danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2019-63-5-578-583dan-735Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYРоль потенциал-зависимых калиевых каналов в формировании клеточного отклика на электрическую стимуляцию клеток в культуреRole of potential-dependent potassium channels in forming the cellular response to the electrical stimulation of cells in the cultureКуницкаяЮ. Н.KunitskayaYuliya N.

Куницкая Юлия Николаевна - аспирант.

Kunitskaya Yuliya Nikolaevna - Postgraduate student.

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk

yuliya.kunitskaya@gmail.comКочетковаТ. А.KochetkovaTatiana A.

Кочеткова Татьяна Александровна - студент.

Пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Kochetkova Tatiana Alexandrovna - Student.

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk

kochetkovatan@gmail.comКоваленкоЕ. А.KavalenkaElizaveta A.

Коваленко Елизавета Антоновна - магистрант.

Пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Kavalenka Elizaveta Antonavna - Master student.

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk

kovalenko.elizabeth@gmail.comБулайП. М.BulaiPavel M.

Булай Павел Михайлович - кандидат физико-математических наук, доцент.

Пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Bulai Pavel Michailovich - Ph. D. (Physics and Mathematics), Associate professor.

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk

bulaypm@bsu.byПитликТ. Н.PitlikTaras N.

Питлик Тарас Николаевич - кандидат биологических наук, доцент.

Пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Pitlik Taras Nikolaevich - Ph. D. (Biology), Associate professor.

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk

taras.pitlik@gmail.comПашкевичС. Г.PashkevichSvetlana G.

Пашкевич Светлана Георгиевна - кандидат биологических наук, заведующий лабораторией.

Ул. Академическая, 28, 220072, Минск

Paschkevich Svetlana Georgievna - Ph. D. (Biology), Head of the Laboratory.

28, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

skypasht@mail.ruДенисовА. А.DenisovAndrey A.

Денисов Андрей Анатольевич - кандидат биологических наук, заведующий лабораторией.

Пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Denisov Andrey Anatolievich - Ph. D. (Biology), Head of the Laboratory.

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk

an.denisov@gmail.comЧеренкевичС. Н.CherenkevichSergey N.

Черенкевич Сергей Николаевич - академик, докторр биологических наук, профессор.

Пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Cherenkevich Sergey Nikolaevich - Academician, D. Sc. (Biology), Professor.

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk

cherenkevich@bsu.byБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityИнститут физиологии, Национальная академия наук БеларусиInstitute of Physiology, National Academy of Sciences of Belarus201907112019635578583Copyright © Куницкая Ю.Н., Кочеткова Т.А., Коваленко Е.А., Булай П.М., Питлик Т.Н., Пашкевич С.Г., Денисов А.А., Черенкевич С.Н., 20192019Куницкая Ю.Н., Кочеткова Т.А., Коваленко Е.А., Булай П.М., Питлик Т.Н., Пашкевич С.Г., Денисов А.А., Черенкевич С.Н.Kunitskaya Y.N., Kochetkova T.A., Kavalenka E.A., Bulai P.M., Pitlik T.N., Pashkevich S.G., Denisov A.A., Cherenkevich S.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/735

Применение электрических полей для формирования определенного клеточного отклика находит применение в различных областях биологии и медицины. Неоднократно обсуждалась эффективность методов, основанных на действии электрических полей. Однако отсутствие описания точного механизма действия электрической стимуляции на клетки в культуре осложняет процесс разработки протоколов стимуляции. Таким образом, установление механизма трансдукции сигнала в клетках при действии электрических полей является актуальным. Цель работы - изучение роли калиевых потенциал-зависимых каналов в формировании клеточного отклика в условиях долговременной электрической стимуляции. Исследования проводили на культуре клеток глиомы С6. Для проведения электрической стимуляции использовали импульсное электрическое поле с напряженностью 3-20 В/м с длительностью бифазных импульсов 2 мс и частотой 10 Гц. Для проведения ингибиторного анализа использовали 4-аминопиридин. Установлено, что изменение мембранного потенциала при действии электрического поля происходит при участии калиевых потенциал-зависимых ионных каналов. Выявлено, что применение ингибитора калиевых потен-циал-зависимых ионных каналов частично нивелирует эффекты действия поля. Таким образом, калиевые потенци-ал-зависимые каналы играют важную роль в процессах трансдукции сигнала в клетках при долговременной электрической стимуляции культуры клеток.

Usage of electric fields for forming a certain cellular response finds application in various fields of biology and medicine. The efficiency of the methods based on the electric field action was discussed repeatedly. However, the process of developing stimulation protocols is being complicated by the absence of the specification of the precise mechanism of the electric stimulation action upon cells in the culture. Thus, the identification of signal transduction mechanism in cells under the electric field action is of current interest. The objective of this work is to investigate the role of potassium potential-dependent channels in forming the cellular response at long-term electrical stimulation. Studies were carried out using glioma cells C6. The pulsed electric field with the strength of 3-20 V/m, with 2 ms biphase pulses and with a frequency of 10 Hz was used for electric stimulation. 4-Aminopyridine was used for inhibitory analysis. It was shown that the change in the membrane potential under the electric field action takes place involving the potassium potential-dependent ion channels. It was revealed that the use of a potassium potential-dependent ion channels inhibitor partially levels the field effects. Thus, potassium potential-dependent channels play a significant role in the processes of signal transduction in cells at long-term electrical stimulation of the culture of cells.

электрическая стимуляцияпотенциал-управляемые ионные каналыглиома С6мембранный потенциалпролиферативная активностьelectrical stimulationpotential-dependent ion channelsglioma C6membrane potentialproliferative activityReferencesIon channels in health and disease / B. A. Niemeyer [et al.] // EMBO Reports. - 2001. - Vol. 2, N 7. - P. 568-573. https://doi.org/10.1093/embo-reports/kve145Niemeyer B. A., Mery L., Zawar C., Suckow A., Monje F., Pardo L. A., Stuhmer W., Flockerzi V., Hoth M. Ion channels in health and disease. EMbO reports, 2001, vol. 2, no. 7, pp. 568-573. https://doi.org/10.1093/embo-reports/kve145Potassium channels in cell cycle and cell proliferation / D. Urrego [et al.] // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. - 2014. - Vol. 369, N 1638. - P. 1-10. https://doi.org/10.1098/rstb.2013.0094Urrego D., Tomczak A. P., Zahed F., Stuhmer W., Pardo L. A. Potassium channels in cell cycle and cell proliferation. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2014, vol. 369, no. 1638, pp. 1-10. https://doi.org/10.1098/rstb.2013.0094Franklin, B. M. Sine-wave electrical stimulation initiates a voltage-gated potassium channel-dependent soft tissue response characterized by induction of hemocyte recruitment and collagen deposition / B. M. Franklin, E. Maroudas, J. L. Osborn // Physiological Reports. - 2016. - Vol. 4, N 12. - P. 1-10. https://doi.org/10.14814/phy2.12832Franklin B. M., Maroudas E., Osborn J. L. Sine-wave electrical stimulation initiates a voltage-gated potassium channel-dependent soft tissue response characterized by induction of hemocyte recruitment and collagen deposition. Physiological Reports, 2016, vol. 4, no. 12, pp. 1-10. https://doi.org/10.14814/phy2.12832Differential effect of brief electrical stimulation on voltage-gated potassium channels / M. A. Cameron [et al.] // J. Neurophysiol. - 2017. - Vol. 117, N 5. - P. 2014-2024. https://doi.org/10.1152/jn.00915.2016Cameron M. A., Abed A. A., Buskila Y., Dokos S., Lovell N. H., Morley J. W. Differential effect of brief electrical stimulation on voltage-gated potassium channels. Journal of Neurophysiology, 2017, vol. 117, no. 5, pp. 2014-2024. https://doi.org/10.1152/jn.00915.2016Пролиферативная активность и мембранный потенциал клеток линий С6 и №La при культивировании в условиях электрической стимуляции / Ю. Н. Куницкая [и др.] // Весщ Нац. акад. навук Беларуси Сер. бiял. навук. - 2017. -№ 2. - С. 7-13.Kunitskaya Y., Kochetkova T., Kavalenka E., Golubeva E., Bulai P., Molchanov P., Denisov A., Pitlik T., Cherenkevich S. Proliferative activity and membrane potential of C6 and HeLa cell lines in culture under electrical stimulation. Vestsi Nat-syyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya biyalagichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, biological series, 2017, no. 2, pp. 7-13 (in Russian).Electrical stimulation enhances cell migration and integrative repair in the meniscus / X. Yuan [et al.] // Scientific reports. - 2015. - Vol. 4, N 1. - P. 1-12. https://doi.org/10.1038/srep03674Yuan X., Arkonac D. E., Chao P. G., Vunjak-Novakovic G. Electrical stimulation enhances cell migration and integrative repair in the meniscus. Scientific reports, 2015, vol. 4, no. 1, pp. 1-12. https://doi.org/10.1038/srep03674Biphasic Electrical Currents Stimulation Promotes both Proliferation and Differentiation of Fetal Neural Stem Cells / K. A. Chang [et al.] // PLoS ONE. - 2011. - Vol. 6, N 4. - P. 1-11 (e18738). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0018738Chang K. A., Kim J. W., Kim J., Lee S., Kim S., Suh W. H., Kim H.-S., Kwon S., Kim S. J., Suh Y.-H. Biphasic Electrical Currents Stimulation Promotes both Proliferation and Differentiation of Fetal Neural Stem Cells. PLoS ONE, 2011, vol. 6, no. 4, pp. 1-11 (e18738). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0018738Temporal lobe epileptiform activity following systemic administration of 4-aminopyridine in rats / M. Levesque [et al.] // Epilepsia. - 2013. - Vol. 54, N 4. - P. 596-604. https://doi.org/10.1111/epi.12041Levesque M., Salami P., Behr C., Avoli M. Temporal lobe epileptiform activity following systemic administration of 4-aminopyridine in rats. Epilepsia, 2013, vol. 54, no. 4, pp. 596-604. https://doi.org/10.1111/epi.12041Inverse Modulation of Neuronal Kv12.1 and Kv11.1 Channels by 4-Aminopyridine and NS1643 / M. Dierich [et al.] // Front. Mol. Neurosci. - 2018. - Vol. 11. - P. 1-13. https://doi.org/10.3389/fnmol.2018.00011Dierich M., Evers S., Wilke B. U., Leitner M. G. Inverse Modulation of Neuronal Kv12.1 and Kv11.1 Channels by 4-Aminopyridine and NS1643. Frontiers in Molecular Neuroscience, 2018, vol. 11, pp. 1-13. https://doi.org/10.3389/fn-mol.2018.00011Khalili, A. A. A Review of Cell Adhesion Studies for Biomedical and Biological Applications / A. A. Khalili, M. R. Ahmad // Int. J. Mol. Sci. - 2015. - Vol. 16, N 8. - P. 18149-18184. https://doi.org/10.3390/ijms160818149Khalili A. A., Ahmad M. R. A Review of Cell Adhesion Studies for Biomedical and Biological Applications. International Journal of Molecular Sciences, 2015, vol. 16, no. 8, pp. 18149-18184. https://doi.org/10.3390/ijms160818149Inhibitory effects of tetraethylammonium on proliferation and voltage-gated potassium channels in human cervical carcinoma cell line SiHa / X. B. Han [et al.] // Ai zheng. - 2006. - Vol. 25, N 4. - P. 451-455.Han X. B. Inhibitory effects of tetraethylammonium on proliferation and voltage-gated potassium channels in human cervical carcinoma cell line SiHa. Ai zheng, 2006, vol. 25, no. 4, pp. 451-455.Куницкая, Ю. Н. Равновесный трансмембранный потенциал опухолевых клеток линий C6, НЕр-2с и НЕК при пролиферации / Ю. Н. Куницкая, Е. Н. Голубева // Сб. работ 70-й науч. конф. студентов и аспирантов Белорус. гос. ун-та. - Минск, 2013. - Ч. 1. - С. 134-137.Kunitskaya Y., Golubeva L. Resting transmembrane potential of C6, HEp-2c and HEK tumor cell lines during proliferation. Sbornik rabot 70-i nauchnoi konferentsii studentov i aspirantov Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta [Proceeding of 70th scientific students conference of BSU]. Minsk, 2013, vol. 1, pp. 134-137 (in Russian).Эффекты стимуляции клеток в культуре переменным электрическим полем с различными параметрами / Ю. Н. Куницкая [и др.] // Междунар. науч. конф. «Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем». - Минск, 2018. - С. 80.Kunitskaya Y., Kochetkova Т., Kavalenka Е., Golubeva Е., Bulai P. Effects of stimulation of cells in culture by an alternating electric field with various parameters. Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya "Molekulyarnye, membrannye i kletochnye osnovy funktsionirovaniya biosistem" [International Scientific Conference "Molecular, Membrane and Cellular Biology Sciences"]. Minsk, 2018, p. 80 (in Russian).Regulation of intracellular calcium concentration by nanosecond pulsed electric fields / S. S. Scarlett [et al.] // Bio-chimica et Biophysica Acta. - 2009. - Vol. 1788, N 5. - P. 1168-1175. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2009.02.006Scarlett S. S., White J. A., Blackmore P. F., Schoenbach K. H., Kolb J. F. Regulation of intracellular calcium concentration by nanosecond pulsed electric fields. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 2009, vol. 1788, no. 5, pp. 1168-1175. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2009.02.006

The authors declare that there are no conflicts of interest present.