochem Pharmacol 58 (1999) 1521-8.

384. S.M. Bailey, V.B. Patel, T.A. Young, K. Asayama, and C.C. Cunningham, Chronicethanol consumption alters the glutathione/glutathione peroxidase-1 system and protein oxidation status in rat liver. Alcohol Clin Exp Res 25 (2001) 726-33.

385. S.R. Schwarze, A. Ho, A. Vocero-Akbani, and S.F. Dowdy, In vivo protein transduction: delivery of a biologically active protein into the mouse. Science 285 (1999) 1569-72.

386. Y. Yang, J. Ma, Z. Song, and M. Wu, HIV-1 TAT-mediated protein transductionand subcellular localization using novel expression vectors. FEBS Lett 532 (2002) 36-44.

387. F.J. Mendoza, P.S. Espino, K.L. Cann, N. Bristow, K. McCrea, and M. Los, Antitumor chemotherapy utilizing peptide-based approaches-apoptotic pathways, kinases, and proteasome as targets. Arch Immunol Ther Exp (Warsz) 53 (2005) 47-60.

388. СПИСОК ИЗБРАННЫХ РАБОТ СОИСКАТЕЛЯ

389. Dzeja РР, Bast Р, Ozcan С, Valverde A, Holmuhamedov EL, Van Wylen DGL, Terzic A. Targeting nucleotide-requiring enzymes: Implications for diazoxide-induced cardioprotection. Am J Physiol 2002, 284:H1048-H1056.

390. Dzeja PP, Bortolon R, Perez-Terzic C, Holmuhamedov EL, Terzic A. Energetic communication between mitochondria and nucleus directed by catalyzed phosphotransfer. Proc Natl Acad Sci USA 2002, 99:10156-10161.

391. Dzeja PP, Holmuhamedov EL, Ozcan C, Pucar D, Jahangir A, Terzic A. Mitochondria: Getaway for cytoprotection. Circ Res 2001, 89:744-746.

392. Evtodienko YV, Zinchenko VP, Holmuhamedov EL, Gylkhandanyan AV, Zhabotinsky AM. The stoichiometry of ion fluxes during Sr^-induced oscillations in mitochondria. Biochim Biophys Acta 1980, 589:157-161.

393. Globus RK, Holmuhamedov EL, Lull JC, Lopez V, Doty SB, Moursi A, Damsky C. Fibronectin is a survival factor for differentiated osteoblasts. J Cell Sci 1998, 111:1385-1393.

394. Hetrick EM, Shin JH, Stasko NA, Johnson CB, Wespe DA, Holmuhamedov E, Schoenfisch MH. Bactericidal Efficacy of Nitric Oxide-Releasing Silica Nanoparticles. ACS Nano. 2008 2:235-246.

395. Holmuhamedov E, Lemasters JJ. Ethanol exposure decreases mitochondrial outer membrane permeability in cultured rat hepatocytes. Arch Biochem Biophys. 2008 Nov 11. Epub ahead of print.

396. Holmuhamedov EL, Bacon JA, Ulrich RG. Nucleotide-induced calcium transient and plasma membrane calcium permeability in Chang Human Liver Cells. Biochem Mol Biol Intern 1995, 35:595-604.

397. Holmuhamedov EL, Evtodienko YuV. Spatial structures in mitochondrial suspension induced by cation efflux. FEBS Lett 1986, 195:339-343.

398. Holmuhamedov EL, Jahangir A, Bienengraeber M, Lewis L, Terzic A. Deletion of mtDNA disrupts the function, but not biogenesis of mitochondria. Mitochondrion, 2003, 3:13-19.

399. Holmuhamedov EL, Jahangir A, Oberlin A, Komarov A, Colombini M, Terzic A. Potassium channel openers are uncoupling protonophores: implication in cardioprotection. FEBS Lett. 2004, 568:167-170.

400. Holmuhamedov EL, Jovanovic S, Dzeja P, Jovanovic A, Terzic A. Mitochondrial ATP-sensitive channels modulate cardiac mitochondrial functions. Am J Physiol 1998, 275:H1567-H1576.

401. Holmuhamedov EL, Kholmukhamedova GL, Baimuradov ТВ. Non-cholinergic toxicity of organophosphates in mammals. Interaction of ethaphos with mitochondrial functions. J Appl Toxicol 1996, 16:475-481.

402. Holmuhamedov EL, Lewis L, Bienengraeber M, Holmuhamedova M, Jahangir A, Terzic A. Suppression of human tumor cell proliferation through mitochondrial targeting. FASEB J, 2002, 16:1010-1016.

403. Holmuhamedov EL, Ozcan C, Jahangir A, Terzic A. Restoration of Ca2+-inhibited oxidative phosphorylation in cardiac mitochondria by mitochondrial Ca2+ unloading. Mol Cell Biochem 2001, 220:135-140.

404. Holmuhamedov EL, Sadykov YH, Teplova W. Oscillation of ion fluxes in mammalian erythrocytes: Mechanism of oscillation. Eur J Biochem 1988, 166:723-726.

405. Holmuhamedov EL, Oberlin A, Short K, Nair S, Terzic A, Jahangir A (2002) Differential responsiveness of cardiac subsarcolemmal and interfibrillar mitochondria to Ca2+ injury and diazoxide. Mayo Clin Proc 77:46-54.

406. Holmuhamedov EL, Teplova W, Chukhlova EA, Evtodienko YuV, Ulrich RG. Strontium excitability of the inner mitochondrial membrane. Regenerative Strontium-induced Strontium releases. Biochem Mol Biol Intern 1995, 36:39-49.

407. Holmuhamedov EL, Wang L, Terzic A. ATP-sensitive K+ channel openers prevent Ca2+ overload in rat cardiac mitochondria. J Physiol (London) 1999, 519:347-360.

408. Holmuhamedov EL. Oscillating dissipative structures in mitochondrial suspensions. Eur J Biochem 1986, 158:543-546.

409. Ichas F, Jouaville LS, Sidash S, Mazat J-P, Holmuhamedov EL. Mitochondrial calcium spiking a transduction mechanism based on calcium-induced permeability transition involved in cell calcium signaling. FEBS Lett 1994, 348:211-215.

410. Ichas F, Jouaville LS, Sidash S, Mazat J-P, Holmuhamedov EL. Mitochondrial calcium spiking: The physiological face of permeability transition? Modern Trends in Bio-Thermo Kinetics 1994, 3:159-162.

411. Jahangir A, Ozcan C, Holmuhamedov EL, Terzic A. Increased calcium vulnerability of senescent cardiac mitochondria: Protective role for mitochondrial potassium channel opener. Mech Ageing Develop 2001, 122:1073-1086.

412. Jouaville LS, Ichas F, Holmuhamedov EL, Camacho P, Lechleiter JD. Synchronization of calcium waves by mitochondrial substrates in Xenopus I. Oocytes. Nature 1995, 377:438-441.

413. Le SB, Holmuhamedov EL, Narayanan VL, Sausville EA, Kaufmann SH. Adaphostin and other anticancer drugs quench the fluorescence of mitochondrial potential probes. Cell Death Differ. 2006, 13:151-159.

414. Lemasters JJ, Holmuhamedov EL. Voltage-Dependent Anion Channel (VDAC) As Mitochondrial Governator Thinking Outside the Box. Biochim Biophys Acta 2006, 1762:181-190.

415. Maglova LM, Holmuhamedov EL, Zinchenko VP, Evtodienko YV. Induction of 2H+/Mez+ exchange in rat-liver mitochondria. Eur J Biochem 1982, 128:159-161.

416. Ozcan C, Jahangir A, Holmuhamedov EL, Terzic A. Diazoxide protects mitochondria from anoxic injury: Implications for myopreservation. J Thorac Cardiovasc Surg 2001, 121:298-306.

417. Pokhilko AV, Ataullakhanov Fl, Holmuhamedov EL. Mathematical model of mitochondrial ionic homeostasis: Three modes of Ca2+ transport. J Theor Biol 2006, 243:152-169.

418. Sadykov YH, Holmuhamedov EL, Evtodienko YV. Effect of pH and proton buffer on oscillations of ion fluxes in rat erythrocytes. Eur J Biochem 1984, 143:369-371.

419. Selivanov VA, Ichas F, Holmuhamedov EL, Jouaville LS, Evtodienko YuV, Mazat J-P. A model of mitochondrial Ca-induced Ca release simulating the Ca oscillations and spikes generated by mitochondria. Biophys Chem 1998, 72:111-121.

420. Stasko NA, Johnson CB, Schoenfisch MH, Johnson ТА, Holmuhamedov EL. Cytotoxicity of polypropylenimine dendrimer conjugates on cultured endothelial cells. Biomacromolecules. 2007 8:3853-3859.

421. Terzic A, Dzeja P.P, Holmuhamedov EL. Mitochondrial KAtp Channels: Probing Molecular Identity and Pharmacology. J Mol Cell Cardiol 2000, 32:1911-1915.

422. Ulrich RG, Bacon JA, Cramer CT, Petrella DK, Sun EL, Meglasson MD, Holmuhamedov EL. Disruption of mitochondrial activities in rabbit and human hepatocytes by a quinoxalinone anxiolytic and its carboxylic acid metabolite. Toxicology 1998, 131:33-47.

423. Гольдштейн БН, Холмухамедов ЭЛ, Иванова АН, Фурман ГА. Ионофор-индуцированные колебания в эритроцитах. Кинетическая модель. Мол Биол 1987, 21:132-139.

424. Теплова ВВ, Евтодиенко ЮВ, Холмухамедов ЕЛ, Сергиенко НГ, Гончаров НВ. Эффект флуороцитрата на поглощение кислорода и транспорт в митохондриях печени. Цитология 1992, 34:71-75.

425. Теплова ВВ, Сидаш СС, Евтодиенко ЮВ, Холмухамедов ЭЛ. Характер и механизм изменений содержания АТФ в митохондриях в ходе колебаний ионных потоков. Биохимия 1991, 56:1975-1983.

426. Холмухамедов ЭЛ, Зинченко ВП, Евтодиенко ЮВ. Автоколебания ионных потоков и редокс состояния дыхательной цепи в митохондриях. Биофизика 1980, 25:124-128.

427. Холмухамедов ЭЛ, Селиванов ВА, Ким ЮВ. Математическая модель колебаний ионных потоков в эритроцитах млекопитающих. Биофизика 1990, 35:373-377.

428. Холмухамедов ЭЛ, Семенова ГА, Зинченко ВП, Евтодиенко ЮВ, Кондрашова МН. Обратимые изменения объема митохондрий в ходе колебаний ионных потоков между митохондриями и средой. Цитология 1982, 24:1024-1027.

429. Холмухамедов ЭЛ, Чухлова ЭА. Эффект ионов двухвалентных металлов на колебания ионных потоков в митохондриях печени крыс. Укр Биох Ж 1985 57:4349.

430. Чухлова ЭА, Садыков ЮХ, Холмухамедов ЭЛ, Гренадер АК. Эффект тримекалина, аймалина, стеноприла и хлорацизина на колебания потоков в митохондриях печени крыс. Укр Биох Журнал 1984, 56:207-210.