CC BY
42
УДК 612.111:577.352.4:546.221.1 001 10.20538/1682-0363-2016-3-79-86
Для цитирования: Петрова И.В., Розенбаум Ю.А., Бирулина Ю.Г. и др. Влияние сероводорода на Са2+-зависимую калиевую проницаемость мембраны эритроцитов человека. Бюллетень сибирской медицины. 2016; 15(3): 79-86
Влияние сероводорода на Са2+-зависимую калиевую проницаемость мембраны эритроцитов человека
Петрова И.В., Розенбаум Ю.А., Бирулина Ю.Г., Ковалев И.В., Гусакова С.В.
Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск, Россия 634050, г. Томск, Московский тракт, 2
РЕЗЮМЕ
Цель исследования - изучить влияние донора сероводорода ШШ на изменения мембранного потенциала эритроцитов, вызванные активацией Са2+-зависимых К+-каналов в присутствии кальциевого ионофо-ра либо искусственной электронно-донорной системы аскорбат - феназинметосульфат (ФМС).
Материал и методы. В работе использовались упакованные эритроциты, полученные из венозной крови 25 здоровых добровольцев в возрасте 20-27 лет. Регистрацию мембранного потенциала эритроцитов в присутствии Са2+-ионофора (А23187) или искусственной электронно-донорной системы аскорбат - ФМС проводили потенциометрическим методом, основанным на том, что в присутствии протонофора распределение Н+ зависит от мембранного потенциала Ет как Ет = RT/F (рШ - рН0), где рН и рН0- значения рН цитоплазмы и среды инкубации соответственно. В качестве интегральной характеристики Са2+-за-висимой К+-проницаемости эритроцитов рассчитывали амплитуду гиперполяризационного ответа (ГО).
Результаты. Установлено, что добавление в среду инкубации клеток ШШ в концентрациях от 0,0050,2 мМ вызывало изменение амплитуды гиперполяризационного ответа мембраны эритроцитов, вызванного обоими способами. В присутствии 0,005 мМ ШШ амплитуда А23187-зависимого ГО существенно увеличивалась, тогда как амплитуда редокс-зависимого ГО снижалась. Подавление А23187-зависимого ГО в присутствии более высоких концентраций ШШ было более выраженным, чем редокс-зависимого. Амплитуда А23187-зависимого ГО при совместном действии сероводорода и блокатора Ш+,К+,2С1--котранспорта ^КСС) буметанида увеличивалась, редокс-зависимого ГО снижалась по сравнению с параметром, полученном в отсутствии блокатора.
Заключение. Установлено, что сероводород оказывает модулирующее действие на К(Са2+)-каналы мембраны эритроцитов. Эффект Н^ зависит от способа активации исследуемых каналов. А23187-зависимый ГО оказался более чувствителен к Н^ по сравнению с редокс-индуцированным ГО мембраны эритроцитов. Влияние ШШ на амплитуду ГО в присутствии блокатора NKCC буметанида также зависело от способа стимуляции канала.
Ключевые слова: сероводород, эритроциты, Са2+-зависимые калиевые каналы.
Введение
Открытие Са2+-зависимых калиевых каналов (К+(Са2+)-каналы) связано с обнаружением так называемого Оа^оБ-эффекта: предотвращение ЭДТА утечки ионов К+ из АТФ-истощенных эритроцитов [1], который основан на хелатирова-нии ЭДТА ионов кальция, что препятствует их накоплению в цитоплазме клеток. Впоследствии
Н Петрова Ирина Викторовна, e-mail: ivpetrova57@yandex.ru
оказалось, что при любых воздействиях, уменьшающих содержание АТФ в цитозоле клеток, увеличение проницаемости эритроцитов для ионов калия коррелирует с уровнем накопления 45Са в клетке [2].
Со времени своего обнаружения К+(Са2+)-ка-налы эритроцитов, которые относятся к каналам средней проводимости (intermediate conductance Ca2+-activated K+-channel, IKCa) [3], достаточно интенсивно изучаются, но только недавно была установлена их физиологическая роль.
К+(Са2+)-каналы вносят определенный вклад в эриптоз [4], изменение объема клеток [5]. Не исключено их участие в деформируемости клеток: Са2+-индуцируемое снижение деформируемости эритроцитов устраняется вследствие выравнивания градиента ионов калия или обработки клеток блокатором этих каналов [6, 7].
Регуляция К+(Са2+)-каналов эритроцитов осуществляется несколькими путями. Один из них связан с вторичными посредниками, эффект которых реализуется при воздействии активаторов или ингибиторов протеинкиназ А или С [8, 9, 10]. Другой путь регуляции осуществляется посредством белков цитоскелета эритроцитов без участия протеинкиназ [11].
Наконец мембрана эритроцитов содержит некоторые компоненты электронно-транспортной цепи, обычно присутствующие на внутренней мембране митохондрий (НАДН-дегидрогеназа, цитохром С) [12, 13], которые могут включаться в регуляцию К+(Са2+)-каналов эритроцитов [12].
В последнее время пристальное внимание исследователей привлекает новый класс регуля-торных молекул, а именно газовые посредники, к которым относят монооксиды азота и углерода, сульфид водорода, образующиеся в клетках организма. Молекулы газов свободно проникают через биологические мембраны, их синтез регулируется определенными ферментами, они осуществляют как межклеточную, так и внутриклеточную регуляцию различных физиологических функций [14]. Известны данные о роли N0 [6] в регуляции Са2+-зависимых калиевых каналов эритроцитов. Работы о регуляторной роли СО и Н2Б относительно Са2+-зависимой калиевой проницаемости мембраны эритроцитов единичны.
Кровь человека содержит существенное количество сероводорода: 10-100 мкМ Н2Б [15]. Кроме того, эритроциты могут восстанавливать Б0 до НБ-, используя восстанавливающие эквиваленты, полученные при окислении глюкозы [16]. Возможно также и неферментативное образование Н2Б в красных клетках крови из глутатиона, а также при окислительном стрессе. Установлено, что при некоторых патологических процессах происходит изменение концентрации сероводорода в межклеточном пространстве, в периферической крови, а также в самих эритроцитах. Нельзя исключить, что в условиях повышенной или пониженной продукции Н2Б изменяется функционирование как самих К+(Са2+)-каналов, так и внутриклеточных сигнальных систем, участвующих в их регуляции. В связи с вышеизло-
женным представляется актуальным изучение роли сульфида водорода в регуляции К+(Са2+)-ка-налов мембраны эритроцитов.
Целью настоящей работы явилось исследование влияния донора сероводорода NaHS на изменение мембранного потенциала эритроцитов, вызванного активацией Са2+-зависимых К+-кана-лов в присутствии кальциевого ионофора либо искусственной электронно-донорной системы аскорбат - феназинметосульфат.
Материал и методы
В работе использовалась венозная кровь 25 здоровых добровольцев в возрасте 20-27 лет. Кровь забиралась из локтевой вены утром натощак в пробирки с гепарином (25 ед/мл крови).
Процедура получения упакованных эритроцитов: после центрифугирования (1000 g, 5 мин,
4 °С) плазму и клетки белой крови удаляли, а эритроциты дважды промывали тремя частями изоосмотического раствора NaCl (150 мМ), содержащего 5 мМ Na-фосфатного буфера (рН 7,4) при тех же условиях центрифугирования. Последний раз осадок эритроцитов промывали средой, содержащей 150 мМ NaCl, 1 мМ KCl, 1 мМ MgCl2, 10 мМ глюкозы, при тех же условиях центрифугирования. После этого упакованные эритроциты переносили на лед и хранили не более 12 ч.
Для регистрации изменений мембранного потенциала эритроцитов в присутствии Са2+ ионо-фора (А23187) или искусственной электронно-до-норной системы аскорбат - ФМС использовался метод [8], основанный на том, что при наличии протонофора (карбонилцианид-т-хлорфенилги-дразон) распределение протонов зависит от мембранного потенциала Ет. Em = RT/F (pH. - pH0), где рН. и рН0 - значения рН цитоплазмы и среды инкубации соответственно. При низкой буферной емкости среды инкубации (в наших условиях она примерно в 100 раз меньше буферной емкости цитоплазмы) изменениями рН. можно было пренебречь, а его квазистационарный уровень определялся при гемолизе клеток в присутствии детергента.
Эксперименты проводились по следующему плану. Для получения А23187-зависимого ГО к 4,75 мл среды инкубации (150 мМ NaCl, 1 мМ KCl, 1 мМ MgCl2, 10 мМ глюкозы), добавляли 0,25 мл упакованных эритроцитов. Через
5 мин инкубации при 37 °С и перемешивании добавляли 20 мкМ протонофора Cl-CCP, еще через 2 мин добавляли 0,5 мкМ Са2+-ионофора А23187.
Для получения редокс-зависимого ГО к 4,75 мл среды инкубации того же состава, но содержащей 10 мМ аскорбата натрия добавляли 0,25 мл упакованных эритроцитов. Через 5 мин инкубации при 37 °С и перемешивании добавляли 20 мкМ протонофора С1-ССР, через 2 мин добавляли 0,1 мМ ФМС.
Для исследования влияния сероводорода на амплитуду А23187-или редокс-зависимого гиперполяризационного ответа мембраны эритроцитов в среду инкубации добавляли донор сероводорода гидросульфид натрия в различных концентрациях (указаны в соответствующих сериях экспериментов). В ряде случаев среда инкубации содержала блокатор Na+, K+, 2С1--котранспорта (NKCC) - 5 мкМ буметанида.
Статистическую обработку полученных результатов проводили при помощи программы SPSS Statistics 17.0.1 for Windows. Достоверность различий определяли непараметрическими критериями: U-критерий Манна — Уитни (U test Mann — Whitney) для независимых и Т-критерий Вил-коксона (Wilcoxon Singed Ranks Test) для зависимых выборок. Данные представлены в виде медианы (Me) и интерквартильного размаха
(Q1—Q3).
Результаты и их обсуждение
Стимуляция К+(Са2+)-каналов эритроцитов в условиях эксперимента может осуществляться в присутствии либо Са2+-ионофора А23187, либо экзогенных доноров электронов (например, системы аскорбат - феназинметосульфат) [2]. Увеличение внутриклеточной концентрации ионов Са2+ благодаря кальциевому ионофору А23187, как и добавление электронно-донорной системы аскорбат - ФМС приводит к сходным изменениям мембранного потенциала эритроцитов, что находит свое отражение в формировании так называемого гиперполяризационного ответа [7]. Амплитуда ГО является интегральной характеристикой, отражающей активность К+(Са2+)-кана-лов эритроцитов.
В первой серии экспериментов гиперполяризационный ответ мембраны эритроцитов получали благодаря увеличению внутриклеточной концентрации ионов кальция с помощью Са2+-ионофора А23187. В этом случае индуцированный А23187 входящий поток ионов Са2+ приводил к открыванию К+(Са2+)-каналов и выходу ионов калия. Последнее обеспечивало гиперполяризацию мембраны клеток. Амплитуда А23187-зависимого ГО составила 22,04 (20,88-22,62) мВ (п = 25) (табл. 1).
Т а б л и ц а 1
Влияние донора сероводорода на амплитуду А23187-зависимого гиперполяризационного ответа мембраны эритроцитов в присутствии ингибитора NKCC, Ме (Q1-Q3)
Концентрация NaHS, мМ Значение амплитуды А23187-зависимого ГО, мВ
В отсутствии буметанида В присутствии буметанида
0 22,04 (20,88—22,62) 25,44 (25,39-25,52)
0,005 26,1 (25,52-26,68)* 27,59 (27,56-7,82)#
0,01 20,3 (19,72-20,88)* 27,31 (27,25-27,42)#
0,1 8,7 (8,12-8,95)* 17,42 (17,40-17,56)#
0,2 2,9 (2,9-3,77)* 4,52 (4,42-4,64)#
* — значения амплитуды, достоверно отличающиеся от контрольного значения, полученного в отсутствии ^НБ и буметанида (п = 25, р < 0,01). # — значения амплитуды, достоверно отличающиеся от значений, полученных в присутствии ^НБ, но в отсутствии буметанида (п = 25, р < 0,01)
В качестве донора сероводорода использовался гидросульфид натрия (^НБ), который в водном растворе подвергается гидролизу, образуя ионы и НБ-. НБ-, в свою очередь, взаимодействует с Н+ с формированием Н2Б [19]. Показано, что НБ- свободно проникают через мембрану эритроцитов [20].
Инкубация эритроцитов с различными концентрациями ^НБ привела к изменению Са2+-за-висимой калиевой проницаемости мембраны эритроцитов, что нашло свое отражение в изменении амплитуды ГО. Так, в присутствии 0,005 мМ ^НБ амплитуда ГО возрастала и составила 26,1 (25,52— 26,68) мВ (п = 25, р < 0,001). Внесение более
высоких концентраций ^НБ (0,01-0,2 мМ) приводило к достоверному снижению амплитуды ГО (см. табл. 1). При концентрациях ^НБ, превышающих 0,2 мМ, получить ГО эритроцитов не удалось. Разнонаправленный эффект сероводорода, зависящий от концентрации, ранее был продемонстрирован в работе [21]. Сероводород в концентрациях до 100 мкМ увеличивал механическое напряжение изолированных сегментов аорты крысы, а при повышении концентрации вызывал расслабление последних. Таким образом, нам также удалось получить разнонаправленное изменение амплитуды Са2+-зависимо-го ГО при низкой (0,005 мМ) и более высоких
(выше 0,01 мМ) концентрациях донора сероводорода.
Другим способом активации К+(Са2+)-каналов является внесение в среду инкубации эритроцитов искусственной электронно-донорной системы аскорбат - ФМС. В следующей серии экспериментов мы изучали влияние сероводорода на амплитуду редокс-зависимого ГО. В отсутствии донора сероводорода исследуемый параметр составил 49,88 (49,60-50,75) мВ (n = 25). Известно, что система аскорбат - ФМС, являясь искусственной системой переноса электронов, индуцирует Са2+-зависимую калиевую проницаемость мембраны за счет увеличения сродства К+(Са2+)-каналов к Са2+ [2]. Следствием этого является развитие гиперполяризационного ответа мембраны эритроцитов. Добавление в среду инкубации эритро-
цитов 0,005 мМ NaHS привело к достоверному снижению амплитуды редокс-зависимого ГО, в то время как амплитуда А23187-зависимого ГО в этих условиях увеличивалась. Дальнейшее увеличение концентрации NaHS в среде инкубации привело к снижению исследуемого параметра. Кроме того, оказалось, что снижение амплитуды редокс-зависимого ГО в присутствии NaHS менее выражено по сравнению с А23187-зависимым ГО. Так, в присутствии 0,1 мМ NaHS амплитуда ре-докс-зависимого ГО снижается в среднем на 10%, а А23187-зависимого - на 60%. Практически полного подавления редокс-зависимого ГО удалось достичь при инкубации эритроцитов в присутствии 1,6 мМ NaHS, тогда как А23187-зависимый ГО практически полностью подавлялся в присутствии 0,2 мМ NaHS (табл. 2).
Т а б л и ц а 2
Влияние донора сероводорода на амплитуду редокс-зависимого гиперполяризационного ответа мембраны эритроцитов в присутствии ингибитора NKCC, Me (Q—Q3)
Концентрация NaHS, мМ Значение амплитуды редокс-зависимого ГО, мВ
В отсутствии буметанида В присутствии буметанида
0 49,9 (49,6-50,7) 46,40 (46,30-46,50)
0,005 45,30 (45,25-45,33)* 45,24 (45,22-45,28)#
0,1 44,80 (43,78-45,24)* 37,34 (37,12-38,40) #
0,15 44,15 (44,08-44,52)* 32,50 (32,48-32,84) #
0,3 34,80 (34,68-35,10)* 27,84 (27,56-28,07) #
0,8 15,08 (14,21-15,37)* -
1,6 4,64 (3,48-4,64)* -
* - значения амплитуды, достоверно отличающиеся от контрольного значения, полученного в отсутствии NaHS и буметанида (n = 25, р < 0,01).# - значения амплитуды, достоверно отличающиеся от значения, полученного в присутствии NaHS, но в отсутствии буметанида (n = 25, р < 0,01).
Таким образом, оказалось, что зависимость амплитуды ГО от концентрации NaHS определяется способом стимуляции Са2+-зависимой калиевой проницаемости мембраны эритроцитов. Причину следует искать в механизмах активации К+(Са2+)-каналов. Так, в работе [18] было показано, что Са2+ играет определенную роль в запуске калиевой проводимости в условиях искусственной электронно-донорной системы аскорбат - ФМС. Однако возможны и другие пути регуляции калиевой проницаемости мембраны эритроцитов, не связанные с ионами кальция. Система аскорбат -ФМС приводит к образованию редокс-агентов, которые, возможно, оказывают свое влияние на Са2+- зависимую калиевую проницаемость мембраны эритроцитов опосредованно через -SH-группы. Окисление и восстановление -SH-групп играет определенную роль в редокс-зависимой калиевой проводимости мембраны эритроцитов человека. Возможно, что сульфгидрильные группы белка калиевого канала являются конечным
или промежуточным акцептором в электронном транспорте на мембране эритроцитов. Тогда модуляция -SH-групп может оказаться пусковым конформационным сигналом для запуска работы К+(Са2+)-канала.
В работе [18] также было показано, что уменьшение калиевого градиента на мембране эритроцитов, вследствие блокирования Na+, К+-АТФа-зы вызывает снижение амплитуды как Са2+-, так и редокс-зависимого ГО мембраны эритроцитов. Известно, что в поддержании ионных градиентов на мембране эритроцитов, кроме Na+, К+-АТФа-зы, принимают участие и другие ионтранспор-тирующие системы, в частности NKCC. С другой стороны, имеются сведения, что активность этого обменника модулируется сероводородом [22].
В связи с этим нами изучено действие ингибитора NKCC буметанида (5 мкМ) на амплитуду А23187- и редокс-зависимого ГО мембраны эритроцитов в присутствии NaHS (см. табл. 1,
2). Оказалось, что влияние донора сероводорода на амплитуду ГО в присутствии блокатора NKCC буметанида также зависело от способа стимуляции канала. Так, амплитуда А23187-за-висимого ГО при совместном действии сероводорода (0,005-0,3 мМ NaHS) и буметанида (5 мкМ) оказалась достоверно выше по сравнению с параметрами, полученными в отсутствии блокатора. В то же время в подобных условиях амплитуда редокс-стимулированного ГО эритроцитов, напротив, существенно снижалась по сравнению со значениями в отсутствии буметанида (см. табл 2).
Заключение
Таким образом, в проведенном исследовании установлено, что сероводород оказывает модулирующее действие на К(Са2+)-каналы мембраны эритроцитов. Эффект H2S зависел от способа активации исследуемых каналов. А23187-зависи-мый ГО оказался более чувствителен к H2S по сравнению с редокс-индуцированной гиперполяризацией мембраны эритроцитов: для снижения амплитуды ГО в первом случае требовались существенно более малые концентрации донора NaHS, чем во втором случае. Кроме того, обнаружен разнонаправленный ответ в присутствии
0.005.мМ NaHS: амплитуда А23187-стимулиро-ванного ГО увеличивалась, а редокс-зависимого ГО снижалась. Разнонаправленным оказалось и влияние NaHS на амплитуду ответа в присутствии блокатора NKCC: А23187-зависимая гиперполяризация увеличивалась, а редокс-зависимая, напротив, снижалась.
Конфликт интересов
Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Источник финансирования
Работа выполнена при поддержке РФФИ (соглашение № 16-34-00419 от 27.01.2016 г.).
Литература
1. Gardos G. Effect of ethylendiaminetetracetatate on permeability of human erythrocytes // Acta Physiol. Acad. Sci. Hung. 1958. V. 14. P. 1-5.
2. Lew V.L. On the ATP dependence of the Ca2+- induced increase in K - permeability observed in human red cells // Biochim. et biophys. acta. 1971. V. 233. P. 827-830.
3. Jensen B.S., Strobaek D., Olesen S.P., Christophersen P. The Ca2+-activated K+channel of intermediate conductance: a molecular target for novel treatments? // Curr.
Drug. Targets. 2001 Dec. V. 2, № 4. P. 401-422.
4. Lang, F., Lang K.S., Lang P.A., Huber S.M, Wieder T. Mechanisms and significance of eryptosis // Antioxid Redox Signal. 2006. V. 8, № 8. P. 1183-1192.
5. Begenisich T., Nakamoto T., Ovitt C.E., Nehrke K., Brug-nara C, Alper S.L., Melvin J.E. Physiological roles of the intermediate conductance, Ca2+-activated potassium channel Kcnn4 // J. Biol. Chem. 2004. V. 279, № 46. P. 47681-47687.
6. Петрова И.В., Трубачева О.А., Гусакова С.В. Роль оксида азота в регуляции Са2+-зависимой К+-проницаемо-сти мембраны эритроцитов // Вестник Томского государственного университета. 2011. № 346. С. 165-168.
7. Dodson R.A., Hinds T.R., Vincenzi F.F. Effects of calcium and A23187 on deformability and volume of human red blood cells. // Blood Cells. 1987. V. 3, № 12. P. 555-564.
8. Орлов С.Н., Петрова И.В., Покудин Н.И., Баскаков М.Б., Медведев М.А. Са2+-активируемые калиевые каналы эритроцитов, исследованные методом регистрации Са2+-ин-дуцированных изменений мембранного потенциала // Биологические мембраны. 1992. Т. 9, № 9. С. 885-903.
9. Петрова И.В., Колосова М.В., Соколова И.Б., Новицкий В.В., Баскаков М.Б., Медведев М.А. Роль внутриклеточных сигнальных систем в регуляции Са2+-активи-руемых калиевых каналов эритроцитов // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1997. Т. 123, № 6. С. 653-655.
10. Del Carlo B., Pellegrini M., Pellegrino M. Modulation of Ca2+-activated K+ channels of human erythrocytes by endogenous protein kinase C // Biochim Biophys Acta. 2003. V. 1612, № 1. P. 107-116.
11. Кремено С.В., Петрова И.В., Ситожевский А.В., Про-копьева В.Д., Коваленко Н.С., Новицкий В.В. Изучение объем-зависимой регуляции Са2+-активируемых калиевых каналов эритроцитов в норме и у больных сахарным диабетом 2 типа в сочетании с артериальной гипертензией // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2004. Т. 137, № 1. С. 24-26.
12. Alvarez J., Garcia-Sancho J., Herreros B. Effect of electron donors on Ca2+- dependent K+- transport in one - step inside - out vesicles from human erythrocyte membrane // Biochim. et biophys. acta. 1984. V. 771. P. 23-27.
13. Kennett E.C., Kuchell P.W. Redox reactions and electron transfer across the red cell membrane // IUBMB Life. 2003. V. 55, № 7. P. 375-385.
14. Wang R. Two's company, three's a crowd: can H2S be the third endogenous gaseous transmitter? // FASEB J. 2002. V.16, № 13. P. 1792-1798.
15. Jones D.P. Radical-free biology of oxidative stress // Am J. Physiol Cell Physiol. 2008. V. 295, № 4. P. C849-C868.
16. Benavides G.A. et al. Hydrogen sulfide mediates the vasoactivity of garlic // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2007. V. 104, № 46. P. 17977-17982.
17. Гюльханданян А.В., Геокчакян Г.М. Са2+- зависимый выход К+ из эритроцитов, индуцированный окисли-
тельными процессами. // Биофизика. 1991. Т. 36, № 1. C. 169-171.
18. Ситожевский А.В., Петрова И.В., Кремено С.В., Коваленко Н.В., Карпов Р.С. Изучение природы гиперполяризационного ответа эритроцитов, индуцированного системой аскорбат - феназинметосульфат // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2006. Т. 92, № 4. С. 461-470.
19. Abe K., Kimura H. The possible role of hydrogen sulfide as an endogenous neuromodulator // J. Neurosci. 1996. V. 16, № 3. P. 1066-1071.
20. Jennings M.L. Transport of H2S and HS- across the human red blood cell membrane: rapid diffusion and AE1-mediated Cl-/HS-exchange // Am.J. Phisiol Cell
РЪ1$1о1. 2013. V. 305, № 9. Р. С941-С950. 001 10.1152/ ajpcell.00178.2013.
21. Баскаков М.Б., Гусакова С.В., Желудева А.С., Смаг-лий Л.В., Ковалев И.В., Вторушина Т.А., Носов Д.С., Еременко К.В., Медведев М.А., Орлов С.Н. Влияние сероводорода на сократительную активность гладко-мышечных клеток аорты крысы // Бюллетень сибирской медицины. 2010. Т. 9, № 6. С. 12-17.
22. Смаглий Л.В., Гусакова С.В., Бирулина Ю.Г., Ковалев И.В, Орлов С.Н. Роль сероводорода в объем-зависимых механизмах регуляции сократительной активности гладкомышечных клеток сосудов // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2015. Т. 101, № 4. С. 441-450.
Поступила в редакцию 14.03.2016 г. Утверждена к печати 15.05.2016 г.
Петрова Ирина Викторовна (Н) - д-р биол. наук, профессор кафедры биофизики и функциональной диагностики СибГМУ (г. Томск).
Розенбаум Юлия Андреевна - студентка 6-го курса медико-биологического факультета СибГМУ (г. Томск). Бирулина Юлия Георгиевна - ассистент кафедры биофизики и функциональной диагностики СибГМУ (г. Томск). Ковалев Игорь Викторович - д-р мед. наук, профессор, профессор кафедры биофизики и функциональной диагностики СибГМУ (г. Томск).
Гусакова Светлана Валерьевна - д-р мед. наук, заведующий кафедрой биофизики и функциональной диагностики СибГМУ (г. Томск).
Н Петрова Ирина Викторовна, e-mail: ivpetrova57@yandex.ru
УДК 612.111:577.352.4:546.221.1 DOI 10.20538/1682-0363-2016-3-79-86
For citation: Petrova I.V., Rosenbaum Yu. A., Birulina Yu.G. et al. Influence hydrogen sulfide on Ca2+-dependent potassium permeability of the membrane of human erythrocytes. Bulletin of Siberian Medicine. 2016; 15(3): 79-86
Influence hydrogen sulfide on Ca2 +-dependent potassium permeability of the membrane of human erythrocytes
Petrova I.V., Rosenbaum Yu. A., Birulina Yu.G., Kovalev I.V. Gusakova S.V.
Siberian State Medical University, Tomsk, Russian Federation 2 Moscow Trakt, Tomsk, 634050.
ABSTRACT
The purpose of the research was to study the influence of hydrogen sulfide donor NaHS on red blood cells membrane potential changes caused by the activation of Ca2+ dependent K+ channels in the presence of calcium ionophore or artificial electron donor system ascorbate phenazine methosulfate.
Materials and methods. We used the packed erythrocytes obtained from venous blood of 25 healthy volunteers at the age of 20-27 years. Registration of the membrane potential of erythrocytes in the presence of Ca2+ ionophore (A23187) or artificial electron donor system ascorbate - FMS was performed with potentiometric method based on the fact that in the presence of the protonophore distribution of H + depends on the membrane potential Em like as Em = RT/F (pH - pH0). Here pH and pH0 are pH of the incubation medium and cytoplasm, respectively. An amplitude of hyperpolarizing response (HR) was calculated as an integral characteristic of Ca2+-dependent permeability for K+.
Results. The addition of NaHS at concentrations from 0.2 mM to 0.005 mM into the cells incubation medium caused a change in the amplitude of hyperpolarizing response of erythrocyte membranes induced by both methods. In the presence of 0.005 mM NaHS the amplitude of A23187-dependent HR increased significantly, whereas the amplitude of the redox-dependent HR decreased. Suppression of A23187-dependent HR in the presence of higher concentrations of NaHS was more pronounced than the suppression of the amplitude of redox-dependent response. The amplitude of A23187-dependent HR increased under the joint action of hydrogen sulfide and the blocker of Na+, K+, 2Cl"-cotransport (NKCC) bumetanide, and the amplitude of redox-dependent HR decreased in comparison with the parameters obtained in the absence of a blocker.
Conclusion. It is found that hydrogen sulfide exerts a modulatory effect on K (Ca2+) - channels of erythrocyte membrane. The effect of H2S depends on the method of activation of the studied channels. A23187-dependent HR was more sensitive to H2S in comparison to redox-induced HR of erythrocyte membrane. The effect of NaHS on the amplitude of the HR in the presence of NKCC blocker bumetanide also depended on the method of stimulation of channels.
Keywords: hydrogen sulfide, erythrocytes, Ca2 + -dependent potassium channels.
References
1. Gardos G. Effect of ethylendiaminetetracetatate on permeability of human erythrocytes //Acta Physiol. Acad. Sci. Hung. 1958. V. 14. P. 1-5.
2. Lew V.L. On the ATP dependence of the Ca2+- induced increase in K - permeability observed in human red cells // Biochim. et biophys. acta. 1971. V. 233. P. 827-830.
3. Jensen B.S., Strobaek D., Olesen S.P., Christophersen P. The Ca2+-activated K+channel of intermediate conductance: a molecular target for novel treatments? // Curr. Drug. Targets. 2001 Dec. V. 2, № 4. P. 401-422.
4. Lang, F., Lang K.S., Lang P.A., Huber S.M, Wieder T. Mechanisms and significance of eryptosis // Antioxid Redox Signal. 2006. V. 8, no. 8. P. 1183-1192.
5. Begenisich T., Nakamoto T., Ovitt C.E., Nehrke K., Brugna-ra C, Alper S.L., Melvin J.E. Physiological roles of the intermediate conductance, Ca2+-activated potassium channel Kcnn4 // J. Biol. Chem. 2004. V. 279, no. 46. P. 47681-47687.
6. Petrova I.V., Trubacheva O.A., Gusakova S.V. Rol oksi-da azota v regulyatsii Sa2 -zavisimoy K -pronitsaemosti membranyi eritrotsitov [Role of nitric oxide regulation of Ca2+-dependent K +- permeability erythrocyte membranes] // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universi-teta, 2011. no. 346, S. 165-168 (in Russian).
7. Dodson R.A., Hinds T.R., Vincenzi F.F. Effects of calcium and A23187 on deformability and volume of human red blood cells. Blood Cells. 1987. V. 3, no. 12. P. 555-564.
8. Orlov S.N., Petrova I.V., Pokudin N.I., Baskakov M.B., Medvedev M.A. Sa2 -aktiviruemyie kalievyie kanalyi er-itrotsitov, issledovannyie metodom registratsii Ka2 -indut-sirovannyih izmeneniy membrannogo potentsiala [Ca2+ac-tivated potassium channel of erythrocytes investigated by recording Ca2+-induced changes in membrane potential]. Biologicheskie membranyi: Zhurnal membrannoy i kletoch-noy biologii, 1992, vol. 9, no. 9, P. 885-903. (in Russian).
9. Petrova I.V., Kolosova M.V., Sokolova I.B., Novitskiy V.V., Baskakov M.B., Medvedev M.A. Rol vnutrikletochnyih
signalnyih sistem v regulyatsii Sa2 -aktiviruemyih kalievy-ih kanalov eritrotsitov [The role of intracellular signaling systems in the regulation of Ca2+-activated potassium channel of erythrocytes]. Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsinyi, 1997, vol. 123, no. 6. P. 653-655. (in Russian).
10. Del Carlo B., Pellegrini M., Pellegrino M. Modulation of Ca2+-activated K+ channels of human erythrocytes by endogenous protein kinase C // Biochim Biophys Acta,. 2003. V. 1612, № 1. P.107-116.
11. Kremeno S.V., Petrova I.V., Sitozhevskiy A.V., Prokopeva V.D., Kovalenko N.S., Novitskiy V.V. Izuchenie ob'em - zavisimoy regulyatsii Sa2 - aktiviruemyih ka-lievyih kanalov eritrotsitov v norme i u bolnyih saharny-im diabetom 2 tipa v sochetanii s arterialnoy gipertenziey. [Volume-dependent regulation of Ca2+-activated potassium channels in erythrocytes from healthy donors and patients with type II diabetes mellitus aggravated by arterial hypertension] Bull Exp Biol Med, 2004, vol. 137, no. 1. P. 24-26 (in Russian).
12. Alvarez J., Garcia-Sancho J., Herreros B. Effect of electron donors on Ca2+- dependent K+- transport in one - step inside - out vesicles from human erythrocyte membrane // Biochim. et biophys. acta. 1984. V. 771. P. 23-27.
13. Kennett E.C., KuchelI P.W. Redox reactions and electron transfer across the red cell membrane // IUBMB Life. 2003. V. 55, № 7. P. 375-385.
14. Wang R. Two's company, three's a crowd: can H2S be the third endogenous gaseous transmitter? // FASEB J. 2002. V. 16, № 13. P. 1792-1798.
15. Jones D.P. Radical-free biology of oxidative stress // Am J. Physiol Cell Physiol. 2008. V. 295, no. 4. P. C849-C868.
16. Benavides G.A. et al. Hydrogen sulfide mediates the vasoactivity of garlic // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2007. V. 104, № 46. P. 17977-17982.
17. Gyulhandanyan A.V., Geokchakyan G.M. Sa2-zavisimyiy vyihod K iz eritrotsitov, indutsirovannyiy okislitelnyimi protsessami [Ca2+-dependent K+output of the red blood
cells induced by oxidative processes]. Biofizika, 1991, T. 36, no. 1. P. 169-171 (in Russian).
18. Sitozhevskiy A.V., Petrova I.V., Kremeno S.V., Kovalenko N.V., Karpov R.S. Izuchenie prirodyi giperpolyarizatsionno-go otveta eritrotsitov, indutsirovannogo sistemoy askorbat - fenazinmetosulfat [Phenazine methosulfate system-induced membrane hyperpolarization in the human erythrocytes]. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova, 2006, vol. 92, no. 4. P. 461-470 (in Russian).
19. Abe K., Kimura H. The possible role of hydrogen sulfide as an endogenous neuromodulator // J. Neurosci. 1996. V. 16, no. 3. P. 1066-1071.
20. Jennings M.L. Transport of H2S and HS- across the human red blood cell membrane: rapid diffusion and AE1-mediated Cl-/HS- exchange // Am.J. Phisiol Cell Phisiol. 2013. V. 305, no. 9. P. C941-C950. DOI 10.1152/ ajpcell.00178.2013.
21. Baskakov M.B., Gusakova S.V., Zheludeva A.S., Smagliy L.V., Kovalev I.V., Vtorushina T.A., Nosov d.S., Ere-menko K.V., Medvedev M.A., Orlov S.N. Vliyanie sero-vodoroda na sokratitelnuyu aktivnost gladkomyishechny-ih kletok aortyi kryisyi [Effect of hydrogen sulfide on the contractile activity of smooth muscle cells from the rat aorta] // Byulleten sibirskoy meditsinyi, 2010, vol. 9, no. 6. P. 12-17 (in Russian).
22. Smagliy L.V., Gusakova S.V., Birulina Yu.G., Kovalev I.V, Orlov S.N. Rol serovodoroda v ob'em-zavisimyih mehanizmah regulyatsii sokratitelnoy aktivnosti glad-komyishechnyih kletok sosudov [The role of hydrogen sulfide in the volume-dependent mechanisms of regulation of contractile activity of vascular smooth muscle cells] // Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova, 2015. T. 101, no. 4. P. 441-450. (in Russian).
Petrova Irina V. (*), professor of the Department of Biophysics and Functional Diagnostics, Siberian State Medical University, Tomsk, Russian Federation.
Rosenbaum Yuliya A., student of 6th year Medical and Biological Faculty, Siberian State Medical University, Tomsk, Russian Federation.
Birulina Yuliya G., assistant of the Department of Biophysics and Functional Diagnostics, Siberian State Medical University, Tomsk, Russian Federation.
Kovalev Igor V., professor of the Department of Biophysics and Functional Diagnostics, Siberian State Medical University, Tomsk, Russian Federation.
Gusakova Svetlana V., Head of Department Biophysics and Functional Diagnostics, Siberian State Medical University, Tomsk, Russian Federation.
* Petrova Irina V., e-mail: ivpetrova57@yandex.ru
