Лаборатория нейрорецепторов и нейрорегуляторов

Отдел молекулярной нейробиологии

Руководитель: Козлов Сергей Александрович, д. х. н.
serg@ibch.ru+7(495)336 4022

Токсинология, нейротоксины, ионотропные рецепторы, структура белков, рекомбинантные полипептиды, биологически активные соединения для медицины

Лаборатория проводит исследования биологически активных компонентов из природных источников, взаимодействующих с различными мишенями в клеточной мембране, а также разрабатывает общие подходы для их идентификации, выделения, структурно-функционального анализа и использования в качестве тонких инструментов модуляции активности мембранных рецепторов нервной клетки. Исследования Лаборатории позволяют приблизиться к пониманию молекулярных механизмов специфичности действия природных лигандов и закладывают основу для разработки принципиально новых высокоспецифичных лекарственных средств и инсектицидов.

Лаборатория сотрудничает с Институтом эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН (член-корр. РАН Л. Г. Магазанник), Федеральным научно-клиническим центром физико-химической медицины (академик В.М. Говорун), Институтом биоорганической химии им. Садыкова АН республики Узбекистан (академик Ш. И. Салихов), Институтом общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН (в.н.с. Т.И. Одинцова), Всероссийским научно-исследовательским институтом сельскохозяйственной биотехнологии РАСХН (проф. А.В. Бабаков), Католическим университетом г. Левен, Бельгия (проф. Я. Титгат) и др.

В лаборатории проводились совместные научные исследования с компаниями Monsanto, Bayer, Zeneka, DuPont и др. Многие приоритетные результаты защищены международными и российскими патентами. В лаборатории получены гранты по программе Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология», Роснауки, Роспрома, программе «Научная школа», РФФИ и др.

Лаборатория постоянно ведет работу с молодежью, за время существования по тематике исследования были защищены 23 кандидатских диссертации. Хорошее материально-техническое обеспечение, использование передовых методов исследования, постоянное совершенствование практических навыков сотрудников, открытость для дискуссий, большие творческие планы и активное участие сотрудников в общественной жизни Института – это то, что характеризует Лабораторию нейрорецепторов и нейрорегуляторов сегодня.

Лаборатория была основана в 1987 году академиком РАН, профессором Евгением Васильевичем Гришиным, под руководством которого она стала ведущим научным подразделением нашей страны и мира в области изучения природных нейротоксинов и их нейрональных рецепторов.

  • Поиск и исследование полипептидных токсинов и низкомолекулярных соединений, модулирующих активность мембранных рецепторов, участвующих в процессе генерации и передачи болевых ощущений (Юлия Владимировна Королькова, Ярослав Алексеевич Андреев, Сергей Геннадьевич Кошелев, Дмитрий Игоревич Осмаков)
  • Изучение антимикробных пептидов членистоногих и защитных пептидов растений (Евгений Александрович Рогожин)
  • Разработка методов защиты сельскохозяйственных растений для повышения урожая (Евгений Александрович Рогожин)
  • Разработка методов получения рекомбинантных полипептидных токсинов в различных системах гетерологической экспрессии (Ярослав Алексеевич Андреев, Екатерина Евгеньевна Малеева)
  • Внедрение омиксных технологий в поиск и структурную идентификацию биологически активных соединений сложных многокомпонентных смесей (Александр Николаевич Миков)
  • Создание клеточных линий для анализа лиганд-рецепторных взаимодействий (Юлия Владимировна Королькова, Ярослав Алексеевич Андреев)
  • Изучение наноструктуры комплексов ДНК (Василий Николаевич Данилевич)
  • Сотрудники Лаборатории провели систематические исследования яда пауков, скорпионов, муравьев и змей (всего более 50 видов ядовитых животных) и экстрактов лекарственных растений, в которых было идентифицировано более 150 различных токсинов, из них 136 выделено и охарактеризовано впервые. В процессе этой работы были открыты:
  • новый класс токсинов пауков типа аргиопина – полиаминных блокаторов глутаматных рецепторов
  • семейство высокомолекулярных селективных нейротоксинов из яда каракурта («черной вдовы») – латротоксинов
  • мембраноактивные пептиды из яда муравьев и пауков
  • полипептидные токсины, специфичные для натриевых, калиевых, кальциевых, протончувствительных, TRPV1, TRPA1каналов.
  • низкомолекулярные биологически активные соединения из лекарственных растений с анальгетическим действием.
  • При изучении нейрональных рецепторов впервые выделены и охарактеризованы все индивидуальные компоненты натриевого канала электровозбудимых мембран млекопитающих.
  • Проведено детальное исследование рецепторов латротоксина и рецепторов аргиопина.
  • Открыт новый тип ионотропных глутаматных рецепторов.
  • Установлено существование в пресинаптической мембране нервной клетки функционального комплекса – синаптосекретосомы и нового рецептора – латрофилина, обуславливающих процесс секреции нейромедиатора.
  • Успешно завершены доклинические испытания двух потенциальных анальгетических препаратов.
Ф.И.О.ДолжностьКонтакты
Славохотова Анна Александровна
Козлов Сергей Александрович, д. х. н.рук. подр.serg@ibch.ru+7(495)336 4022
Андреев Ярослав Алексеевич, к. б. н.с.н.с.yaroslav.andreev@yahoo.com+7(495)336-40-20
Данилевич Василий Николаевич, к. б. н.с.н.с.dan@ibch.ru+7(495)336-40-22
Елякова Елена Георгиевна, к. х. н.с.н.с.elyakova@yandex.ru+7(495)429-87-20, +7(495)995-55-57#2501
Королькова Юлия Владимировна, к. х. н.с.н.с.july@ibch.ru+7(495)3366540
Кошелев Сергей Геннадьевич, к. б. н.с.н.с.sknew@yandex.ru+7(495)3306683
Садыкова Вера Сергеевнас.н.с.
Рогожин Евгений Александровичн.с.rea21@list.ru+7(495)336-40-22
Осмаков Дмитрий Игоревичн.с.
Васильченко Алексей Сергеевичн.с.
Миков Александр Николаевичм.н.с.mikov.alexander@gmail.com+7(495)3366540
Малеева Екатерина Евгеньевнам.н.с.+7()3364022
Мошарова Ирина Владимировнам.н.с.+7()3306683
Логашина Юлия Александровнам.н.с.yulia.logashina@gmail.com+7(495)3364022
Владимиров Андрей Алексеевичтех.-лаб.
Александрова Людмила Александровнаинженер+7(495)336-40-22
Нигматулина Наталья Борисовнаинженерnatnb@mail.ru
Лубова Ксения Игоревнаинженерlubova.ksenia@gmail.com
Баранова Анна Александровнаинж.-иссл.
Бозин Тимур Николаевичинж.-иссл.
Гаврюшина Ирина Александровнаинж.-иссл.

Ранее здесь работали:

Егоров Цезий Алексеевич, д. х. н.в.н.с.ego@ibch.ru
Василевский Александр Александрович, к. х. н.с.н.с.avas@ibch.ru
Валякина Татьяна Ивановна, к. б. н.с.н.с.valyakina@ibch.ru
Плужников Кирилл Андреевич, к. х. н.с.н.с.
Симонова Мария Александровна, к. х. н.н.с.simonova@ibch.ru
Комалева Равиля Люкмановнан.с.
Лахтина Ольга Евгеньевнан.с.
Петрова Елена Эдуардовна, к. б. н.н.с.petrova@ibch.ru
Мусолямов Александр Хусаиновичм.н.с.musolyamov@ibch.ru
Самохвалова Лариса Вадимовнам.н.с.
Астафьева А Ам.н.с.a_sanya@mail.ru
Сачкова Мария Юрьевна, к. х. н.асп.sachkovamasha@mail.ru
Арзамасов Александр Алексеевичстуд.Alex_arzamasov@hotmail.com
Емельянова Анна Андреевнаинж.-иссл.annaemelyan@gmail.com
Каневская Жанна Олеговналаб.zh-kanewskaya@yandex.ru
Гришин Евгений Васильевич, академикЗав. отделом

Избранные публикации (показать все)

Загружаются...

Козлов Сергей Александрович

  • Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
  • ИБХ РАН, корп. 51, комн. 363
  • Тел.: +7(495)336 4022
  • Эл. почта: serg@ibch.ru

Факс: +7 (495) 330 5892

В лекарственном растении Laurus nobilis обнаружен протон-независимый активатор кислото-чувствительных каналов ASIC3 с необычными фармакологическими свойствами. (2018-11-30)

Целенаправленный поиск новых лигандов к ионным каналам семейства ASIC привел к обнаружению в листьях благородного лавра алкалоида линдолдхамин, который может активировать канал ASIC3 при физиологических значениях pH. Было продемонстрировано, что закисление внеклеточной среды, которое в норме приводит к активации ионного канала, не является необходимым условием для открытия, как человеческой, так и крысиной изоформы ASIC3 канала. Электрофизиологические исследования на гетерологически экспрессированных ионных каналах ASIC3 выявили различия в модуляции активности человеческой и крысиной изоформы линдолдхамином. С помощью различных протоколов было показано, что связывание линдолдхамина с человеческой изоформой ASIC3 канала в закрытом состоянии приводит к 2 кратному росту амплитуды транзиентного тока в ответ на кислотный рН стимул; при этом на крысиную изоформу ASIC3 лиганд не влиял. Протон независимая активация крысиного канала также была существенно ниже по амплитуде регистрируемого тока. В итоге были показаны существенные фармакологические отличия каналов ASIC3 человека и крысы при их взаимодействии с новым алколоидом, что еще раз доказывает неоднозначность возможной интерпретации данных, получаемых в тестировании на животных моделях, при разработке лекарственных средств для людей. Уникальные фармакологические свойства линдолдхамина позволяют позиционировать его как новый инструмент для изучения активности каналов ASIC, и для изучения синаптической пластичности нервной системы в целом, так как решающая роль этих каналов в этом процессе давно доказана. Уникальным свойством нового лиганда является способность конкурировать с протонами, вызывающими десенситизацию транзиентного тока ASIC3 канала, таким образом, что на кривой рН-зависимости десенситизации наблюдается увеличение амплитуды транзиентного тока, а не сдвиг кривой в область более кислых значений. Ни для одного известного лиганда ASIC такой эффект опубликован ранее не был.

Открыты первые пептидные лиганды, потенцирующие ответ TRPA1 рецепторов на агонисты, проявляющие обезболивающий и противовоспалительный эффекты. (2017-11-24)

Из морских анемон видов Metridium senile и Urticina eques выделены и охарактеризованы анальгетические пептиды Мs9а-1 и Ueq 12-1. Пептид Мs9а-1 содержит 35 аминокислотных остатков, а его пространственная структура стабилизирована двумя дисульфидными мостиками подобно ранее описанным  пептидам из морских анемон. Ueq 12-1 состоит из 45 аминокислотных остатков, включая 10 остатков цистеина с необычным распределением, образующих 5 дисульфидных связей, и является уникальным среди многообразия известных пептидов морских анемон. Являясь по сути принципиально новой обнаруженной пространственной структурой, пространственная укладка части полипептидной цепи молекулы Ueq 12-1 похожа на альфа дефензины млекопитающих. Возможно, именно поэтому пептид также обладает слабым антимикробным действием на грамм-положительные бактерии. Структурно непохожие друг не друга пептиды Мs9а-1 и Ueq 12-1 имеют схожий механизм действия и одну биологическую мишень. В тестах in vitro на ооцитах лягушки Xenopus laevis и клетках млекопитающих, экспрессирующих рецептор TRPA1, оба пептида усиливали действие прямых агонистов, таких как AITC и диклофенак. В тестах in vivo на мышах введение пептидов внутривенно давало значительный анальгетический и противовоспалительный эффект, при этом сами пептиды при введении не вызывали ни болевых ощущений ни тепловую гиперчувствительность. Обнаруженные эффекты пептидов связаны с тем, что при взаимодействии с TRPA1 пептиды делают рецептор более восприимчивым к распознаванию своих агонистов (потенцирующее действие), таким образом, при появлении эндогенных раздражителей, таких как, например, медиаторы воспаления, происходит десенситизация TRPA1-экспрессирующих нейронов. Способность этих веществ избирательно усиливать активность белка TRPA1 открывает новые возможности фундаментальных исследований и служит основой создания лекарств от боли и воспаления.

Впервые охарактеризованы эндогенные лиганды рецептора ASIC3, способные активировать канал без участия протонов, а также выводить ASIC3 человека из состояния десенситизации при физиологических значениях pH. (2017-11-24)

Найдены первые активаторы кислото-чувствительных каналов ASIC, обладающие уникальным, ранее не описанным механизмом действия. Изохинолиновые алкалоиды (THP, ретикулин), которые синтезируются клетками млекопитающих как промежуточные продукты в цикле синтеза эндогенного морфина из тирозина, в милимолярных концентрациях способны возвращать канал ASIC3 из протон-опосредованной десенсибилизации, и одновременно эффективно активировать hASIC3 и rASIC3 при физиологическом рН 7.4 и слабо щелочных условиях. До настоящего момента был описан очень ограниченный набор активаторов ASICs, при чем описанные агонисты главным образом сдвигают активационную способность каналов в область более высоких значений рН, делая рецепторы более чувствительными к меньшим скачкам рН, при этом вклад протонов в процесс открытия каналов рассматривался как основной. Охарактеризованные и зохинолиновые алкалоиды — первые «непротонные» активаторы ASIC3 рецепторов.

При фармакологической характеристике «непротонных» активаторов на изоформы ASIC3 человека и грызунов было выявлено сильное функциональное различие в действии на каналы крысы (незначительный эффект) и человека (сильная потенциация ответа на закисление), что поставило под вопрос эффективность действия известных лигандов, охарактеризованных на животных моделях, при переносе их в клинические исследования.

Также, был сформулирован новый подход к разработке принципиально новых анальгетиков. Найденные лиганд-опосредованные взаимодействия двух систем: ноцицепции (ASIC3) и анти-ноцицепции (опиоидные рецепторы), по нашему мнению, могут находиться во взаимно сбалансированном состоянии, так что ингибирование или активация ферментов в каскаде биосинтеза эндогенного морфина может сдвигать равновесие в ту или иную сторону, приводя к анальгезии или гиперальгезии.

Каналы ASIC играют важную роль не только в ноцицепции, но и в передаче нервного возбуждения, синаптической пластичности, процессах обучения и гибели нейронов. Открытие эндогенных «непротонных» активаторов доказывает существование нескольких путей регуляции этих каналов. Пока не понятно, который из них может в большей степени быть реализован в ЦНС, не исключено, что закисление внеклеточной среды — неосновной путь регуляции. Ответ на этот вопрос будет получен при изучении найденных нами лигандов в модельных экспериментах.

Установлен разнонаправленный механизм действия пептидных модуляторов TRPV1 рецептора в различных условиях активации рецептора. (2017-11-24)

Изучено действие полипептидов APHC1, APHC2 и APHC3, ранее выделенных из морской анемоны Heteractis crispa, на рецепторы rTRPV1, экспрессированные в клетках CHO, с использованием методов электрофизиологии, флуоресцентной спектроскопии и молекулярного моделирования. Установлено, что APHCs потенцируют ответ TRPV1, вызванный низкими (3-300 нМ) концентрациями специфичного агониcта — капсаицина, и ингибируют ответы при высоких (>3.0 мкМ) концентрациях активатора. Были также найдены зависимости действия пептидов на TRPV1 при варьировании активаторов, таких как: 2APB и протоны, и на комбинированные активационные стимулы. В итоге, был установлен бимодальный механизм действия APHCs, зависящий от силы активируюшего стимула, — потенцирование малоамплитудных ответов рецептора и отсутствие эффекта/ингибирование высокоамплитудных ответов. Предложена двойная «шлюзовая» модель активации TRPV1, которая предполагает, что APHC-полипептиды могут стабилизировать промежуточное состояние во время активации рецептора. Методом молекулярного моделирования установлен предполагаемый сайт связывания пептидов между парами внешних P-петель TRPV1.

Модуляторы с дуалистическим эффектом могут иметь определенное преимущество с точки зрения их практического медицинского применения, такие соединения не тормозят нормальную работу рецептора, однако, в случае патологически сильной активации производят желаемый терапевтический эффект.

Публикации

  1. Nikolaev MV, Dorofeeva NA, Komarova MS, Korolkova YV, Andreev YA, Mosharova IV, Grishin EV, Tikhonov DB, Kozlov SA (2017). TRPV1 activation power can switch an action mode for its polypeptide ligands. PLoS One 12 (5), e0177077

Из яда паука Tibellus oblongus выделен и охарактеризован новый инсекто-специфичный токсин, обладающий «динамическим эпитопом». (2016-03-28)

Новый дисульфид-содержащий полипептидный токсин с мотивом пространственной укладки ICK был обнаружен в яде паука Tibellus oblongus. Методами электрофизиологии для нового полипептида была определена биологическая мишень - пресинаптический Са-канал несекомых. Токсин не действовал на препараты из млекопитающих и позвоночных, поэтому получил название ω-Тbo-IT1. ЛД50  нового инсектотоксина составило 11.7 мкг/г на личинках домашней мухи Musca domestica и 20 мкг/г на ювенильный особях тараканов Gromphadorhina portentosa. Методами электрофизиологии было показано обратимое концентрационно-зависимое ингибирование ω-Тbo-IT1 вызванных возбуждающих постсинаптических токов в нейромышечных препаратах мясной мухи Calliphora vicina  (IC50=40±10 нм и коэффициентом Хилла 3.4±0.3) и отсутствие эффекта пептида на спонтанные токи. Анализ пространственной структуры рекомбинантного ω-Тbo-IT1 методом ЯМР-спектроскопии в водном растворе показал, что токсин состоит из нескольких β-шпилечных петель. Две такие петли - длинная и короткая - в водном растворе способны совершать взаимные колебания, которые мы назвали “scissors-like mutual motions”. Такая обнаруженная пластичность молекулы («динамический эпитоп») может играть решающую роль в связывании/распознавании рецептора.

Публикации

  1. Mikov AN, Fedorova IM, Potapieva NN, Maleeva EE, Andreev YA, Zaitsev AV, Kim KK, Bocharov EV, Bozin TN, Altukhov DA, Lipkin AV, Kozlov SA, Tikhonov DB, Grishin EV (2015). ω-Tbo-IT1-New Inhibitor of Insect Calcium Channels Isolated from Spider Venom. Sci Rep 5, 17232

На примере одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale Wigg.) впервые показано наличие у растений антимикробного пептида из группы гликопептидов, богатого остатками пролина/гидроксипролина (2016-03-28)

Комбинацией методов автоматического N-концевого секвенирования по Эдману, аминокислотного анализа и нисходящей тандемной масс-спектрометрии определена полная аминокислотная последовательность нового узко специфичного антимикробного пролин/гидроксипролин-богатого, не содержащего остатков цистеина гликопептида, выделенного из цветков одуванчика лекарственного (T. officinale). Установлено наличие гликозилирования данной молекулы пентозами исключительно по остаткам гидроксипролина. Определение спектров кругового дихроизма позволило установить формирование пространственной организации данного гликопептида преимущественно в виде полипролиновой спирали. Высокая специфичность действия нового гликополипептида определяется ингибированием грибов-микромицетов с пигментированной (меланизированной) клеточной стенкой, что может обуславливать механизм его молекулярного действия. При этом экспериментально установлено, что тотальное дегликозилирование не приводит в существенному снижению его антимикробной активности на уровне показателя ИК50. Выделенная молекула является первым примером наличия у растений так называемых потенциальных "гликопептидных антибиотиков" - компонентов врожденной иммунной системы.