Заведующий лабораторией

Шавловский Михаил Михайлович,
доктор медицинских наук, профессор

e-mail: molgen@iemspb.ru

Эмблема лаборатории сгенерирована нейросетью Kandinsky 2.1 (www.sberbank.com/promo/kandinsky) по текстовому запросу «молекулярная биохимическая генетика человека» (2023 г.)

Краткая история лаборатории

В 1997 г. член-корреспондент РАМН Владимир Соломонович Гайцхоки, возглавлявший Отдел молекулярной генетики, основал Лабораторию молекулярной генетики человека. После кончины В.С. Гайцхоки в 2000 г. руководить Лабораторией стал доктор медицинских наук, профессор Михаил Михайлович Шавловский. На тот момент основной целью Лаборатории было исследование молекулярных основ наследственных форм общих заболеваний, таких как семейная гиперхолестеринемия и рак молочной железы. С 2002 г. это направление исследований перешло (в рамках Отдела молекулярной генетики) в Лабораторию биохимической генетики, руководителем которой тогда стал доктор биологических наук Михаил Юрьевич Мандельштам, а в Лаборатории молекулярной генетики человека были продолжены исследования (предложенные еще С.А. Нейфахом) молекулярно-генетических механизмов патогенеза наследственных дефектов метаболизма меди (болезнь Вильсона, болезнь Менкеса и др.), а также изучение молекулярных механизмов развития тяжелой орфанной патологии — амилоидозов, в том числе и наследственной природы.

Коллектив лаборатории на протяжении многих лет активно сотрудничает с коллегами из других отделов ИЭМ, в частности с сотрудниками Лаборатории липопротеинов Отдела биохимии (д.м.н., проф. Денисенко А.Д., к.б.н. Клюева Н.Н) и Лаборатории функциональной морфологии центральной и периферической нервной системы Отдела общей и частной морфологии (проф. РАН, д.м.н. Коржевский Д.Э., к.б.н. Петрова Е.С.) по теме исследования «Связь между липидным обменом и системой, поддерживающей гомеостаз меди», Лаборатории общей вирусологии Отдела вирусологии ИЭМ
(д.б.н., проф Киселева И.В.) по теме «Влияние AgNPs-индуцированного дефицита холо-церулоплазмина на экспрессию генов, кодирующих медь-зависимые белки», Лаборатории нейрохимии Физиологического отдела (д.б.н. Карпенко М.Н., к.м.н. Муружева З.М.) по теме «Роль дисгомеостаза меди в развитии болезни Паркинсона»), а также с коллегами из СПбПУ им. Петра Великого, СПбГТУ, СПбГУ и ИТМО.

Фотогалерея к разделу История Лаборатории молекулярной генентики человека
	Работа в лаборатории под руководством д.м.н. Шавловского М.М. аспирантов Антимоновой О.И. и Сахабеева Р.Г. (2015 г.)
	Успешно выполненный эксперимент (2008 г.). Слева направо: д.б.н. Пучкова Л.В., Ильичева Е.Ю. и д.б.н. Цымбаленко Н.В.
	Документация этапов проведения эксперимента (2008 г.) научным сотрудником Ильичевой Е.Ю.
	Обсуждение плана исследований (2008 г.) д.б.н. Цымбаленко Н.В. и д.б.н. Пучковой Л.В.
	Коллектив группы «Метаболизма меди» (2022 г.). Слева направо: д.б.н., проф. Скворцов А. Н. (СПбПУ), Магазенкова Д. (аспирант, СПбПУ), доцент, к.б.н. Санькова Т.П. (СПбПУ), Мехова А. (аспирант, СПбПУ), с.н.с.  к.б.н. Ильичева Е.Ю., д.б.н., проф. Пучкова Л.В., д.б.н., проф. Цымбаленко Н.В., Мохаммад Аль Фаррух (аспирант, СПбГУ).

Сотрудничество лаборатории

В настоящее время лаборатория сотрудничает с несколькими зарубежными научными коллективами:

• Институт генетики и медицины фонда TELETON (проф. Полищук Р.В., проф. Полищук Е.В.) (Неаполь, Италия) по темам исследований «Связь между липидным обменом и системой, поддерживающей гомеостаз меди» и «Использование генетических и фенотипических модельных копий болезни Вильсона для поиска лекарственных препаратов из списка FDA»,
• Институт фармакологии им. Марио Негри фонда TELETON. Отдел онкологии (проф. Массимо Броджини) (Милан, Италия) по темам исследований «Поиск путей ограничения доставки ионов меди к опухолям как способ замедления их роста» и «Использование генетических и фенотипических модельных копий болезни Вильсона для поиска лекарственных препаратов из списка FDA».

Основные направления исследований

1. Изучение закономерностей обмена меди в норме и при различных патологиях, в частности метаболических, нейродегенеративных, сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.
2. Исследование молекулярных и клеточных механизмов развития спонтанных и наследственных амилоидозов. Получение амилоидогенных белков, в том числе и рекомбинантных, анализ образования из них фибриллярных структур, которые представляют собой основное звено развития амилоидозов. Изучение на модельных системах взаимодействия белковых фибрилл с различными соединениями, включая красители.
3. Разработка противоопухолевых и противовирусных препаратов, индуцирующих конформационные переходы в белках.

Основная цель исследований системы, обеспечивающей гомеостаз меди — выявление звеньев, воздействием на которые можно корректировать дисбаланс меди, возникающий вследствие врожденных или приобретённых ошибок метаболизма меди, ведущий к развитию нейродегенеративных, онкологических и метаболических заболеваний. Изучение фокусируется на двух участниках системы: АТФазе Вильсона (АТР7В) — медь-транспортной АТФазе Р1 типа, контролирующей баланс меди в кровотоке и выведение избытка меди через желчь, и CTR1 — высоко аффинном уникальном импортёре меди в клетку. Четыре экспериментальные модели используются для поиска подходов к коррекции дефицита белка АТР7В: (1) мыши с нокаутом гена АТР7В; (2) мыши, несущие в этом гене замену H1069Q, самую частую у пациентов с болезнью Вильсона; (3) нематоды C. elegans с мутацией H828Q в гене CUA1, гомологичной замене H1069Q в АТР7В у человека; (4) культивируемые клетки HepG2 c заменой H1060Q. Это позволяет исследовать дисбаланс меди, вызванный дефектами АТФазы Вильсона в условиях, идентичных болезни человека, на более низком филогенетическом уровне (у нематод) и в отсутствие межорганных взаимодействий (клетки HepG2).

В настоящее время известно 42 амилоидоза, наиболее распространенными и значимыми из которых являются болезнь Альцгеймера и амилоидоз поджелудочной железы при диабете 2 типа. Цель проводимых в Лаборатории работ — создание оптимальных способов диагностики и ранней диагностики амилоидозов, а также поиск новых подходов для терапии этих тяжелых заболеваний.

В последнее время разрабатываются экспериментальные подходы для изыскания новых способов терапии амилоидозов. В частности, предполагается выяснить возможности использования белка плазмы крови — сывороточного амилоида P — для иммунологического разрушения амилоида в организме лабораторных животных.

Основные научные результаты за последние 5 лет

• Обнаружено, что в течение онтогенеза у мышей дефицит АТР7В может спонтанно корректироваться, а два препарата из списка FDA смягчают дисбаланс меди, вызванный мутациями.
• Клонирован внеклеточный фрагмент CTR1 (NdCTR1) и биофизическими методами изучена кинетика связывания ионов меди, чтобы понять, как с помощью белка CTR1 происходит связывание внеклеточной меди и её передача в клетку.
• Показано, что связывание меди с NdCTR1 вызывает олигомеризацию пептидов в манере, соответствующей формированию физиологически активной формы полноразмерного CTR1.
• Установлено, что наночастицы серебра (AgNPs) оказывают влияние на показатели статуса меди в крови в зависимости от способа их введения. При внутривенном и внутрибрюшинном введении AgNPs перемещаются в организме по сходному маршруту: они доставляются в печень. Однако внутривенное введение, по сравнению с внутрибрюшинным, является более инвазивным. При интраназальном и оральном введении AgNPs, соответственно, попадают в мозг и дыхательные пути или в ЖКТ, откуда в кровоток и печень.
• Обнаружено, что сферические наночастицы серебра (AgNPs) в клетках легких и печени индуцируют различный профиль экспрессии генов, кодирующих медь-зависимые белки. В легких AgNPs повышают концентрацию мРНК секреторной формы церулоплазмина (ЦП), в то время как в печени эта индукция не наблюдается. В легких, помимо секреторного ЦП, экспрессируется его сплайс-форма GPI-Cp, которая «отвечает» на обработку AgNPs потерей оксидазной активности. Уровень его мРНК не меняется у мышей, получающих наночастицы. В легких из двух гомологичных медь-транспортных АТФаз экспрессируется только АТР7А, которая, в отличие от АТР7В, менее точно металлирует апо-ЦП. В легких, в отличие от печени, AgNPs активируют экспрессию генов оси Ctr1 > Ccs > SOD1, которая является центральной в защите клетки от вирусной инфекции. Серебро в наночастицах, несмотря на низкую концентрацию в легких, вызывает снижение оксидазного ЦП.
• Синтезирован рекомбинантный химерный белок, состоящий из большой экстраклеточной петли человеческого рецептора CD81 и стрептавидина.
• Получены конъюгаты нескольких белков (гемоцианин, САП, альбумин) с флуоресцеином.
• Синтезировано азопроизводное нафтионовой кислоты и парааминобензойной кислоты. Полученное окрашенное соединение за счет карбоксильной группы эффективно связывается с белками (гемоцианин, сывороточный альбумин) карбодиимидным способом, и модифицированные белки могут быть использованы для иммунизации животных.
• Получены и функционально охарактеризованы антитела к гаптенам (флуоресцеину и Конго красному) с целью их дальнейшего использования при коррекции (терапии) амилоидозов на модельных животных.
• Показано, что краситель на основе флуорена является перспективным для выявления амилоида в тканях больных. Окрашивание гистологических препаратов этим красителем имеет ряд преимуществ перед общепризнанным реагентом Конго красным.
• С помощью биоинформационного анализа выявлены фибриллогенные детерминанты в потенциально амилоидогенных белках (M2 вируса гриппа А, E2 гепатита С, RecA E. coli, гемагглютинин вируса гриппа А H1N1pdm09).
• Результаты экспериментов свидетельствуют о необходимости изменения технологии получения стабильных клеточных линий для создания клеточной модели изучения конформационной активности пептидов, основанной на анализе in cellulo времени жизни флуоресценции белков слияния «амилоидогенный белок-GFP», например, с использованием технологии CRISPR/cas.
  

  Сотрудники лаборатории:
  	Пучкова Людмила Валентиновна — ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук, профессор Сфера научных интересов: моделирование нарушений метаболизма меди и железа, болезнь Вильсона, церулоплазмин, наночастицы серебра
  	Цымбаленко Надежда Васильевна — ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук Сфера научных интересов: молекулярные механизмы аномального метаболизма меди, церулоплазмин, биологические функции жировой ткани
  	Ильичева Екатерина Юрьевна — старший научный сотрудник, кандидат биологических наук Сфера научных интересов: обмен меди в норме и при патологии, церулоплазмин и другие медь-ассоциированные белки, болезнь Вильсона, серебро, наночастицы серебра, канцерогенез, животные модели
  	Магазенкова Дарья Николаевна — младший научный сотрудник Сфера научных интересов: обмен меди в норме и при патологии, церулоплазмин и другие медь-ассоциированные белки, наночастицы серебра, гриппозная инфекция, животные модели
  	Антимонова Ольга Игоревна — младший научный сотрудник Сфера научных интересов: амилоидозы, кристаллография, канцерогенез

   

  Патенты на изобретение РФ

  • Поляков Д.С., Сахабеев Р.Г., Синицына Е.С., Коржикова-Влах Е.Г., Коржиков-Влах В.А, Тенникова Т.Б., Васильев В.Б., Грудинина Н.А., Шавловский М.М. Рекомбинантный химерный белок, состоящий из большой экстраклеточной петли человеческого рецептора CD81 и стрептавидина. Патент РФ на изобретение № 2778261 от 16.08.2022 г.
  • Санькова Т.П., Пучкова Л.В. Способ идентификации полиморфизмов Cys1079Gly и Cys1079Phe медь-транспортной АТФ-азы Вильсона. Патент РФ № 2756112 С1 от 28.09.2021 г. Бюл. № 28.
  • Антимонова О.А, Коржевский Д.Э., Шавловский М.М. Способ флуоресцентной идентификации амилоида. Патент РФ на изобретение № 2673815 от 30.11.2018 г.

   

   

  Наиболее значимые публикации Лаборатории молекулярной генетики человека

  • Orlov I.A., Sankova T.P., Skvortsov A.N., Klotchenko S.A., Sakhenberg E.I., Mekhova A.A., Kisileva I.V., Ilyechova E.Y., Puchkova L.V. Properties of recombinant extracellular N-Terminal Domain of human high affinity copper transporter 1 (hNdCTR1) and its interactions with Cu(II) and Ag(I) Ions// Dalton Transactions, Accepted 08-Feb-2023.  DOI: 10.1039/D2DT04060C.
  • Puchkova L.V., Sankova T.P., Magazenkova D.N., Skomorokhova E.A., Orlov I.A., Sakhenberg E.I., Sosnin I.A., Al Farroukh M., Romanov A.E., Ilyechova E.Y. Shape-dependent biological activity of spherical and quasi-spherical silver nanoparticles in E. coli, A549 cells and mice // Environmental Science: Nano. 2022. 9:3581-3598. DOI: 10.1039/d2en00402j.
  • Polyakov D, Sinitsyna, E, Grudinina N, Antipchik M, Sakhabeev R, Korzhikov-Vlakh V, Shavlovsky M, Korzhikova-Vlakh E, Tennikova T. Polymer Particles Bearing Recombinant LEL CD81 as Trapping Systems for Hepatitis C Virus // Pharmaceutics. 2021. 13(5):672. DOI: 10.3390/pharmaceutics13050672.
  • Puchkova L.V., Kiseleva I.V., Polishchuk E.V., Broggini M, Ilyechova E.Y. The Crossroads between Host Copper Metabolism and Influenza Infection // Int J Mol Sci. 2021. 22(11): 5498. DOI: 10.3390/ijms22115498.
  • Kiseleva I., Rekstin A., Al Farroukh M., Bazhenova E., Katelnikova A., Puchkova L., Rudenko L. Non-Mouse-Adapted H1N1pdm09 Virus as a Model for Influenza Research // Viruses. 2020. 12(6):590. DOI: 10.3390/v12060590.
  • Mariniello M., Petruzzelli R., Wanderlingh L.G., La Montagna R., Carissimo A., Pane F., Amoresano A., Ilyechova E.Y., Galagudza M.M., Catalano F., Crispino R., Puchkova L.V., Medina D.L., Polishchuk R.S. Synthetic Lethality Screening Identifies FDA-Approved Drugs that Overcome ATP7B-Mediated Tolerance of Tumor Cells to Cisplatin // Cancers. 2020. 12:608. DOI: 10.3390/cancers12030608.
  • Skomorokhova E.A., Sankova T.P., Orlov I.A., Savelev A.N., Magazenkova DN, Pliss M.G., Skvortsov A.N., Sosnin I.M., Kirilenko D.A., Grishchuk I.V., Sakhenberg E.I., Polishchuk E.V., Brunkov P.N., Romanov A.E., Puchkova L.V., Ilyechova E.Y. Size-dependent bioactivity of silver nanoparticles: antibacterial properties, influence on copper status in mice and the whole-body turnover // Nanotechnol Sci Appl. 2020. 13:137-157. DOI: 10.2147/NSA.S287658.
  • Polishchuk E.V., Merolla A., Lichtmannegger J., Romano A., Indrieri A., Ilyechova E.Y., Concilli M., De Cegli R., Crispino R., Mariniello M., Petruzzelli R., Ranucci G., Iorio R., Pietrocola F., Einer C., Borchard S., Zibert A., Schmidt H.H., Di Schiavi E., Puchkova L.V., Franco B., Kroemer G., Zischka H., Polishchuk R.S. Activation of Autophagy, Observed in Liver Tissues From Patients With Wilson Disease and From ATP7B-Deficient Animals, Protects Hepatocytes From Copper-Induced Apoptosis // Gastroenterology. 2019. 156(4):1173-1189.e5. DOI: 10.1053/j.gastro.2018.11.032.
  • Puchkova L.V., Broggini M, Polishchuk E.V., Ilyechova E.Y., Polishchuk R.S. Silver Ions as a Tool for Understanding Different Aspects of Copper Metabolism // Nutrients. 2019. 11(6): pii: E1364. DOI: 10.3390/nu11061364.
  • Ilyechova E.Y., Bonaldi E., Orlov I.A., Skomorokhova E.A., Puchkova L.V., Broggini M. CRISP-R/Cas9 Mediated Deletion of Copper Transport Genes CTR1 and DMT1 in NSCLC Cell Line H1299. Biological and Pharmacological Consequences // Cells. 2019. 8(4):E322. DOI: 10.3390/cells8040322.
  • Ilyechova E.Y., Kanash L.A., Timirova Z.R., Tsymbalenko N.V., Orlov Y.A., Klyuyeva N.N., Skomorokhova E.A., Denisenko A.D., Puchkova L.V. The changes of copper metabolism in rats fed with low- or high-calorie ration // Vopr Pitan. 2019. 88(1):41-48. DOI: 10.24411/0042-8833-2019-10004.
  • Ilyechova E.Y., Miliukhina I.V., Karpenko M.N., Orlov I.A., Puchkova L.V., Samsonov S.A. Case of Early-Onset Parkinson’s Disease in a Heterozygous Mutation Carrier of the ATP7B Gene // J Pers Med. 2019. 9(3):pii: E41. DOI: 10.3390/jpm9030041.
  • Сахабеев Р.Г., Поляков Д.С., Гошина А.Д., Вишня А.А., Кудрявцев И.В., Синицына Е.С., Коржиков-Влах В.А., Тенникова Т.Б., Шавловский М.М. Усиление специфического Т-клеточного иммунного ответа при иммобилизации антигена на микро- и наночастицах // Инфекция и иммунитет. 2021. 11(4):777-783. DOI: 10.15789/2220-7619-ETS-1374.

Сотрудники лаборатории