Лаборатория биохимической генетики

Заведующий лабораторией

Соколов Алексей Викторович,
доктор биологических наук

e-mail: sokolov.av@iemspb.ru

История лаборатории

В 1956 г. в стенах ИЭМ, а именно в Отделе биохимии, выдающийся биохимик XX в., член-корреспондент АМН СССР Соломон Абрамович Нейфах создал Лабораторию энзимологии, которая в 1963 г. была преобразована в самостоятельную Лабораторию биохимической генетики, впоследствии ставшую ядром Отдела молекулярной генетики. По замыслу Соломона Абрамовича основная задача лаборатории состояла в изучении молекулярных механизмов возникновения и развития наследственных болезней, а также в разработке и применении методов генной инженерии в изучении, диагностике и терапии таких заболеваний. Соломон Абрамович был одним из первых биохимиков, успешно объединивших биохимию и генетику для решения актуальных проблем медицины. В стенах ИЭМ он основал школу молекулярных биологов и молекулярных генетиков.

С.А. Нейфах возглавлял Лабораторию с момента её основания до 1988 г., когда передал дело всей своей жизни в достойные руки — своему ответственному и перспективному ученику — Владимиру Соломоновичу Гайцхоки. К тому моменту Лаборатория уже входила во вновь сформированный Отдел молекулярной генетики. В 1997 г. заведующим Лабораторией стал д.м.н. Вадим Борисович Васильев, а затем в 2002 г. — д.б.н. Михаил Юрьевич Мандельштам. С 2015 г. Лабораторией руководит доктор биологических наук Алексей Викторович Соколов.

С момента основания Лаборатории здесь проводится широкий спектр научных исследований медико-биологического профиля, исследуются биохимические основы патогенеза наследственных заболеваний человека и внедряются передовые методы изучения нуклеиновых кислот и белковых молекул. Сотрудниками Лаборатории получены значимые результаты, имеющие как фундаментальное, так и прикладное значение.

Многолетний труд Мандельштама Михаила Юрьевича, Голубкова Валерия Ивановича, Руновой Ольги Леонидовны и других сотрудников Лаборатории позволил клонировать участок лиганд-связывающего домена гена рецептора липопротеинов низкой плотности (LDLR), идентифицировать специфичные для российской популяции мутации генов LDLR, альфа-1-антирипсина и локуса кистозного фиброза (муковисцидоза). Под руководством М.Ю. Мандельштама были выявлены мутации в генах, ответственных за развитие семейной гиперхолестеринемии (СГ), семейных форм рака молочной железы (РМЖ) и яичника (РЯ), а также первичной открытоугольной глаукомы (ПОУГ).

Полученные в Лаборатории результаты указывают на высокую генетическую гетерогенность СГ в России и на наличие большого числа редких мутаций в гене LDLR. Благодаря исследованиям сотрудников Лаборатории в настоящее время количество найденных в Санкт-Петербурге мутаций гена LDLR превышает их число во всех остальных регионах России вместе взятых. Так, у пациентов с СГ в гене LDLR, охарактеризованы более 40 различных мутаций и 12 полиморфизмов. Тридцать одна из найденных мутаций, по-видимому, является причиной СГ, и лишь четыре варианта рассматриваются как нейтральные для развития этого заболевания. Суммарно мутации гена LDLR, ассоциированные с развитием СГ, выявлены в 41 из 74 (55%) исследованных семей с СГ. Из числа обнаруженных мутаций 18 впервые описаны в Санкт-Петербурге, а 17 из них специфичны исключительно для России. У жителей России выявлено большое разнообразие мутаций в гене LDLR, из которых больше трети (39,4%) специфичны для страны и больше нигде в мире до настоящего времени не найдены. При этом лишь немногие варианты гена рецептора LDLR встречаются в нескольких семьях, в основном же в России преобладают уникальные мутации.

Важным результатом исследований стал экспериментально установленный факт отсутствия (или низкой встречаемости) в Санкт-Петербурге мутации R3500Q в гене аполипопротеина В (APOB), вызывающей заболевание FDB (familial defective apolipoprotein B-100), клинически не отличимое от СГ. Эти данные имеют большое практическое значение, поскольку при ДНК-диагностике гиперхолестеринемий у пациентов Северо-Западного региона России позволяют сосредоточить внимание на гене LDLR, а не на APOB.

При изучении семейных форм РМЖ в Лаборатории впервые было показано, что мутация 5282insC в гене BRCA1 является мажорной на Северо-Западе России и может быть ответственной за развитие приблизительно 10% семейных случаев РМЖ и вплоть до 40% случаев семейных форм РЯ. Суммарно в гене BRCA1 в Санкт-Петербурге сотрудниками Лаборатории охарактеризовано 12 мутаций, в том числе 3 новые, ранее в мире неизвестные. Эти исследования проводились при сотрудничестве с НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова МЗ РФ. Мутации гена BRCA1, ассоциированные с риском развития РМЖ, выявлены у 30% пациентов из Санкт-Петербурга, что не уступает результатам ДНК-диагностики в других странах Европы и Азии. Важным для практики выводом стало заключение об общности мажорных мутаций в гене BRCA1 в России и славянских странах Восточной Европы, что позволяет целенаправленно осуществлять ДНК-диагностику заболевания. На основании полученных данных были созданы диагностические наборы («Медиген», Новосибирск) для идентификации частых мутаций гена BRCA1 в России. Кроме того, полученные результаты способствовали разработке тестов на мутации гена BRCA1 в ряде лабораторий не только в России, но и в Белоруссии.

Впервые в России у пациентов с семейными формами глаукомы именно в Лаборатории биохимической генетики Отдела молекулярной генетики при активном сотрудничестве с Кафедрой глазных болезней СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова были начаты молекулярно-генетические исследования генов миоцилина (MYOC/TIGR), оптиневрина (OPTN) и WDR36. Так, у пациентов с ПОУГ была идентифицирована мутация Q368X в гене MYOC/TIGR и показано отсутствие других мутаций этого локуса, которые могли бы обусловливать семейные формы ПОУГ. У жителей Санкт-Петербурга в генах OPTN и WDR36 не были обнаружены известные в мире мутации, предположительно вовлеченные в патогенез ПОУГ, но при этом в гене OPTN выявлен полиморфизм М98К (c. 603 T>A), который может рассматриваться как фактор риска ПОУГ. В дальнейшем проведенные исследования по генетике врожденных и ювенильных форм глаукомы также позволили выявить важные генетические особенности петербургской популяции, что имеет большое значение для медико-генетического консультирования в офтальмологии.

Сотрудничество

Лаборатория поддерживает сотрудничество со следующими учреждениями: Государственный НИИ ОБП ФМБА, НИЦ «Курчатовский институт», ФНКЦ «Физико-химической медицины» ФМБА, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова, Институт физико-химической биологии МГУ, Центр клинической и экспериментальной медицины (г. Новосибирск), Белорусский государственный университет (кафедра биофизики и кафедра биохимии) (г. Минск, Республика Беларусь), СПбПУ им. Петра Великого; СПбГУ; Научно-практический центр животноводства НАН Беларуси (Жодино, Республика Беларусь).

Основные направления исследований

Традиционное направление исследований Лаборатории биохимической генетики — разработка подходов к ДНК-диагностике часто встречающихся наследственных заболеваний с манифестацией у пациентов среднего возраста (30–40 лет).

С 2015 г. тематика исследований Лаборатории была дополнена следующими направлениями:

  • характеристика биохимических механизмов развития наследственных заболеваний, в том числе с использованием клеточных культур и трансгенных животных;
  • получение природных и рекомбинантных белков, в том числе антигенов; изучение их взаимодействий, в том числе с пептидными и низкомолекулярными лигандами;
  • получение моноклональных антител, определение их первичной структуры, клонирование и анализ специфичности антител;
  • разработка новых методов биохимической и иммунохимической диагностики наследственных заболеваний.

Основные научные результаты за последние 5 лет

  • У жителей России проведен мета-анализ полиморфизмов и мутации в гене рецептора ЛПНП как потенциальных факторов риска развития семейной гиперхолестеринемии, сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний.
  • Cоставлены базы данных, описывающие мутации и полиморфизмы в гене рецептора ЛПНП. Выявлено, что большинство обнаруженных в России мутаций специфичны для каждого из изученных городов (Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Петрозаводск, Иваново, Томск, Оренбург, Омск, Тюмень, Вологда, Кемерово, Владивосток, Красноярск) и существенно меньшее число мутаций являются общими с другими регионами. Наибольшее количество патогенных или вероятно патогенных вариантов гена LDLR в России найдено только в Москве (101 мутация), 35 вариантов найдены только в Санкт-Петербурге, 23 — только в Новосибирске, 11 — только в Петрозаводске, 33 — в других регионах или нескольких регионах одновременно.
  • Исследовано распределение белков BASP1 и GAP-43 в раковых клеточных линиях (HeLa, HEK293T, MOVCAR7). Обнаружено, что во всех исследованных клетках BASP1 имеет цитоплазматическую локализацию, а белок GAP-43 — ядерную локализацию, при этом он фосфорилирован по остатку Ser41. Предполагается, что механизм образования ядерных и цитоплазматических форм белков BASP1 и GAP-43 может быть сходным для ранних эмбрионов и исследованных клеточных линий.
  • Регистрация кинетики хлорирующей активности миелопероксидазы (МПО) позволила доказать неконкурентный механизм ингибирования ее активности под действием модифицированных сывороточного альбумина и ЛПНП.
  • Впервые показано увеличение аффинности альбумина к миелопероксидазе после его модификации HOCl.
  • С целью анализа в биологических жидкостях концентрации белков и их комплексов получены антитела: пары моноклональных антител для твердофазного иммуноферментного анализа церулоплазмина, лактоферрина, миелопероксидазы, сывороточного амилоида Р.

Методические возможности Лаборатории биохимической генетики

  1. Генная инженерия, анализ структуры генов (сотрудники: Грудинина Н.А., Захарова Ф.М., Горбунов Н.П., Поляков Д.С., Мандельштам М.Ю., Богословская Т.Ю.)
  2. Получение моноклональных антител и их клонирование (сотрудники: Горбунов Н.П., Костевич В.А.)
  3. Очистка антигенов, рекомбинантных и природных белков, определение аффинности антител (сотрудники: Соколов А.В., Горбунов Н.П., Грудинина Н.А., Егоров В.В., Рунова О.Л.)
  4. Культивирование клеток, организация криобанка (сотрудники: Горбунов Н.П., Грудинина Н.А., Богословская Т.Ю., Поляков Д.С., Соколов А.В.)
  5. Техника микроинъекций и получение трансгенных животных (сотрудники: Захарова Ф.М., Кустова М.Е.)
  6. Конфокальная микроскопия (сотрудники: Грудинина Н.А., Захарова Ф.М.)
  7. Разработка новых методов биохимической диагностики (сотрудники: Соколов А.В., Костевич В.А., Горбунов Н.П., Егоров В.В.)

Сотрудники лаборатории