Лаборатория молекулярной эндокринологии

Лаборатория основана в 1982 году по решению академика Евгения Ивановича Чазова.

Основные направления научных исследований

Изучение процессов рецепции гормонов, цитокинов и факторов роста, их внутриклеточной сигнализации.

Выяснение молекулярных механизмов регуляции роста тканей, миграции, пролиферации и дифференцировки клеток.

Исследование механизмов регуляции направленного роста сосудов и нервов с участием урокиназной системы, роли урокиназной системы в процессах, опосредующих ранозаживление и фиброз, а также в эпителиально-мезенхимальном переходе.

Изучается внутриклеточная сигнализация урокиназы и ее рецептора, приводящие к перестройке цитоскелета, перераспределению адгезивных контактов, стимуляции адгезии, миграции, пролиферации клеток и регенерации тканей.

В лаборатории активно используются подходы, связанные с технологией редактирования генома CRISPR/Cas9. В частности, на основе этого метода созданы различные клеточные линии, которые могут быть в дальнейшем использованы для выявления новых потенциальных терапевтических мишеней или скрининга потенциальных препаратов для лечения заболеваний сердца и сосудов.

Основные достижения лаборатории

Установлен  молекулярный механизм влияния G-белков на развитие как гиперчувствительности, так и толерантности клеток к действию катехоламинов и лекарственных препаратов, впервые описано нарушение чувствительности клеток к гормонам, развивающееся при гипертонии, ишемии или инфаркте миокарда, раскрыт механизм влияния гипоксии на чувствительность клеток к гормонам.

В 90-х годах коллектив, руководимый В.А.Ткачуком, опубликовал пионерские работы об участии рецепторов растяжения в специфической регуляции экспрессии генов в сосудистых клетках. Впервые были описаны гормоноподобные эффекты липопротеидов низкой плотности и установлен рецептор – Т-кадгерин, через который эти эффекты осуществляются. В ходе дальнейших исследований было показано, что Т-кадгерин является навигационным рецептором, определяющим траекторию роста нервов и сосудов. Позже было установлено, что Т-кадгерин, экспрессируемый в эндотелиальных клетках, способен регулировать проницаемость эндотелия, а также участвует в опухолевом ангиогенезе и росте и метастазировании меланомы.

Были проведены масштабные совместные исследования в области изучения механизмов роста и ремоделирования сосудов и репаративных процессов в сердечно-сосудистой системе. Коллективами, возглавляемыми В.А.Ткачуком,  Е. В. Парфёновой, Р. Ш. Бибилашвили, С. П. Домогатским проведены работы, позволившие установить роль компонентов системы фибринолиза в процессах роста и ремоделирования сосудов, роста нервов, развития фиброза тканей, что позволило обозначить новые мишени для воздействия на эти процессы. Установлено взаимодействие урокиназы с белком внеклеточного матрикса фибулином-5. Показано, что фибулин-5 влияет на такие зависимые от интегринов эффекты урокиназы, как пролиферация и миграция клеток, внутриклеточная сигнализация. Исследования доменной специфичности урокиназы показали, что протеолитическая активность урокиназы играет критическую роль в регуляции миграции клеток и констриктивном ремоделировании поврежденной сосудистой стенки. Впервые доказано, что активирующее действие урокиназы на пролиферацию клеток опосредует супероксидный радикал, который действует как вторичный посредник. Выявлен новый путь сигнализации урокиназы, регулирующий экспрессию генов, опосредованный быстрой, зависимой от нуклеолина транслокацией урокиназы в ядро, и ответственный за фенотипическую трансформацию фибробластов в миофибробласты. Сотрудниками лаборатории впервые была определена третичная структура урокиназы и ее комплекса с урокиназным рецептором. На основании данных магнитно-резонансного анализа описан новый механизм взаимодействия урокиназы с урокиназным рецептором, согласно которому β-слои в ростовом домене не являются необходимым элементом для взаимодействия урокиназы с ее рецептором.

Были обнаружены уникальные свойства урокиназной системы в регуляции направленного роста нервов, формировании структур головного мозга и при регенерации нервов во взрослом организме, способность урокиназного рецептора опосредовать траекторию роста и ветвление аксонов. Впервые получены комплексные данные о роли урокиназной системы в регенерации нервов, выживаемости, дифференцировке и гибели нейронов. Выявлена защитная роль рецептора урокиназы в выживаемости нейронов, которая обеспечивается взаимодействием uPAR с α5β1 интегринами. Впервые раскрыты биохимические и молекулярно-биологические механизмы участия урокиназной системы в процессах роста и ветвления аксонов. Показано, что в механизме направленного роста нервов с участием урокиназного рецептора важную роль играет его взаимодействие с рецепторными тирозинкиназами – рецептором эпидермального фактора роста и рецептором нейротрофинов. Установлено, что активация внутриклеточной сигнализации также опосредует выживаемость и дифференцировку нейронов. Обнаружено, что урокиназная система выполняет двоякую функцию: при связывании uPA с uPAR активируется внутриклеточная сигнализация, опосредующая выживаемость, дифференцировку и нейритогенез, а в отсутствие uPAR урокиназа проникает в ядро и вызывает активацию транскрипционного фактора NF-kB в клетках.

Так как урокиназная система играет важную роль в канцерогенезе и метастазировании, использование подходов для снижения ее активности или нокаутирования представляет собой перспективный подход для создания противоопухолевых препаратов. Используя систему редактирования генома CRISPR/cas9 для делеции гена урокиназного рецептора, показано, что его нокаут в клетках нейробластомы приводит к снижению пролиферации, деградации ДНК и каспазозависимой клеточной гибели.

Впервые было показано, что ген урокиназного рецептора является геном раннего ответа в головном мозге при стимуляции нейрональной активности. При помощи методов поиска in silico и секвенирования образцов мозга мыши были идентифицированы микроРНК, экспрессируемые с гена урокиназного рецептора. Обнаружен принципиально новый механизм регуляции экспрессии транскрипционных факторов Mef2d, Snrnp200 и Emx2 в головном мозге мыши посредством обнаруженных микроРНК.

Сотрудниками лаборатории выделены и охарактеризованы мезенхимные стволовые клетки жировой ткани человека. Обнаружена способность этих клеток стимулировать регенерацию тканей, индуцировать рост кровеносных сосудов и нервов. Выявлены механизмы такой стимуляции, установлено, что стимулирующее влияние мезенхимных стволовых клеток обусловлено как растворимыми продуктами секреции (факторами роста, цитокинами и хемокинами), так и генерацией микровезикул. Оценено влияние воспаления и гипоксии на функциональную активность этих клеток. Установлено, что скорость миграции мезенхимных клеток контролируется рецептор-зависимым механизмом, включающим активацию НАДФН-оксидаз, образование активных форм кислорода и накопление внутри клеток пероксида водорода.

Описан новый транскрипционный фактор Prep1 и механизм регуляции активности PPARγ - мастер-регулятора адипогенеза и липидного метаболизма. Показано, что Prep1 относится к семейству гомеобокс-содержащих факторов, которые критически важны для дифференцировки клеток, в том числе в адипоцитарном направлении. Получены данные о том, что Prep1 может регулировать чувствительность клеток к действию инсулина.

Научные исследования лаборатории поддержаны Государственными заданиями, грантами Российского фонда фундаментальных исследований и Российского научного фонда. Результаты работы Лаборатории публикуются в ведущих российских и зарубежных научных журналах.

Руководитель Лаборатории молекулярной эндокринологии – Ткачук Всеволод Арсеньевич, академик РАН

Сотрудники Лаборатории

1. Плеханова Ольга Сергеевна, ведущий научный сотрудник, доктор медицинских наук
2. Климович Полина Сергеевна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук