Лаборатория клеточной подвижности

Создана в 1996 году по инициативе академика Е.И. Чазова и академика В.А. Ткачука. Коллектив Лаборатории составили сотрудники Лаборатории молекулярной эндокринологии.

Основным направлением деятельности Лаборатории является исследование молекулярных механизмов регуляции двигательной и сократительной активности клеточных элементов сердечно-сосудистой системы (эндотелиальных и гладкомышечных клеток сосудов) и мышечных клеток сердца (кардиомиоцитов). Понимание работы этих механизмов в норме позволяет выявлять нарушения, возникающие в них при сердечно-сосудистых заболеваниях и диабете и идентифицировать молекулярные мишени, воздействие на которые способствует восстановлению нормальных клеточных функций. По такому алгоритму на базе фундаментальных исследований в Лаборатории ведется поиск новых лекарственных препаратов для защиты сердца и сосудов.

Дальнейшим развитием эндотелиального направления в Лаборатории стало исследование молекулярных механизмов формирования эндотелиальной дисфункции при метаболических и гемодинамических нарушениях с целью разработки эндотелиопротективных технологий для применения в кардиологии, эндокринологии и других областях медицины.

В Лаборатории используются высокотехнологичные клеточные модели на основе эндотелиальных клеток сосудов человека и кардиомиоцитов. Эти модели позволяют воспроизводить in vitro метаболические нарушения (дислипидемию, гипергликемию и др.), регулируемую гипоксию, нарушения гемодинамики и электростимуляции клеток и анализировать проницаемость эндотелиального барьера, сократимость кардиомиоцитов, синтез клетками оксида азота и активных форм кислорода, внутриклеточный транспорт ионов кальция и другие параметры с помощью флуоресцентных зондов и видеомикроскопии. Для целенаправленного воздействия на потенциальные молекулярные мишени в эндотелиальных клетках используются методы генной инженерии, РНК-интерференции, ингибиторно-активаторного анализа. С помощью лентивирусной трансдукции в клетках экспрессируются интересующие исследователя белковые молекулы, слитые с флуоресцентными белками, что позволяет наблюдать за их поведением под микроскопом при моделировании патологических условий клеточного окружения. Метод иммуноблоттинга применяется для оценки уровней активации/ ингибирования внутриклеточных белков с помощью фосфоспецифических антител. Поскольку сайт-специфическое фосфорилирование является природным способом изменения активности многих ключевых белковых регуляторов в эндотелии, кардиомиоцитах и других клетках, в Лаборатории с помощью биоинформатических подходов и генно-инженерных технологий создаются фосфоимитирующие и нефосфорилируемые формы таких белков, в частности, протеинкиназ. Видеомикроскопия и другие методы анализа клеток, экспрессирующих белки-фосфомутанты, помогают выявить регуляторное влияние фосфорилирования на клеточные функции и оценить перспективы фармакологического воздействия на этот процесс. Применяемые клеточные модели также используются при первичном скрининге новых соединений – кандидатов в лекарство.

В Лаборатории разрабатываются современные подходы к анализу сетевой организации сигнальных систем клетки, позволяющие использовать искусственный интеллект и машинное обучение для понимания их связи с метаболизмом и поиска перспективных терапевтических мишеней. В качестве таких мишеней рассматриваются регуляторы активностей ключевых белковых комплексов, контролирующих анаболизм (комплексы механистической мишени рапамицина, mTOR) и катаболизм (комплексы АМФ-зависимой протеинкиназы, АМPК).

Основные достижения Лаборатории

• В совместных исследованиях с коллегами из США была впервые описана высокомолекулярная L-изоформа киназы легких цепей миозина – важнейший регулятор подвижности немышечных клеток, в том числе, эндотелия кровеносных сосудов. При целом ряде патологических состояний и стресс-воздействий L-киназы легких цепей миозин активируется и запускает сокращение эндотелиальных клеток сосудов в составе монослоя, что коррелирует с нарушением барьерной функции эндотелия и развитием гиперпроницаемости микрососудов. Идентификация L-киназы легких цепей миозин как ключевого активатора сосудистой гиперпроницаемости позволила выбрать этот фермент в качестве молекулярной мишени и начать разработку новых эндотелиопротективных и противоотечных лекарственных препаратов для медицины неотложных состояний.
• Совместно с Лабораторией синтеза пептидов Институт экспериментальной кардиологии им. ак. В.Н. Смирнова создано семейство оригинальных проникающих в клетки пептидных ингибиторов киназы легких цепей миозина. Один из представителей этого семейства, ПИК7, в многоцентровых доклинических исследованиях продемонстрировал выраженное защитное действие на сосудистую стенку и подлежащие ткани при ишемии-реперфузии сердца, мозга, тонкого кишечника и почек за счет снижения их реперфузионного повреждения. В настоящее время ПИК7, первый в мире экспериментальный эндотелиопротективный препарат – прямой ингибитор киназы легких цепей миозина, проходит клинические исследования 1 фазы (переносимость и безопасность препарата у здоровых добровольцев). В дальнейшем планируется применение ПИК7 на стадии активного восстановления кровотока при остром инфаркте миокарда и ишемическом инсульте, а также для защиты органов при хирургических операциях с остановленным локальным кровотоком и при трансплантации органов, где планово выполняется восстановление кровотока в органе, и не исключено его реперфузионное повреждение.
• Исследуя совместно с немецкими учеными роль гладкомышечного белка KRP, который кодируется тем же геном, что и L-киназы легких цепей миозин, мы пришли к выводу, что KRP может выполнять функцию универсального ингибитора протеинкиназ, активирующих гладкомышечный миозин, таких как киназа легких цепей миозина, ROCK, DAPK и др. Это новый ранее не рассматривавшийся аспект регуляции сокращения гладких мышц. Возможно, аналогичную роль играет и KRP-домен L-киназа легких цепей миозина в немышечных клетках – эндотелии, эпителии, лейкоцитах.
• Выявлены молекулярные механизмы кооперации протеинкиназ L- киназы легких цепей миозина и ROCK в эндотелиальных клетках, приводящие к развитию стресс-индуцированной гиперпроницаемости эндотелия. Эти исследования обосновали комбинированный фармакологический подход к снижению гиперпроницаемости микрососудов и позволили начать экспериментальную проверку эффективных противоотечных лекарственных сочетаний, включающих ПИК7.
• При исследовании барьерных свойств эндотелиальных клеток в условиях метаболического моделирования различных этапов развития сахарного диабета 2 типа было установлено, что наибольший негативный эффект на эндотелиальный барьер оказывают продукты перекисного окисления липидов, такие как малоновый диальдегид, но не производные глюкозы глиоксаль и метилглиоксаль, несмотря на то, что эти дикарбонилы также модифицируют эндотелиальные белки. Полученные данные указывают на то, что обусловленное дислипидемией оксидативное повреждение сосудистой стенки при развитии диабета возникает раньше, чем в организме сформируется стойкая гипергликемия, что предполагает более ранние меры профилактики и лечения.
• Длительное (1 месяц) стационарное культивирование эндотелия в условиях гипергликемии не нарушает его жизнеспособности, барьерных свойств и реакции на агонисты (гистамин, тромбин), что согласуется с отсутствием влияния гликоальдегидов на эндотелиальный барьер. Объяснение причин развития сосудистых повреждений у больных сахарным диабетом 2 типа требует, таким образом, учета дополнительных факторов повреждения сосудов и может сопровождаться переосмыслением медикаментозной стратегии для этих больных.
• Установлено, что активатор АМФ-зависимой протеинкиназы AICAR (структурный аналог АМФ) повышает устойчивость эндотелиальных клеток к повреждающему действию свободных насыщенных жирных кислот, таких как пальмитат, уровень которого в крови возрастает при морбидном ожирении. Из двух изоформ каталитических субъединиц АМФ-зависимой протеинкиназы, присутствующих в эндотелии, защиту против избытка пальмитата обеспечивает ее альфа-1 изоформа. Значительно более мощную защиту от липотоксичности пальмитата обеспечивает напряжение сдвига на эндотелии, создаваемое потоком среды роста in vitro, моделирующим поток крови в сосудах. Защитный эффект напряжения сдвига не опосредуется эндотелиальной АМФ-зависимой протеинкиназы, хотя она и активируется в этих условиях.
• В совместных исследованиях с лабораторией экспериментальной патологии сердца и коллегами из Института молекулярной биологии РАН показан кардиопротективный эффект биоподобных синтетических комплексов глутатиона и оксида азота – динитрозильных комплексов железа с глутатионом и нитрозоглутатиона. В условиях глубокой гипоксии эти соединения пролонгировали сократительную активность кардиомиоцитов и изолированного сердца крысы за счет поддержания нормальных осцилляций ионов кальция в саркоплазме. На основе динитрозильных комплексов железа с глутатионом в ФГБУ «НМИЦК им. ак. Е.И. Чазова» Минздрава России создан гипотензивный препарат «Оксаком», подтвердивший свою эффективность при купировании гипертонических кризов у пациентов. Полученные нами данные свидетельствуют в пользу того, что «Оксаком» может также применяться для защиты ишемизированного миокарда при кардиохирургических операциях и у пациентов с хронической ишемической болезнью сердца. Совместно с профессором А.Ф. Ваниным (Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН) на основе этилового эфира глутатиона создан новый вариант динитрозильных комплексов железа с глутатионом, обладающий более высокой кардиопротективной активностью, чем «Оксаком».
• Научные исследования Лаборатории поддержаны грантами Российского фонда фундаментальных исследований и грантами международных научных организаций (HHMI, Wellcome Trust, BHF, Fogarty, CRDF, DFG, INTAS). В настоящее время исследования выполняются в рамках Государственных заданий и грантов Российского научного фонда. Научно-технические разработки Лаборатории защищены 6 патентами Российской Федерации и Европейским патентом.

Руководитель Лаборатории клеточной подвижности – Ширинский Владимир Павлович, доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник

Сотрудники Лаборатории

1. Воротников Александр Вячеславович, ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук
2. Хапчаев Аскер Юсуфович, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук
3. Дорощук Александр Дмитриевич, научный сотрудник, кандидат биологических наук
4. Самсонов Михаил Васильевич, младший научный сотрудник
5. Никашин Алексей Вячеславович, биолог
6. Подкуйченко Никита Владимирович, лаборант-исследователь
7. Орехова Анастасия Александровна, лаборант-исследователь
8. Ундровинас Нидас Альберто, лаборант-исследователь

• Контакты

  Телефон: 8-495-414-72-46

  Электронная почта: shirinsky@gmail.com