Направления исследований

Общие проблемы биокатализа, структурно-функциональные взаимоотношения, определяющие каталитическую эффективность биокатализатора, искусственные ферменты, каталитические антитела-абзимы. Проблемы индукции каталитической активности молекул суперсемейства иммуноглобулинов. Антиидиотипические антитела как модель, обеспечивающая передачу функциональной активности белковой молекулы. Проблемы природной каталитической активности и корреляция каталитической активности антител по отношению к аутоантигенам с глубиной развития патологических процессов. Молекулярные основы аутоиммунных заболеваний. Животные модели аутоиммунных процессов. Проблемы направленного элиминирования патологических В-лимфоцитов. Создание каталитических вакцин, способных разрушать низкомолекулярные токсины, фосфорорганические яды и белки оболочки вирусов, в частности ВИЧ. Каталитические антитела к биополимерам. Антитела-протеазы и ДНКазы. Проблемы цитотоксичности аутоантител и механизмы апоптоза (совместно с Лабораторией иммунологии рака Института биологии гена РАН). Протеазы, индуцируемые при аутоиммунных процессах. Протеазы патогенов (совместно с лабораторией химии ферментов ИБХ РАН). Комбинаторные подходы (в частности фаговый дисплей) для поиска эффективных субстратов протеаз. ДНК-топоизомеразы и механизмы взаимодействия с противораковыми препаратами. Механизмы действия эстераз. Биотехнологические исследования (совместно с лабораторией биотехнологии ИБХ РАН) Создание лекарственных препаратов на основе рекомбинантных белков, экспрессируемых в про- и эукариотических системах. Получение пролонгированных лекарственных средств с помощью полисиалирования, получение комбинированных ДНК-белковых вакцин.

Основные достижения

Высказано предположение о наличии «природной каталитической активности» антител по отношению к аутоантигенам при патологических процессах в организме человека и у модельных животных. Открыты природные ДНК-абзимы. Показаны цитотоксические эффекты этих антител. Установлен молекулярный механизм их действия на уровне 3D. Показано, что каталитические антитела могут быть получены как антиидиотипические антитела к ферментам. Получена искусственная протеаза и ацетилхолинэстераза (совместно с технологическим университетом —  г. Компьень, Франция). Продемонстрировано ее специфическое взаимодействие с аналогами фосфорорганических отравляющих веществ. Установлен механизм действия, получены кристаллы и разрешена трехмерная структура первого каталитического антитела, взаимодействующего с аналогами фосфорорганических отравляющих веществ. Показана ДНК-гидролизующая активность этого антитела и установлен механизм его действия. Найден способ получения эпитоп-специфические каталитических антител-протеаз. Получены антитела, специфически разрезающие поверхностный белок оболочки ВИЧ, gp120. Обнаружена сайт-специфическая деградация основного белка миелина под действием аутоантител, выделенных из сывороток крови больных рассеянным склерозом и модельных животных, развивающих ЕАЕ (экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит) и продемонстрирован диагностический и прогностический потенциал этого эффекта. Впервые предложен метод оптической детекции ДНК-топоизомеразной реакции. Установлен кинетический механизм ДНК-топоизомераз. С помощью методов предстационарной кинетики установлен механизм действия летального фактора сибирской язвы. Совместно с лабораторией биотехнологии ИБХ РАН получен отечественный препарат «Растан» (рекомбинантный гормон роста человека), колониестимулирующий фактор, рекомбинантный фактор свертывания крови VII.

Ф.И.О.	Должность	Эл. почта
Белогуров Алексей Анатольевич, к. х. н.	н.с.
Воробьев Иван Иванович, к. х. н.	н.с.	ptichman@gmail.com
Дронина Марина Владимировна	н.с.
Дубилей Светлана Алексеевна, к. б. н.	н.с.
Дурова Оксана Михайловна	н.с.
Захарова Мария Юрьевна	м.н.с.
Кнорре Вера Дмитриевна, к. х. н.	н.с.	vera.knorre@gmail.com
Козырь Арина Владимировна, к. б. н.	н.с.
Колесников Александр Владимирович, к. б. н.	с.н.с.
Пономаренко Наталья Александровна, д. б. н.	в.н.с.
Смирнов Иван Витальевич, к. х. н.	н.с.

Избранные публикации

1. Reshetnyak A.V., Armentano M.F., Ponomarenko N.A., Vizzuso D., Durova O.M., Ziganshin R., Serebryakova M., Govorun V., Gololobov G., Morse H.C. 3rd, Friboulet A., Makker S.P., Gabibov A.G., Tramontano A. (2007). Routes to covalent catalysis by reactive selection for nascent protein nucleophiles. J. Am. Chem. Soc. 129 (51), 16175–82 [+]

   Reactivity-based selection strategies have been used to enrich combinatorial libraries for encoded biocatalysts having revised substrate specificity or altered catalytic activity. This approach can also assist in artificial evolution of enzyme catalysis from protein templates without bias for predefined catalytic sites. The prevalence of covalent intermediates in enzymatic mechanisms suggests the universal utility of the covalent complex as the basis for selection. Covalent selection by phosphonate ester exchange was applied to a phage display library of antibody variable fragments (scFv) to sample the scope and mechanism of chemical reactivity in a naive molecular library. Selected scFv segregated into structurally related covalent and noncovalent binders. Clones that reacted covalently utilized tyrosine residues exclusively as the nucleophile. Two motifs were identified by structural analysis, recruiting distinct Tyr residues of the light chain. Most clones employed Tyr32 in CDR-L1, whereas a unique clone (A.17) reacted at Tyr36 in FR-L2. Enhanced phosphonylation kinetics and modest amidase activity of A.17 suggested a primitive catalytic site. Covalent selection may thus provide access to protein molecules that approximate an early apparatus for covalent catalysis.

2. Ponomarenko N.A., Durova O.M., Vorobiev I.I., Belogurov A.A. Jr, Kurkova I.N., Petrenko A.G., Telegin G.B., Suchkov S.V., Kiselev S.L., Lagarkova M.A., Govorun V.M., Serebryakova M.V., Avalle B., Tornatore P., Karavanov A., Morse H.C. 3rd, Thomas D., Friboulet A., Gabibov A.G. (2006). Autoantibodies to myelin basic protein catalyze site-specific degradation of their antigen. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103 (2), 281–6 [+]

   Autoantibody-mediated tissue destruction is among the main features of organ-specific autoimmunity. This report describes "an antibody enzyme" (abzyme) contribution to the site-specific degradation of a neural antigen. We detected proteolytic activity toward myelin basic protein (MBP) in the fraction of antibodies purified from the sera of humans with multiple sclerosis (MS) and mice with induced experimental allergic encephalomyelitis. Chromatography and zymography data demonstrated that the proteolytic activity of this preparation was exclusively associated with the antibodies. No activity was found in the IgG fraction of healthy donors. The human and murine abzymes efficiently cleaved MBP but not other protein substrates tested. The sites of MBP cleavage determined by mass spectrometry were localized within immunodominant regions of MBP. The abzymes could also cleave recombinant substrates containing encephalytogenic MBP(85-101) peptide. An established MS therapeutic Copaxone appeared to be a specific abzyme inhibitor. Thus, the discovered epitope-specific antibody-mediated degradation of MBP suggests a mechanistic explanation of the slow development of neurodegeneration associated with MS.

3. Ponomarenko N.A., Vorobiev I.I., Alexandrova E.S., Reshetnyak A.V., Telegin G.B., Khaidukov S.V., Avalle B., Karavanov A., Morse H.C. 3rd, Thomas D., Friboulet A., Gabibov A.G. (2006). Induction of a protein-targeted catalytic response in autoimmune prone mice: antibody-mediated cleavage of HIV-1 glycoprotein GP120. Biochemistry 45 (1), 324–30 [+]

   We have induced a polyclonal IgG that degrades the HIV-1 surface antigen, glycoprotein gp120, by taking advantage of the susceptibility of SJL mice to a peptide-induced autoimmune disorder, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). Specific pathogen-free SJL mice were immunized with structural fragments of gp120, fused in-frame with encephalitogenic peptide MBP(85-101). It has resulted in a pronounced disease-associated immune response against antigens. A dramatic increase of gp120 degradation level by purified polyclonal IgG from immunized versus nonimmunized mice has been demonstrated by a newly developed fluorescence-based assay. This activity was inhibited by anti-mouse immunoglobulin antibodies as well as by Ser- and His-reactive covalent inhibitors. A dominant proteolysis site in recombinant gp120 incubated with purified polyclonal IgG from immunized mice was shown by SDS-PAGE. The SELDI-based mass spectrometry revealed that these antibodies exhibited significant specificity toward the Pro484-Leu485 peptide bond. The sequence surrounding this site is present in nearly half of the HIV-I variants. This novel strategy can be generalized for creating a catalytic vaccine against viral pathogens.

4. Shuster A.M., Gololobov G.V., Kvashuk O.A., Bogomolova A.E., Smirnov I.V., Gabibov A.G. (1992). DNA hydrolyzing autoantibodies. Science 256 (5057), 665–7 [+]

   A DNA-nicking activity was detected in the sera of patients with various autoimmune pathologies and was shown to be a property of autoantibodies. The DNA hydrolyzing activity, which was purified by affinity and high-performance liquid chromatography, corresponded in size to immunoglobulin M (IgM) and IgG and had a positive response to antibodies to human IgG. The DNA hydrolyzing autoantibodies were stable to acid shock and yielded a DNA degradation pattern that was different from that of deoxyribonuclease (DNase) I and blood DNase.

Руководитель подразделения

Габибов Александр Габибович

• Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
• ИБХ РАН, корп. 31, комн. 600
• Тел.: +7 (495) 727-38-60
• Эл. почта: gabibov@mx.ibch.ru

Cекретарь-референт

Кнорре Вера Дмитриевна

• Тел.: +7 (495) 727-38-60
• Эл. почта: vera.knorre@gmail.com