Отдел иммунологии

Основной целью исследований Отдела является разработка технологий получения соединений для высоко точной диагностики и эффективной терапии социально значимых заболеваний, в первую очередь, онкологических, а также разработка подходов к направленной регуляции различных звеньев иммунной системы человека, в том числе, к иммунокоррекции аллергий и использованию стресс-индуцируемых протеинов для иммунодиагностики и иммунотерапии. В результате исследований будут заложены фундаментальные основы конструирования гибридных белков и мультифункциональных гибридных наноконструкций, предназначенных для диагностики и комплексного лечения рака с учетом молекулярного профиля заболевания, а также для иммунотерапии аллергий и других аутоиммунных заболеваний.

В рамках программы Отдела будут совершенствоваться новые направления, связанные с тераностикой онкологических и аутоиммунных заболеваний. Планируется получить целый ряд уникальных мультифункциональных гибридных наноконструкций, а также инновационных рекомбинантных белков для диагностики и терапии рака, которые трансформируются в коммерческие продукты в рамках тесного взаимодействия с Центром НТИ ИБХ РАН.

Для реализации стратегических направлений исследований будет запущена программа модернизации приборного парка лабораторий, входящих в Отдел. В рамках Отдела реализуются темы ГЗ №0101-2019-0027.

Все публикации (показать избранные)

Петров Рэм Викторович

  • Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
  • ИБХ РАН, корп. , комн.
  • Тел.: +7(495)954-32-76
  • Эл. почта: petrov@pran.ru

На примере двух высокогомологичных флуоресцентных белков из Zoanthus sp. (zoanGFP и zoan2RFP) определены аминокислотные остатки (а.к.о.), участвующие в превращении белка с зеленой флуоресценцией (GFP) в красный флуоресцентный белок (RFP). Нами был проведен мутагенез zoanGFP, в результате которого внутренние аминокислоты (а.к.о.) оказались идентичными zoan2RFP. Однако полученный мутант zoanGFPmut претерпевал лишь частичное превращение в красную форму. С целью выяснения дополнительных факторов, влияющих на созревание RFP, с помощью сравнительной молекулярной динамики zoanGFPmut и zoan2RFP были выявлены а.к.о. на поверхности белка, потенциально влияющие на расположение и подвижность а.к.о. вокруг хромофора. Сайт-направленный мутагенез этих внешних а.к.о. подтвердил их важную роль в биосинтезе хромофора RFP.

Разработан метод получения клонов NK-клеток человека с использованием IL-2 и фидерных клеток К562-mbIL21, экспрессирующих мембраносвязанный IL-21

Лаборатория клеточных взаимодействий

1. С использованием разных моделей культивирования клонов выявлено, что условия культивирования (частота рестимуляции с помощью фидерных клеток) влияет на фенотип, функциональные характеристики, уровень экспансии и продолжительность жизни клонов, которая может достигать 14 недель.
2. Маркер CD57 может полностью исчезать с клеточной поверхности CD57-позитивных NK-клеток при культивировании в условиях стимуляции IL-2/K562-mbIL21.
3. Экспрессия рецептора NKG2A может возникать de novo в потомстве изначально NKG2A-негативных NK-клеток.

Золотые наноструктуры для биомедицинского применения.

Лаборатория молекулярной иммунологии

На основе периодических золотых наноструктур (нанодотов) создан биосенсор - преобразователь Фурье, позволяющий достигать сверхвысокой чувствительности анализа соединений (10-15 г/мл) в биологических средах. Разработанная методология позволит решать задачи высокочувствительного анализа целевых соединений в сложных матриксах, в том числе, гормонов и других биорегуляторов, действующих в очень низких концентрациях (допинг-контроль), высокотоксичных веществ (биотоксинов), патогенов (для задач биобезопасности, борьбы с биотерроризмом). Впервые в мире получены золотые наностержни, покрытые опухолеспецифичным адресным модулем DARPin, которые находят опухолевые клетки определенного молекулярного профиля и подавляют их рост при облучении инфракрасным светом в «окне прозрачности биоткани» (IC50 3.4 нМ).

Публикации

  1. Proshkina G, Deyev S, Ryabova A, Tavanti F, Menziani MC, Cohen R, Katrivas L, Kotlyar A (2019). DARPin_9-29-Targeted Mini Gold Nanorods Specifically Eliminate HER2-Overexpressing Cancer Cells. ACS Appl Mater Interfaces 11 (38), 34645–34651
  2. Kabashin AV, Kravets VG, Wu F, Imaizumi S, Shipunova VO, Deyev SM, Grigorenko AN (2019). Phase-Responsive Fourier Nanotransducers for Probing 2D Materials and Functional Interfaces. Adv Funct Mater 29 (26),

Гибридные наночастицы для комбинированной терапии и диагностики рака на основе антистоксовых нанофосфоров (НАФ), радиоактивного изотопа (90Y) и адресного токсина DARPin-PE40.

Группа онконанотехнологий,  Лаборатория молекулярной иммунологии

Для тераностики рака получены радиоактивные гибридные наночастицы НАФ-Р-Т, включающие антистоксовые нанофосфоры (НАФ), допированные радиоактивным изотопом иттрием-90, и фрагмент  псевдомонадного экзотоксина А, снабженного искусственным адресным полипептидом DARPin, специфичным к опухолевому рецептору HER2. На мышах с привитой аденокарциномой молочной железы человека показаны высокая эффективность комбинированной терапии полученным комплексом и высокая контрастность изображения in vitro и in vivo. Показано, что синергический эффект одновременного применения радионуклида и адресного токсина с результирующим значением IC50 = 0.0024 мкг/мл  в 2200 раз сильнее, чем при их раздельном применении.  Результаты опубликованы в Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2018. Совместно с ННГУ им. Н.И. Лобачевского 

Публикации

  1. Shilova ON, Shilov ES, Lieber A, Deyev SM (2018). Disassembling a cancer puzzle: Cell junctions and plasma membrane as targets for anticancer therapy. J Control Release 286, 125–136
  2. Guryev EL, Volodina NO, Shilyagina NY, Gudkov SV, Balalaeva IV, Volovetskiy AB, Lyubeshkin AV, Sen AV, Ermilov SA, Vodeneev VA, Petrov RV, Zvyagin AV, Alferov ZI, Deyev SM (2018). Radioactive (90Y) upconversion nanoparticles conjugated with recombinant targeted toxin for synergistic nanotheranostics of cancer. Proc Natl Acad Sci U S A 115 (39), 9690–9695
  3. Sokolova EA, Vodeneev VA, Deyev SM, Balalaeva IV (2018). 3D in vitro models of tumors expressing EGFR family receptors: a potent tool for studying receptor biology and targeted drug development. Drug Discov Today 24 (1), 99–111
  4. Shipunova VO, Zelepukin IV, Stremovskiy OA, Nikitin MP, Care A, Sunna A, Zvyagin AV, Deyev SM (2018). Versatile Platform for Nanoparticle Surface Bioengineering Based on SiO2-Binding Peptide and Proteinaceous Barnase, Barstar Interface. ACS Appl Mater Interfaces 10 (20), 17437–17447

СУБПОПУЛЯЦИЯ HLA-DR-ПОЗИТИВНЫХ NK-КЛЕТОК ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ ВЫСОКОЙ ПРОЛИФЕРАТИВНОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТЬЮ

Лаборатория клеточных взаимодействий

С целью получения клинически значимых клонов цитотоксических лимфоцитов разработан метод экспансии NK-клеток с использованием облученных клеток K562-mbIL21, экспрессирующих мембраносвязанную форму IL-21. Охарактеризовано распределение в периферической крови и функциональные особенности NK-клеток HLA-DR+, преобладающих в популяциях NK-клеток, полученных при использовании данного метода стимуляции.

Золотые гибридные наночастицы для фототермической терапии рака.

Лаборатория молекулярной иммунологии

Сконструированы новые агенты для тераностики рака на основе гибридных наночастиц с различным механизмом действия. Наибольший интерес в качестве перспективных агентов для фототермической терапии рака представляют 5 нм наночастицы коллоидного золота, конъюгированные с HER2-специфичным адресным полипептидом неиммуноглобулиновой природы DARPin. Золотые наночастицы, покрытые белковой шубой, обладают высокой стабильностью в физиологических условиях, селективно связываются с HER2-положительными раковыми клетками и интернализуются посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза. 
Работа поддержана грантом РНФ №14-24-00106.

Публикации

  1. Deyev S, Proshkina G, Ryabova A, Tavanti F, Menziani MC, Eidelshtein G, Avishai G, Kotlyar A (2017). Synthesis, Characterization, and Selective Delivery of DARPin-Gold Nanoparticle Conjugates to Cancer Cells. Bioconjug Chem 28 (10), 2569–2574
  2. Mironova KE, Khochenkov DA, Generalova AN, Rocheva VV, Sholina NV, Nechaev AV, Semchishen VA, Deyev SM, Zvyagin AV, Khaydukov EV (2017). Ultraviolet phototoxicity of upconversion nanoparticles illuminated with near-infrared light. Nanoscale 9 (39), 14921–14928
  3. Semenova G, Stepanova DS, Dubyk C, Handorf E, Deyev SM, Lazar AJ, Chernoff J (2017). Targeting group i p21-activated kinases to control malignant peripheral nerve sheath tumor growth and metastasis. Oncogene 36 (38), 5421–5431
  4. Sokolova E, Guryev E, Yudintsev A, Vodeneev V, Deyev S, Balalaeva I (2017). HER2-specific recombinant immunotoxin 4D5scFv-PE40 passes through retrograde trafficking route and forces cells to enter apoptosis. Oncotarget 8 (13), 22048–22058
  5. Liang L, Lu Y, Zhang R, Care A, Ortega TA, Deyev SM, Qian Y, Zvyagin AV (2017). Deep-penetrating photodynamic therapy with KillerRed mediated by upconversion nanoparticles. Acta Biomater 51, 461–470

Флуорогенный маркер для моментального окрашивания и визуализации мембран живых клеток

Группа экспрессии белковых факторов роста и дифференцировки,  Группа молекулярной физиологии,  Лаборатория молекулярной тераностики

На основе органического соединения создан новый флуорогенный маркер для окрашивания мембран живых клеток. В отличие от существующих в настоящее время коммерческих клеточных маркеров, полученный флуорогенный маркер не флуоресцирует в водной среде, а приобретает флуоресценцию только при помещении его в неполярную среду, например, в клеточную мембрану. Это свойство позволяет моментально окрашивать клетки без последующей отмывки от несвязавшейся метки. Этот маркер может быть использован для визуализация живых клеток с помощью флуоресцентной микроскопии и в проточной цитометрии.

Публикации

  1. Pakhomov AA, Deyev IE, Ratnikova NM, Chumakov SP, Mironiuk VB, Kononevich YN, Muzafarov AM, Martynov VI (2017). BODIPY-based dye for no-wash live-cell staining and imaging. Biotechniques 63 (2), 77–79

Этанол влияет на экспрессию стресс-индуцируемых белков MICA/B

Лаборатория клеточных взаимодействий

Стресс-индуцируемые белки MICA и MICB осуществляют регуляцию цитотоксических лимфоцитов за счет взаимодействия с экспрессирумым этими клетками рецептором NKG2D. В мембраносвязанной форме белки MICA/B вызывают, как правило, активацию  лимфоцитов, тогда как внеклеточные варианты MICA/B, часто выявляемые  в сыворотке крови опухолевых больных, приводят к ингибированию их активности. Нами показано, что обработка клеток этанолом, в том числе в физиологических дозах, вызывает высвобождение MICA/B, как в растворимой форме, так и в составе микрочастиц, а также  перераспределение внутриклеточного пула с перемещением внутриклеточных белков MICA/B на плазматическую мембрану. Другим важным аспектом действия этанола на клеточные линии и лейкоциты человеческой крови является индукция экспрессии генов и синтезе белков MICA/B. Изменения в экспрессии белков MICA/B, индуцированные этанолом, могут приводить к изменениям в функционировании NKG2D-позитивных лимфоцитов и, как следствие, других иммунных реакций при потреблении алкоголя.

Ретровирусная генная трансдукция NK-клеток человека, активированных с помощью фидерных клеток K562, экспрессирующих мембраносвязанный интерлейкин-21

Лаборатория клеточных взаимодействий

Натуральные киллеры, или NK-клетки, способны быстро распознавать и элиминировать опухолевые клетки, что делает их объектом потенциального терапевтического применения. Генетическая модификация NK-клеток может существенно увеличить их противоопухолевую активность. Однако, этому препятствуют определенные технические проблемы. Нами была осуществлена эффективная трансдукция человеческих NK-клеток ex vivo, активированных комбинацией IL-2 и облученных фидерных клеток K562, экспрессирующих на своей поверхности IL-21. Активированные NK-клетки экспрессировали активирующие рецепторы NKG2D, NKp30, CD16 и были высокопозитивны по HLA-DR. Полученная клеточная субпопуляция оказалась чувствительной к трансдукции с помощью ретровирусных векторов экспрессирующих как GFP, так и NGFR. Субпопуляция более зрелых CD57+ NK-клеток была в целом более устойчивой к ретровирусной трансдукции из-за слабой пролиферативной активности в ответ на данную стимуляцию. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшей работы по генетической инженерии NK-клеток с целью их потенциального противоопухолевого применения.

Показано, что на ранних стадиях формирования аллергии возможно прямое переключение В-клеток на синтез IgE антител

Лаборатория клеточных взаимодействий

Анализ продукции IgG, IgA и IgE антител к двум аллергенам Der f 2 из клещей домашней пыли (КДП) и Alt a 1 из гриба A. alternata в сыворотках детей не старше 7 лет с аллергией показал повышение продукции только аллерген-специфических IgE антител, но не других классов, что свидетельствует о прямом переключении В-клеток на синтез IgE на ранних стадиях формирования аллергии. Отсутствие аллерген-специфических антител прочих классов показывает локальное формирование IgE продуцирующих клеток вне центральных и периферических органов иммунной системы.

В мышиной модели аллергического воспаления дыхательных путей продемонстрирован анти-воспалительный эффект экзогенных HSP70, свидетельствующий о комплексном иммунорегуляторном действии этих протеинов

Лаборатория клеточных взаимодействий

В настоящее время появились свидетельства о том, что многие описанные в литературе иммуностимулирующие эффекты HSP70 обусловлены контаминацией препаратов рекомбинантного белка бактериальным эндотоксином. Тщательная элиминация примеси ЛПС может привести к инверсии иммуномодулирующего действия HSP70, к проявлению противовоспалительной, иммуносупрессирующей активности этого протеина. Проведенный нами в мышиной модели аллергического воспаления дыхательных путей анализ иммуномодулирующих эффектов экзогенного HSP70, выделенного из органов сингенных мышей, подтвердил возможность иммуносупрессирующего действия этого протеина, что свидетельствует о комплексном иммунорегуляторном действии внеклеточной формы HSP70.

Shevchenko M.A., Troyanova N.I., Servuli E.A., Bolkhovitina E.L., Fedorina A.S., Sapozhnikov A.M. Study of immunomodulatory effects of extracellular HSP70 in a mouse model of allergic airway inflammation. Biochemistry (Moscow), 2016, Vol. 81, No. 11, pp. 1384-1395.

Охарактеризована локализация положительно- и отрицательно заряженных наночастиц хитозана в опухолевых клетках

Лаборатория клеточных взаимодействий

Совместно с Институтом биоинженерии ФИЦ Биотехнологии РАН, Москва

 

На примере разнозаряженных производных хитозана и наночастиц на их основе показано, что положительно заряженные производные транспортируются в митохондрии клеток, а отрицательно заряженные – в лизосомы, что сопровождается нейтрализацией заряда хитозанов. Аккумуляция хитозанов с любым зарядом вызывает изменение потенциала и экзоцитоз митохондрий и лизосом, что не ассоциировано с гибелью клеток. Положительно заряженные производные хитозана и наночастицы на их основе можно использовать для разработки систем доставки лекарств для лечения патологий с дисфункцией митохондрий, а отрицательно заряженные – для доставки противоопухолевых препаратов.

Zubareva A.A., Shcherbinina T.S., Varlamov V.P., Svirshchevskaya E.V. Intracellular Sorting of Differently Charged Chitosan Derivatives and Chitosan-Based Nanoparticles. NanoScale. 2015 Nanoscale, 2015, 7, 7942 - 7952.