Лаборатория белков гормональной регуляции

Отдел пептидно-белковых технологий

Руководитель: Белогуров Алексей Анатольевич, д. х. н.
belogurov@mx.ibch.ru+7(495)7273860

Протеостаз, дифференцировка, апоптоз, болезнь Альцгеймера, ишемия, миопия

Лаборатория исследует белки, включенные в процессы трансмембранной передачи сигналов, дифференцировки и апоптоза клеток, и новые белки и пептиды, связанные с патогенезом социально-значимых заболеваний. По результатам исследований разрабатываются новые подходы для лечения и диагностики этих заболеваний. Кроме того, Лаборатория разрабатывает методики генотипирования, применяемые в сельском хозяйстве.

Сотрудники Лаборатории открыли и изучили новый фактор дифференцировки клеток крови (HLDF), который подавляет пролиферацию промиелоцитарных лейкемических клеточных линий. В составе фактора был идентифицирован шестичленный пептид HLDF-6 (TGENHR), обладающий ноотропной и нейропротективной активностью. В процессе успешных доклинических испытаний на экспериментальных моделях клинической патологии (болезни Альцгеймера и ишемического инсульта) группа  Анны Пайзеновны Богачук показала, что защищенная амидированием по С-концевой карбоксильной группе форма пептида (HLDF-6-NH2) значительно превышает активность исходной формы пептида, практически полностью восстанавливает нарушенные когнитивные функции, не вызывает токсических эффектов и может быть рекомендована для проведения дальнейших клинических исследований.

Внимание исследователей привлек и другой нейротропный фактор – PEDF (Pigment Epithelium Derived Factor), который при близорукости накапливается и способствует образованию амилоидоподобных фибриллярных структур. Это знание открывает новые подходы к лечению данного широко распространенного заболевания глаз.

Сотрудники проводят исследования впервые выделенного в Лаборатории белка EIF1AD (гапонина), который регулирует процессы в организме, связанные с окислительным стрессом (ОС). EIF1AD локализован в ядре и контролирует транскрипционную активность белка р53, вызываемую активными формами кислорода. Подавление экспрессии EIF1AD с помощью кшРНК ингибирует апоптоз, вызываемый ОС, и способствует выживаемости клеток, например, при ультрафиолете, гамма-облучении или при воспалении.

Также лаборатория разрабатывает методики для генотипирования крупного рогатого скота для идентификации генетических болезней и дальнейшего улучшения породности стада.

Лаборатория сотрудничает с лабораториями Института, а также с Институтом нормальной физиологии им. П.К. Анохина, Институтом фармакологии им. В.В. Закусова, Институтом биофизики клетки РАН, Институтом молекулярной генетики РАН, Московским НИИ глазных болезней им. Гельмгольца Минздрава России, Российским Университетом дружбы народов, Кубанским государственным аграрным университетом имени И.Т. Трубилина, Отделом Медицинской биохимии и биофизики Университета Умеа Швеция и др.

Лаборатория образована в 1986 году на базе группы Отдела химии белка, который возглавлял Юрий Анатольевич Овчинников.

  1. Физико-химическая биология.
  2. Исследования структуры и механизма функционирования белков, включенных в процессы трансмембранной передачи сигналов, дифференцировки и апоптоза клеток.
  3. Идентификация и структурно-функциональные исследования новых белков и пептидов, связанных с патогенезом социально-значимых заболеваний, и разработка на их основе новых подходов для лечения и диагностики этих заболеваний.

1986—1997 гг. Установлена первичная структура всех субъединиц фоторецепторной фосфодиэстеразы цГМФ быка и человека. С использованием иммунохимических методов и направленного мутагенеза в фоторецепторной фосфодиэстеразе цГМФ локализованы функционально значимые аминокислотные остатки и выяснены механизмы фотоактивации и ингибирования фермента. Работе присуждена премия РАН имени Ю. А. Овчинникова.

1994—2011 гг. Открыт и изучен новый фактор дифференцировки клеток крови (HLDF). Фактор подавляет пролиферацию промиелоцитарных лейкемических клеточных линий и вызывает их дифференцировку. В HLDF локализованы активные центры белка и установлено, что шестичленный пептид HLDF-6 (TGENHR) полностью воспроизводит дифференцирующую активность фактора. Пептид HLDF-6 обладает широким спектром ноотропной и нейропротективной активностей. Исследования на различных видах животных показали, что при введении HLDF-6 наблюдается улучшение формирования и сохранения долговременной памяти. На экспериментальных моделях клинической патологии - болезни Альцгеймера (БА) и ишемического инсульта пептид HLDF-6 снимает выраженный когнитивный дефицит и способствует восстановлению нарушенной памяти.

1999-2012. Показано, что пептид HLDF-6 снижает динамику опухолевой прогрессии и развития метастазов, потенцирует активность химиотерапевтических препаратов и поддерживает качество жизни пациента. В экспериментах in vitro на первичных культурах клеток лимфосаркомы LS и лимфолейкоза P-388 пептид обладает прямым ингибирующим действием на опухолевые клетки, сравнимым с эффектом сарколизина или алкерана. В исследованиях in vivo на животных противоопухолевый эффект пептида проявлялся в ингибировании роста первичной опухоли (при лимфолейкозе Р-388), потенцировании цитостатического эффекта циклофосфана (при лимфосаркоме LS и лимфолейкозе Р-388) и ослаблении процесса метастазирования (при карциноме легких Льюис). На экспериментальных моделях солидных и асцитной опухолей инъекции пептида приводят к полному распаду опухолевой ткани, купированию развития опухоли без возникновения рецидива, повышению выживаемости животных, увеличению времени жизни и улучшению ее качества.

Серии статей, посвященных исследованию HLDF, присуждена Премия МАИК НАУКА.

1996—2014 гг. Из обонятельного эпителия крысы выделено два новых секреторных белка с молекулярной массой 28 и 45 кДа. Установлены их полные аминокислотные последовательности. Белок 28 кДа идентифицирован как пероксиредоксин VI. Показано, что он играет роль антиоксиданта и может быть использован в качестве нового лекарственного препарата, способствующего регенерации поврежденных тканей и органов человека (совместно с Институтом биофизики клетки РАН). Разработан безплазмидный штамм-продуцент пероксиредоксина VI человека и на его основе создан опытный образец лекарственной формы импортозамещаемого препарата «Постеризан», характеризующийся синергизмом лечебного действия лекарства «Постеризан» и ранозаживляющими эффектами пероксиредоксина VI.

В структуре белка 45 кДа (Sec14L3) найден липид-связывающий домен. Установлено, что белок принадлежит к классу липид-переносящих, а его специфическим лигандом является фосфатидилинозит-(3,4,5)-трифосфат. В условиях острого воспалительного процесса идет резкое накопление Sec14L3, сопровождающееся появлением в тканях двух новых хитиназоподобных белков — белка rYM1olf и укороченной формы AMCase - sAMCase (365 а.к.). При этом в условиях воспаления повышается не только уровень Sec14L3, но и обоих хитиназоподобных белков. Установлена аминокислотная последовательность этих белков. Выяснено, что sAMCase образуется в результате альтернативного сплайсинга гена полноразмерного белка fAMCase – ChhA. Показана четкая зависимость уровня экспрессии сплайсированного продукта гена АМСаse от стадии заболевания.  Высказано предположение, что укороченная форма АМС-азы может служить маркером ранней стадии течения воспалительного процесса, а потенциальная хронизация болезни и возможность рецидивирующего течения может быть ассоциирована с накоплением только полноразмерной формы АМС-азы.     

2006—2014 гг. В процессе изучения функциональной роли нейротропного фактора из пигментного эпителия PEDF (Pigment Epithelium Derived Factor) при возникновении миопии было показано, что в норме фактор PEDF, секретируемый фибробластами склеры, подвергается ограниченному протеолизу по связи 382Leu-383Тhr, в результате чего происходит отщепление C-концевого фрагмента. При близорукости этот процесс нарушается, что приводит к накоплению в околоклеточном пространстве полноразмерного PEDF, сопровождающегося образованием амилоидоподобных фибриллярных структур. Патологическое фибриллообразование является причиной ослабления опорной функции склеры, и, как следствие, патологического растяжения и дистрофии сосудистой оболочки и сетчатки миопического глаза. Обнаружение того факта, что близорукость сопровождается образованием патологических фибрилл, открывает новые подходы к лечению данного широко распространенного заболевания глаз. Мы предполагаем, что использование соединений, препятствующих образованию фибрилл, позволит остановить прогрессию миопии.

2006-2015 гг. В клетках линии промиелоцитарного лейкоза человека HL-60 обнаружен новый белок с молекулярной массой 19,2 кДа – EIF1AD («гапонин», haponin – HLDF-alike protein) и определена его аминокислотная последовательность. C помощью созданной панели генетически модифицированных клеточных линий человека с изменёнными уровнями экспрессии EIF1AD было установлено, что EIF1AD является ядерным белком, регулирующим клеточный ответ на окислительный стресс (ОС). Установлено взаимодействие EIF1AD с глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназой (GAPDH) и активируемыми ОС транскрипционными факторами р53 и STAT1, а также показана зависимость транскрипционной активности последних от уровня экспрессии EIF1AD в клетке в норме и при стрессовых и митогенных воздействиях.

2012-2015. Проведены доклинические исследования пептида HLDF-6  с целью разработки лекарственного средства для профилактики и лечения нейродегенеративных (болезнь Альцгеймера) и цереброваскулярных (ишемический инсульт) заболеваний. Идентифицирована наиболее активная форма пептида HLDF-6, обладающая нейропротекторной и ноотропной активностью. При сравнительном изучении активности  исходного пептида и пептида, защищенного от действия протеаз с С-конца амидной группой, установлено, что защищенная форма пептида во всех исследованных животных моделях болезни Альцгеймера и ишемического инсульта практически полностью восстанавливает нарушенные когнитивные функции, превышая эффективность исходного пептида. Проведено изучение острой, субхронической и хронической токсичности, аллергенности, мутагенности и механизма действия амидной формы пептида.

На основании проведенного исследования было сделано заключение о том, что лекарственное средство на основе амидной формы пептида HLDF-6 при многократном интраназальном введении самцам и самкам крыс не вызывает токсических эффектов и является безопасным. Лекарственное средство (ЛС) на основе амидной формы пептида HLDF-6 при дозе 5000 мг/кг не вызывает токсических эффектов, соответствует требованиям самого низкого 4 класса опасности «вещества малоопасные» и может быть рекомендовано для проведения дальнейших исследований. Преимущества нашего препарата перед другими существующими лекарственными средствами определяются по совокупности таких лечебных свойств как: оригинальность, выраженность терапевтического действия, высокий уровень и широкий спектр комбинированной ноотропной и нейропротекторной активности (эффективное влияние на оба заболевания – БА и ишемический инсульт), высокая эффективность в малых и сверхмалых дозах, отсутствие нежелательных побочных эффектов.

Патент Российской Федерации № 2557003. Богачук АП, Сторожева ЗИ, Золотарев ЮА, Ковалев ГИ, Азев ВН, Липкин ВМ. Пептид, обладающий нейропротекторной и ноотропной активностью, и фармацевтическая композиция на его основе. Дата регистрации 22.06.2015.

 

Ф.И.О.ДолжностьКонтакты
Белогуров Алексей Анатольевич, д. х. н.зав. лаб.belogurov@mx.ibch.ru+7(495)7273860
Липкин Валерий Михайлович, чл.-корр. РАНг.н.с.vmlipkin@ibch.ru+7(495)336-61-66
Богачук Анна Пайзеновна, к. х. н.с.н.с.apbogachouk@gmail.com+7(495)336-51-11
Ракитина Татьяна Владимировна, к. х. н.с.н.с.taniarakitina@yahoo.com+7(495)330-63-47
Ильницкая Елена Вячеславовна, к. х. н.н.с.nevrilemma@yandex.ru+7(495)335-26-00
Кудряева Анна Анатольевна, к. х. н.н.с.anna.kudriaeva@gmail.com
Радченко Виталий Владиславович, к. б. н.н.с.vitalyradchenko@yandex.ru+7(495)336-55-11
Смирнова Евгения Владимировна, к. б. н.н.с.smirnova.evgeniya@gmail.com+7(495)330-63-47
Сурина Елена Анатольевнан.с.surinae@mx.ibch.ru+7(495)336-55-11
Минкевич Наталья Игоревна, к. б. н.м.н.с.ni-minkevich@gmail.com+7(495)336-55-11
Ковура Олег Владимировичасп.kovuraoleg@icloud.com
Попова Ольга Владимировнатех.-лаб.olya.popovaolga2710@yandex.ru
Фролова Анастасия Юрьевнатех.-лаб.anastasiya_frolova_box@mail.ru
Какуев Дмитрий Леонидовичинж.-иссл.dkakuev@mail.ru+7(495)330-63-47
Саратов Георгий Алексеевичинж.-иссл.saratovgosha@gmail.com

Ранее здесь работали:

Шуваева Татьяна Маратовна, д. х. н.в.н.с.shuvaeva@mx.ibch.ru
Артамонов Игорь Дмитриевич, к. х. н.с.н.с.
Костанян Ирина Александровна, к. х. н.с.н.с.
Гарковенко Алексей Вячеславовичм.н.с.garkovenko@gmail.com
Воробьева Елена Евгеньевнаасп.e-elena777@yandex.ru
Смирнова Ирина Валентиновнаинж.-иссл.smirnova@mx.ibch.ru

Все публикации (показать избранные)

Загружаются...

Белогуров Алексей Анатольевич

Амплификация ДНК в каплях позволяет глубже раскрыть полную генетическую информацию

Совместно с: Лаборатория биокатализа,  Лаборатория химии протеолитических ферментов,  Лаборатория биоинформационных методов комбинаторной химии и биологии

Исследователи из Лаборатории биокатализа, Лаборатории химии протеолитических ферментов, Лаборатории биоинформационных методов комбинаторной химии и биологии и Лаборатории белков гормональной регуляции ИБХ РАН вместе с коллегами из других российских и зарубежных институтов показали, что амплификация отдельных молекул ДНК, инкапсулированных в огромном количестве капель эмульсии (ePCR), позволяет решить эту проблему. Различные режимы ePCR были экспериментально проанализированы, чтобы определить наиболее совершенные методы амплификации библиотек ДНК. На основе полученных экспериментальных данных была разработана математическая модель, являющаяся основой для рационализации амплификации библиотек с использованием ePCR. Детальное описание ампликонов библиотек ДНК было получено в результате высокопроизводительного секвенирования, подчеркивающего основные преимущества ePCR по сравнению с обычной PCR. ePCR снижает частоту возникновения грубых ошибок в процессе ДНК амплификации и обеспечивает более равномерное распределение амплифицированных последовательностей. Таким образом, благодаря ePCR достигается квазимономолекулярная амплификация, представляющая собой фундаментальное требование при амплификации сложных матриц. Исследователи показали, что ePCR препятствует дегенерации разнообразия и обеспечивает сохранение качества библиотек ДНК.

Публикации

  1. Terekhov SS, Eliseev IE, Ovchinnikova LA, Kabilov MR, Prjibelski AD, Tupikin AE, Smirnov IV, Belogurov AA, Severinov KV, Lomakin YA, Altman S, Gabibov AG (2020). Liquid drop of DNA libraries reveals total genome information. Proc Natl Acad Sci U S A 117 (44), 27300–27306

Открытие нового класса убиквитин-независимых протеасомных дегронов

Большинство из тысяч белков в клетках млекопитающих распознаются протеасомой только будучи конъюгированными с убиквитином, представляющим собой универсальный сигнал деградации. Убиквитин-независимое расщепление белков объясняется наличием в природе двух классов протеасомных сигналов  – специфической аминокислотной последовательности или посттрансляционной модификации, которые распознаются регуляторными субъединицами протеасомы. Исторически было показано, что первый из них пристутствует в орнитин-декарбоксилазе, тогда как ацетилирование коровых гистонов относительно недавно было заявлено в качестве второго класса. В настоящей работе нами был открыт третий класс убиквитин-независимых дегронов, опосредуемый зарядом. Обнаруженные дегроны можно классифицировать как моносоставные последовательности длиной примерно 70 Å, обогащенные основными аминокислотными остатками. Этот класс сигналов деградации наиболее эффективно узнается REGa или REGg кепированными протеасомами. В совокупности наши результаты свидетельствуют о новой модальности взаимосвязи протеасомы и субстрата в обход системы убиквитинирования.

Публикации

  1. Kudriaeva A, Kuzina ES, Zubenko O, Smirnov IV, Belogurov A (2019). Charge-mediated proteasome targeting. FASEB J 33 (6), fj201802237R

Оптимизация метода получения фармацевтической субстанции на основе Nα-ацетил С-концевой амидной формы пептида HLDF-6

Совместно с: Группа химии пептидов

Очевидные стандартные подходы в которых реализуются различные твёрдофазные методологии синтеза пептидов приводят либо к образцам ФС, которые не удовлетворяют требованиям ГФ РФ по норме содержания родственных примесей, либо к образцам ФС с низким содержанием целевого продукта. Реализован оптимизированные метод получения образцов ФС в котором амидная форма шестичленного пептида синтезируется методом конденсации фрагментов в растворе и подвергается процессу очистки. Ацетильная группа вводится в пептид с помощью нестандартного превращения в котором активированные эфиры и азолиды уксусной кислоты взаимодействуют с различными солевыми формами слабых органических кислот и амидной формы пептида HLDF-6 в органических растворителях в отсутствии оснований.

Публикации

  1. Zolotarev YuA, Dadayan AK, Kozik VS, Shram SI, Nagaev IYu, Azev VN, Bogachouk AP, Lipkin VM, Myasoedov NF (2019). Proteolytic Hydrolysis of the Antitumor Peptide HLDF-6-AA in Blood Plasma. Russ. J. Bioorganic Chem. 45 (5), 347–352

Механизм неопиоидного действия β-эндорфина на активность оси гипоталамус гипофиз надпочечники

Совместно с: Лаборатория токсикологии in vitro

Установлено, что связывание β-эндорфина с неопиоидным рецептором на клетках аденогипофиза приводит к увеличению экспрессии индуцибельной NO-синтазы, результатом чего является снижение секреции ACTH и кортикостерона. Таким образом, показано, что неопиоидный рецептор бета эндорфина и его агонисты вовлечены в регуляцию оси гипоталамус гипофиз надпочечники на уровне гипофиза и надпочечников.

Показано, что пептид HLDF-6 обладает нейропротекторной активностью на дабл-трансгенной модели болезни Альцгеймера.

Изучены нейропротекторная и ноотропная активности амидной формы (АФ) пептида HLDF-6 (TGENНR-NH2) на дабл-трансгенных мышах линии B6C3-Tg(APPswe,PSEN1de9)85Dbo (Tg+) – животной модели наследственной болезни Альцгеймера. Характерной особенностью этой линии является раннее развитие патологии альцгеймеровского типа, обусловленное ускоренным отложением в мозге бета-амилоидных образований и нарушением когнитивных функций. Когнитивные способности мышей этой линии не охарактеризованы в достаточной мере. В связи с этим для оценки обоснованности эксперименталь­ных протоколов была введена группа дополнительного контроля.

Молекулярный механизм неопиоидного действия бета-эндорфина

Совместно с: Лаборатория фармакокинетики,  Лаборатория токсикологии in vitro

С помощью синтетического пептида октарфина (TPLVTLFK), селективного агониста неопиоидного рецептора бета-эндорфина, получены данные о молекулярном механизме неопиоидного действия гормона. Установлено, что неопиоидное действие бета эндорфина на клетку-мишень реализуется следующим путем: увеличение экспрессии индуцибельной NO-синтазы → возрастание продукции NO → увеличение активности растворимой гуанилатциклазы → возрастание внутриклеточного уровня cGMP.

Разработка лекарственных средств пептидной природы для лечения рассеянного склероза

Совместно с: Группа химии пептидов,  Лаборатория биологических испытаний,  Лаборатория фармакокинетики

Рассеянный склероз – хроническое аутоиммунное заболевание  с неврологической патологией. Доминирующая роль иммунологических процессов в развитии болезни диктует необходимость лекарственные средства, позволяющих специфически минимизировать активность иммунных процессов. Обнаружено, что пептиды  A8AMS и mA8AMS, гомологичные фрагменту домена IgG VH человека, проявляют активность in vitro и in vivo, эффективно уменьшая симптомы развития экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита, животной модели рассеянного склероза. Полученные результаты открывают новые возможности для разработки лекарственных средств пептидной природы для лечения рассеянного склероза.
1.    Туробов В.И., Данилкович А. В. Шевелев А. В., Бирюкова Ю. К.,  Азев В. Н., Мурашев А. Н., Липкин В. М., Удовиченко И. П. Пептид из состава тяжелой цепи иммуноглобулина человека, пригодный для лечения рассеянного склероза. 2016. Заявка на патент РФ №2016151603
2.     Туробов В.И., Данилкович А.В., Шевелев А.Б., Бирюкова Ю.К., Позднякова Н.В., Мустаева Л.Г., Горбунова Е.Ю., Байдакова Л.К., Полякова А.И., Азев В.Н., Мурашев А.Н.,  Липкин В.М., Удовиченко И.П. АКТГ-подобный пептид с иммуносупресорной функцией. 2017. Заявка на патент РФ №2017140866