Исследователи Института цитологии (ИНЦ) РАН разработали математическую модель, которая позволяет получить новые данные о процессах, связанных с движением ионов в эритроцитах – красных клетках крови человека, которые, обеспечивают транспортировку кислорода в организме. Предложенная модель может использоваться для изучения механизмов дисфункции эритроцитов. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Plos One.

Эритроциты являются одним из трех основных типов клеток крови, важнейшая задача которых – перенос кислорода от легких ко всем тканям организма (а также перенос углекислого газа в обратном направлении). Кроме того, эритроциты участвуют в свертывании крови, переносе ферментов, витаминов и аминокислот. Поэтому от правильной работы этих клеток зависит нормальное функционирование многих систем организма.

Ионный гомеостаз (способность сохранять динамическое равновесие с внешней средой) в эритроцитах (как и в других типах клеток) представляет собой поступление в клетку или из нее различных соединений с помощью специальных белков – ионных каналов и переносчиков, осуществляющих транспортировку важных для организма ионов натрия, калия и хлора. Нарушение метаболизма (обмена веществ) эритроцитов может оказать серьезное негативное воздействие на работу этих клеток и, как следствие систем организма. При этом на изменение клеточного гомеостаза оказывает влияние огромное количество факторов, и поэтому ученым требуется располагать эффективными инструментами, чтобы понимать причины тех или иных нарушений.

«Под руководством ведущего научного сотрудника ИНЦ доктора биологических наук Алексея Андреевича Веренинова была разработана математическая модель, которая, используя минимальный набор экспериментальных данных, позволяет описать процесс переноса ионов в эритроцитах, определять причины нарушений этого процесса, а также прогнозировать динамику этих нарушений», – рассказывает старший научный сотрудник группы моделирования нейродегенеративных заболеваний ИНЦ РАН Валентина Юринская.

Модель представляет собой систему уравнений, в которых коэффициенты характеризуют определенные процессы в клетке. В частности, исследователям удалось подобрать значения, соответствующие нормальному и аномальному переносу ионов калия, натрия и хлора через мембрану эритроцитов. По изменениям данных коэффициентов можно оценить, как эти процессы влияют на функционирование клетки.

Так, с помощью своего подхода ученые изучили каким образом изменяется транспорт ионов в клетках во время апоптоза – регулируемого организмом процесса гибели клеток, в том числе распада дефектных, старых или больных клеток. Модель работает при помощи специального программного обеспечения, созданного ранее учеными ИНЦ РАН.

«Наша разработка может использоваться для выявления нарушений в работе ионного транспорта в эритроцитах.. Более того, исследования показали, что такая модель может использоваться для изучения разных типов клеток. Использование математического аппарата позволяет получить результат, недостижимый другими методами изучения клеточных процессов», – поясняет Валентина Юринская.

Данное исследование является часть большой работы сотрудников ИНЦ РАН по исследованию различных аспектов ионного гомеостаза в клетках. Например, ранее ученые обнаружили «ионный маркер», свидетельствующий о преждевременном старении клеток.

Источник: пресс-служба Института цитологии Российской академии наук.