Лаборатория молекулярной генетики человека

Заведующий лабораторией

Шавловский Михаил Михайлович,
доктор медицинских наук, профессор

e-mail: molgen@iemspb.ru

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 (проф., д.м.н. Денисенко А.Д., н.с. 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., с.н.с., к.б.н. Петрова Е.С.) по теме исследования «Связь между липидным обменом и системой, поддерживающей гомеостаз меди», Лаборатории общей вирусологии Отдела вирусологии ИЭМ (проф, д.б.н. Киселева И.В.) по теме «Влияние AgNPs-индуцированного дефицита холо-церулоплазмина на экспрессию генов, кодирующих медь-зависимые белки», Лаборатории нейрохимии Физиологического отдела (доцент, д.б.н. Карпенко М.Н., н.с., 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.

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 собою 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