Сравнительное исследование клеточного транспорта в эндотелии роговицы глаза свиньи и человека

Цель работы — исследовать основные характеристики транспортных механизмов клеток эндотелия роговицы человека и свиньи: водную проницаемость, активацию транспорта натрия из клетки после консервации и способность клеток к восстановлению объема при активации транспортных механизмов клеток эндотелия при температуре 37°С.

Материал и методы. Эксперименты проводили на переживающей культуре клеток эндотелия роговицы человека и свиньи. Изменения объема клетки определяли методом, основанным на эффекте гашения флуоресцентного красителя Calcein белками цитоплазмы. Внутриклеточную концентрацию ионов натрия в клетках определяли с помощью флуоресцентного красителя Sodium Green. Динамику восстановления клеточного объема и внутриклеточной концентрации ионов натрия изучали при изменении температуры среды с 20 до 37°С. Осмотическую водную проницаемость клеток эндотелия определяли по скорости изменения объема клетки при смене осмоляльности омывающей среды с гиперосмотической (560 мОсм/кг H2 O) на изотоническую (280 мОсм/кг H2 O).

Результаты. Установлено, что осмотическая водная проницаемость плазматической мембраны клеток эндотелия роговицы человека значительно выше, чем у свиньи Pf (1,90E-01 ± 4,66E-02 и 1,31E-01 ± 1,16E-02 см/с соответственно; p < 0,01, n = 17). Выведение ионов натрия при восстановлении температуры до 37°С происходит в клетках человека более интенсивно, чем в клетках свиньи (-3,2E-3 ± 3,1E-4 с-1 и -6,5E-4 ± 1,2E-5 с-1 соответственно; p < 0,01, n = 6). Исследование снижения объема клеток, вызванного тепловой активацией клеточного транспорта, показало, что восстановление объема эндотелиоцитов у человека (-1,7E-4 ± 5,5E-5 с-1, n = 9) происходит медленнее, чем у свиньи (-1,7E-3 ± 4E-4 с-1, n = 4, p < 0,05).

Заключение. При использовании в экспериментальном исследовании эндотелия роговицы свиньи как модели эндотелия человека необходимо учитывать существенные различия параметров, определяющих регуляцию клеточного объема.

1. Maurice D.M. The location of the fluid pump in the cornea. J. Physiol. 1972; 221 (1): 43–54. doi: 10.1113/jphysiol.1972.sp 009737

2. Bonanno J. A. Molecular mechanisms underlying the corneal endothelial pump. Exp. Eye Res. 2012; 95 (1): 2–7. doi: 10.1016/j.exer.2011.06.004

3. Nilsson L.M., Zhang L., Bondar A., et al. Prompt apoptotic response to high glucose in SGLT-expressing renal cells. Am. J. Physiol. Renal Physiol. 2019; 316: 1078–89. doi: 10.1152/ajprenal.00615.2018

4. Srinivas S.P. Dynamic regulation of barrier integrity of the corneal endothelium. Optom. Vis. Sci. 2010 Apr; 87 (4): E239–54. doi: 10.1097/ OPX.0b013e3181d39464

5. Verkman A.S., Ruiz-Ederra J., Levin M. H. Functions of aquaporins in the eye. Prog. Retin. Eye Res. 2008; 27 (4): 420–33. doi: 10.1016/j. preteyeres.2008.04.001

6. Hoffmann E.K., Lambert I.H., Pedersen S.F. Physiology of cell volume regulation in vertebrates. Physiol. Rev. 2009; 89 (1): 193–277.

7. Wehner F., Shimizu T., Sabirov R., Okada Y. Hypertonic activation of a non-selective cation conductance in HeLa cells and its contribution to cell volume regulation. FEBS Lett. 2003; 551 (1–3): 20-4. doi: 10.1016/s0014- 5793(03)00868-8

8. Борзенок С.А., Малюгин Б.Э., Гаврилова Н.А., Комах Ю.А., Тонаева Х.Д. Алгоритм заготовки трупныx роговиц человека для трансплантации: Методические рекомендации. Москва: Офтальмология, 2016.

9. Solenov E.I. Cell volume and sodium content in rat kidney collecting duct principal cells during hypotonic shock. J. Biophys. 2008; 2008:420963. https://doi.org/10.1155/2008/420963

10. Solenov E., Watanabe H., Manley G.T., Verkman A.S. Sevenfold-reduced osmotic water permeability in primary astrocyte cultures from AQP-4-deficient mice, measured by a fluorescence quenching method. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2004 Feb; 286 (2): C426–32. doi: 10.1152/ajpcell.00298.2003

11. Ilyaskin A.V., Karpov D.I., Medvedev D.A., et al. Quantitative estimation of transmembrane ion transport in rat renal collecting duct principal cells. Gen. Physiol. Biophys. 2014; 33: 13–28. doi: 10.4149/gpb_2013063

12. Kovbasnjuk O.N., Szmulowicz U., Spring K.R. Regulation of the MDCK cell tight junction. J Membr. Biol. 1998; 161 (1): 93–104. doi: 10.1007/ s002329900317

13. Батурина Г.С., Пальчикова И.Г., Конев А.А. и др. Исследование влияния гипотермической консервации на уровень натрия в клетках эндотелия трансплантата роговицы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018; 22 (4): 433–7.