Лаборатория регуляции агрегатного состояния крови

Заведующий лабораторией — академик РАН Кубатиев Аслан Амирханович
тел. (499) 151-17-21
bioinf@mail.ru

 

Из истории лаборатории. Лаборатория регуляции агрегатного состояния крови  была организована в 2004 году. С момента основания ее возглавляет известный ученый в области гемостазиологии академик РАН Аслан Амирханович Кубатиев. Пройдя через ряд изменений названия, обусловленных развитием своей тематики, лаборатория  инициировала и активно проводит исследования на самом современном уровне по ряду передовых тем мировой научной повестки, сформировавших   новое  для  патофизиологии направление – молекулярную патофизиологию. Проводимая руководителем лаборатории эффективная кадровая политика, его уникальные возможности по привлечению материально-технических ресурсов, а также широкий спектр научных интересов  — все эти факторы привели к бурному развитию научных исследований, вышедших далеко за рамки одной лаборатории и приведших к формированию отдела молекулярной и клеточной патофизиологии.

В октябре 2020 г. лаборатория была объединена с лабораторией функциональной ангиопротеомики и метаболомики, которая в свою очередь была создана в мае 2012 г. по инициативе научного руководителя лаборатории академика РАН Кубатиева Аслана Амирхановича с целью разработки и внедрения в клиническую практику более совершенных способов диагностики и мониторинга патологии сердечно-сосудистой системы методами метаболомики и протеомики. Первым направлением исследований лаборатории функциональной ангиопротеомики и метаболомики было изучение системы низкомолекулярных аминотиолов в патологии сердечно-сосудистых заболеваний. Аминотиолы использовались в качестве биомаркеров для оценки различных дисфункций человека и степени их развития. Непосредственный интерес представляло количественное определение в крови и плазме, прежде всего, гомоцистеина и его фракций. Первоначальной задачей стояло создание аналитической базы для анализа фракций аминотиолов и их метаболитов в биологическом материале (плазма крови, клеточные культуры и др.). Под руководством проф. Лузянина было опробировано несколько методов с использованием жидкостной хроматографии, капиллярного электрофореза и масс-спектрометрии.

Обе лаборатории совместно проводили работы по изучению редокс-статуса аминотиолов плазмы при ишемии головного мозга. Было показано, что он претерпевает резкие изменения в условиях локальной ишемии.

Основные направления деятельности лаборатории и достижения

В лаборатории были с нуля освоены новейшие методы функциональной геномики, масс-спектрометрии, микрофлюидики, клеточной и молекулярной биологии – столь развитый методический арсенал вкупе с хорошей приборной базой позволил в 2011 г. сформировать на основе технопарка лаборатории Центр коллективного пользования научным оборудованием, который возглавил один из первых пришедших в лабораторию сотрудников Московцев А.А.

В лаборатории был подготовлен целый ряд выдающихся молодых научных сотрудников-кандидатов наук, некоторые из них продолжили исследования по избранным в лаборатории направлениям в ведущих мировых научных центрах – Бостоне (США), Майнце (Германия) – к.б.н. Меситов М.В., Гейдельберг (Германия) – Игнашкова Т.И. Сотрудник лаборатории  Зайченко Д.М. проходил в 2016 г. стажировку в г. Берн, Швейцарии.

В лаборатории исследования проводятся по нескольким научным темам.

Стресс эндоплазматического ретикулума: фундаментальные основы динамической регуляции системы сигнальных каскадов UPR (Unfolded Protein Response) и стресс-ассоциированного процессинга РНК в клетках разных типов.

В 2012-2018 гг. в лаборатории исследовались влияния стресса эндоплазматического ретикулума (стресс ЭПР) на биогенез малых РНК в клетках различных типов. Индукция стресса ЭПР проводилась нами с помощью химических агентов: ее дитиотрейтола, нарушающего образование дисульфидных связей в ЭПР,  туникамицина, ингибирующего гликозилирование белков в ЭПР. Данные воздействия моделируют различные нарушения в работе клетки, имеющие место  при разных патологиях, но при этом приводят к единому механизму  — индукции  ответа клетки на белки с ненативными конформациями (Unfolded Protein Response). Используя существенно различающиеся по механизму действия индукторы стресса ЭПР и разные клеточные модели, мы, тем не менее, в результате проведенных исследований впервые установили общий механизм: стресс ЭПР приводит к снижению биогенеза микроРНК, что ведет к глобальному снижению уровня экспрессии этого целого класса малых РНК.

Показано, что стресс ЭПР во всех случаях приводил к падению уровня мРНК ключевого компонента биогенеза микроРНК – рибонуклеазы DICER1, однако, при этом, уровень мРНК ядерного компонента биогенеза DROSHA оставался без изменений. Проведенный иммуноферементный анализ подтвердил, что под действием индукторов стресса в обеих клеточных линиях происходит значимое снижение уровня белка DICER1. Обнаруженное нами снижение биогенеза микроРНК при стрессе ЭПР является фундаментальным механизмом, который может быть вовлечен в процессы злокачественной трансформации клеток, а также клеточное старение. Так как микроРНК в существенной степени ответственны за поддержание дифференцированного клеточного фенотипа, наблюдаемые при раке явления дедифференцировки клеток могут отражать снижение экспрессии микроРНК и “потерю контроля” этим важным регулятором над клеточным фенотипом. Это может происходить, например, при гипоксии, способной индуцировать стресс ЭПР.

В 2017-2019 гг. большое внимание в исследованиях уделялось  клеточному старению. Это  — фундаментальный механизм, ограничивающий деление клеток,  меняющий их морфофункциональные свойства и являющийся ключевым элементом организменного старения и возрастзависимой патологии. Стресс-индуцированное старение развивается в результате множественного действия на клетки субтоксических окислительных стрессов, гипероксии. Клетки, подвергнутые стресс-индуцированному старению,  характеризуются теми же ключевыми маркерами старения, что и клетки в стадии репликативного старения, а именно: характерными морфологическими изменениями, высоким уровнем ассоциированной со старением  β-галактозидазной активности, остановкой клеточного цикла, укорочением теломер. Клеточное старение также ассоциировано с накоплением  ковалентно модифицированных и неправильно свернутых белков.

В 2018 г. в лаборатории впервые было показано, что повторяющееся действие стресса эндоплазматического ретикулума приводит к развитию фенотипа, идентичного наблюдаемому при клеточном старении. Мы назвали этот фенотип и вызывающий его процесс как  Endoplasmic Reticulum Stress-Induced Premature Senescence, ERSIPS.  Обнаружили, что многократный стресс ЭПР приводит к значительным изменениям в морфологии и структуре клеточной популяции. Для фибробластов, находящихся в фазе экспоненциального роста, ERSIPS-фенотипические изменения  частично обратимы после устранения стресс-индуцирующего фактора. Способность клеток к реверсии ERSIPS снижается с увеличением числа удвоений клеточной популяции, т.е. с возрастом клеток. Было показано, что ERSIPS сопровождается изменениями плоидности клеток и числа ядер.

При исследовании методом высокопроизводительного анализа экспрессии генов Affymetrix транскриптомы клеток с фенотипом ERSIPS обнаружено снижение биогенеза микроРНК при ERSIPS, сохраняющееся после снятия стресс-индуцирующего воздействия. Предполагается, что глобальное снижение уровня микроРНК  может быть одним из ключевых механизмов при ERSISP.

Полученные данные будут способствовать выработке новых подходов к корректировке возрастной  патологии, позволят разработать более эффективные новые терапевтические технологии на основе управления адаптивным потенциалом клеток.

В свою очередь основными задачами группы функциональной ангиопротеомики и метаболомики являются:

  • Разработка методологических аспектов исследования содержания биоиндикаторов быстрой оценки риска развития сосудистых поражений: методология определения S-аденозилгомоцистеина (SAH) и S-аденозилметионина (SAM) в биологических объектах (моча, плазма, ткани), а также Nε-гомоцистеинил-лизина в плазме крови и их соотношения (SAM/SAH) для оценки различных дисфункций с привлечением методов целевой метаболомики и протеомики;
  • Выявление связи индекса метилирования (отношение уровня S-аденозилметионина к уровню S-аденозилгомоцистеина) Nε-гомоцистеинил-лизина с локализацией, степенью повреждения головного мозга и типом нарушения кровообращения в крови в модельных экспериментах на животных (крысы).
  • Выявление диагностической значимости вышеуказанных биоиндикаторов высокого риска сосудистых поражений у больных с ишемическим инсультом, сахарным диабетом и хронической почечной недостаточностью различной этиологии и стадий;
  • Выявление прогностической значимости отношения S-аденозилгомоцистеин/S-аденозилметионин и уровня Nε-гомоцистеинил-лизина в плазме крови у больных с острыми нарушениями мозгового кровообращения по ишемическому типу.

Сотрудниками группы функциональной ангиопротеомики и метаболомики были получены следующие важные результаты.

  1. Установлено, что сахарный диабет у больных с хроническимм нарушением мозгового кровообращения ассоциирован со снижением как общего уровня глутатиона в плазме крови, так и со снижением его восстановленной формы.
  2. Показано, что нарушение гомеостаза глутатиона является дополнительным фактором прогрессирования сосудисто-мозговой недостаточности у больных сахарным диабетом.
  3. Выявлена роль активации β1-адренорецепторов в регуляции редокс-статуса аминотиолов при острой ишемии головного мозга.
  4. Разработана и валидирована методика определения Nε-гомоцистеинил-лизина в плазме крови человека методом тандемной жидкостной хромато-масс-спектрометрии с регистрацией селективных переходов в условиях ионизации электрораспылением.

Основные публикации 2019-2020 гг.:

  1. Silaeva Y.Y., Kalmykov V.A., Varlamova E.A., Korshunov E.N., Korshunova D.S., Kubekina M.V., Shtil A.A., Roninson I.B., Deykin A.V. Genome Editing As an Approach to the Study of in Vivo Transcription Reprogramming. // Dokl. Biochem. Biophys. — 2020 — 490 — 43–46. Published: 27 April 2020. https://doi.org/10.1134/S1607672920010147
  2. Sokolovskaya A., Korneeva E., Zaichenko D., Virus E., Kolesov D., Moskovtsev A., Kubatiev A. Changes in the Surface Expression of Intercellular Adhesion Molecule 3, the Induction of Apoptosis, and the Inhibition of Cell-Cycle Progression of Human Multidrug-Resistant Jurkat/A4 Cells Exposed to a Random Positioning Machine. // International journal of molecular sciences — 2020 — 21(3), P. 855. Published: 28 January 2020. https://doi.org/10.3390/ijms21030855 
  3. Moskovtsev A., Mylnikova A., Kolesov D., Mikryukova A., Zaychenko D., Sokolovskaya A., Kubatiev A.  Оценка продукции оксида азота эндотелиальными клетками EA.hy926 при механическом стрессе, создаваемом потоком в микрофлюидной системе. // Патогенез. — 2020 — 18(4) — C. 71-77. Опубликовано: 02.12.2020 г. https://doi.org/10.25557/2310-0435.2020.04.71-77
  4. Иванов А. В., Вирюс Э. Д., Логинов В. И., Зимина И. С., Бурденный А. М., Александрин В. В., Кубатиев А. А. Метаболизм гомоцистеина на экспериментальных моделях гипергомоцистеинемии у грызунов. Часть 1: генетические модели. // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. — 2020. — Т. 64, № 4. — С. 118-124. Опубликовано: 26.11.2020. https://doi.org/10.25557/0031-2991.2020.04.118-124
  5. Круглова М.П., Иванов А.В., Вирюс Э.Д., Булгакова П.О., Самохин А.С., Федосеев А.Н., Грачев С.В., Кубатиев А.А. Urine S-Adenosylmethionine are Related to Degree of Renal Insufficiency in Patients with Chronic Kidney Disease. — Lab Medicine — 2020 — Volume 52, Issue 1 — P. 47-56. Published: 23 July 2020. https://doi.org/10.1093/labmed/lmaa034
  6. Maksimova M.Y., Ivanov A.V., Nikiforova K.A., Virus E.D., Suanova E.T., Ochtova F.R., Piradov M.A., Kubatiev A.A. Aminothiols in blood plasma at different subtypes of ischemic stroke. // Zhurnal nevrologii i psikhiatrii imeni S.S. Korsakova. — 2020 — Volume 120, Issue 8 — Vyp 2 — P. 17-23. https://doi.org/10.17116/jnevro202012008217
  7. Максимова М.Ю., Иванов А.В., Никифорова К.А., Охтова Ф.Р., Суанова Е.Т., Вирюс Э.Д., Зимина И.С., Пирадов М.А., Кубатиев А.А. Сахарный диабет 2-го типа у пациентов с острым ишемическим инсультом ассоциируется со снижением уровня глутатиона в плазме крови. // Российский Неврологический журнал. — 2020 — Т. 25, №5 — C. 29-35. Опубликовано: декабрь 2020 г. https://doi.org/10.30629/2658-7947-2020-25-5-29-35
  8. Dubchenko E., Ivanov A., Spirina N., Smirnova N., Melnikov M., Boyko A., Gusev E., Kubatiev A. Hyperhomocysteinemia and endothelial dysfunction in multiple sclerosis. // Brain Sciences. — Volume 10, Issue 9 — Article number 637 — P. 1-12. Published: 16 September 2020. https://doi.org/10.3390/brainsci10090637
  9. Хабаров В.Н., Бойков П.Я., Иванов П.Л., Московцев А.А. Перепрограммирование генома в адаптивных реакциях клетки. Влияние гиалуронанового гидрогеля с наночастицами золота на дифференцировку мезенхимных стволовых клеток в фибробласты // Молекулярная медицина. — 2019 — Том 17, №1 — С. 32-36. https://doi.org/10.29296/24999490-2019-01
  10. Смольянинова Л.В., Шиян А.А., Клементьева Т.С., Московцев А.А., Кубатиев А.А., Орлов С.Н. Уабаин в низких концентрациях изменяет транскрипцию, не влияя на внутриклеточное содержание натрия и калия в нейронах мозга крысы. // Биологические мембраны. — 2019 — Т. 36, № 5. — С. 373-380. https://doi.org/10.1134/S0233475519030071
  11. Smolyaninova L.V., Shiyan A.A., Kapilevich L.V., Lopachev A.V., Fedorova T.N., Klementieva T.S., Moskovtsev A.A., Kubatiev A.A., Orlov SN. Transcriptomic changes triggered by ouabain in rat cerebellum granule cells: Role of α3- and α1-Na+,K+-ATPase-mediated signaling. // PLoS One. — 2019 — 14(9) — e0222767. Published: 26 September 2019. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0222767
  12. Kruglova M.P., Grachev S.V., Bulgakova P.O., Ivanov A.V., Virus E.D., Nikiforova K.A., Fedoseev A.N., Savina G.D., Kubatiev A.A. Low S-adenosylmethionine/ S-adenosylhomocysteine Ratio in Urine is Associated with Chronic Kidney Disease. // Lab Med. — 2019 — Volume 51, Issue 1 — P. 80–85. Published: 27 June 2019. https://doi.org/10.1093/labmed/lmz035
  13. Ivanov A.V., Dubchenko E.A., Kruglova M.P., Virus E.D., Bulgakova P.O., Alexandrin V.V., Fedoseev A.N., Boyko A.N., Grachev S.V., Kubatiev A.A. Determination of S-adenosylmethionine and S-adenosylhomocysteine in blood plasma by UPLC with fluorescence detection. // J. Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. — 2019 — Volume 1124 — P. 366-374. Published: 15 August 2019. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2019.06.032
  14. Maksimova M.Y., Ivanov A.V., Virus E.D., Alexandrin V.V., Nikiforova K.A., Bulgakova P.O., Ochtova F.R., Suanova E.T., Piradov M.A., Kubatiev A.A. Disturbance of thiol/disulfide aminothiols homeostasis in patients with acute ischemic stroke stroke: Preliminary findings. // Clin Neurol Neurosurg. — Volume 183 — 105393. Published: August 2019. https://doi.org/10.1016/j.clineuro.2019.105393
  15. Ivanov A.V., Kruglova M.P., Virus E.D., Bulgakova P.O., Grachev S.V., Kubatiev A.A. Determination of S-adenosylmethionine, S-adenosylhomocysteine, and methylthioadenosine in urine using solvent-modified micellar electrokinetic chromatography. // ELECTROPHORESIS. — Volume 41, Issue 3-4 — P. 209-2014. Published: 28 November 2019. https://doi.org/10.1002/elps.201900364