Лаборатория химии липидов

Лаборатория изучает взаимосвязь между структурой и функцией липидов – основного компонента клеточной мембраны. В результате исследований сотрудники получают липидные конъюгаты с биологически активными молекулами (в том числе с лекарствами), поверхностно активные вещества, липиды, несущие репортерные группировки (липидные зонды – уникальные инструменты для исследователей) и др.

Разрабатываются эффективные схемы синтеза флуоресцентных и фотоаффинных липидных зондов, спроектированных с учетом свойств липидных мембран. В настоящее время создаются передовые системы доставки лекарств для наномедицины.

Лаборатория оснащена всем необходимым для анализа (ВЭЖХ и ГЖХ) и химического синтеза липидов (включая редкие установки для окисления синглетным кислородом и озонирования).

В области синтеза, выделения и очистки, изучения, а главное – применения полученных липидных субстанций Лаборатория сотрудничает с другими лабораториями ИБХ РАН, а также с Московским технологическим университетом (МИТХТ), МГУ, РНИМУ им. Н.И. Пирогова, Саратовским и Нижегородским университетами, Институтом эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи, Институтом глазных болезней им. Гельмгольца, Российским онкологическим научным центром им. Н.Н. Блохина РАМН, Университетом Умео (Швеция), Институтом Хормеля (США), Льежским университетом (Бельгия) и др.

Лаборатория химии липидов была создана в 1963 году, всего через четыре года после основания ИБХ. Возглавил новую Лабораторию Лев Давыдович Бергельсон. Ему удалось провести колоссальную работу по систематизации способов выделения липидов из природных источников, изучению структуры и развитию химического синтеза липидов и их аналогов, а также серьезно продвинуться в области исследования строения и функций биологических мембран, роли липидов в различных патологиях. В 1991 году Лабораторию возглавил Юлиан Георгиевич Молотковский, с тех пор особое развитие получила тематика флуоресцентных липидных зондов. С 2009 года лабораторией руководит Елена Львовна Водовозова, и сейчас основное направление исследований – фармацевтические разработки.

Накопленный за 50 лет опыт – фактически созданная за эти годы научная школа – позволяет сотрудникам лаборатории находить неординарные решения в области липидной химии и успешно справляться со сложными задачами.

  • Создание наноразмерных систем направленной доставки лекарств на основе липосом, липофильных пролекарств и липофильных гликоконъюгатов (молекулярных адресов) (рис. 1, 2). Показано, что адресные лекарственные липосомы по противоопухолевому эффекту значительно превосходят исходные лекарства и липосомы, не оснащенные углеводным лигандом (рис. 3).
  • Синтез новых флуоресцентных зондов липидной природы, изучение с их помощью строения и функций мембран и закономерностей переноса энергии возбуждения между флуорофорами (рис. 4 и 5).
  • Осуществлен синтез природных ненасыщенных жирных кислот на основе стереохимии реакции Виттинга.
  • Обнаружены явления дедифференцировки липидного состава органелл раковых клеток (Л.Д. Бергельсон и Э.В. Дятловицкая).
  • Исследовано распространение и роль нового класса диольных липидов (Л.Д. Бергельсон и В.А. Вавер).
  • Синтезировано и доказано строение бактериальных липоаминокислот, а также проведен синтез ненасыщенного фосфатидилинозита (Л.Д. Бергельсон и Ю.Г. Молотковский).
  • Изучены топологии мембран с помощью спектроскопии ЯМР (Л.Д. Бергельсон и Л.И. Барсуков – в сотрудничестве с В.Ф. Быстровым).
  • Обнаружены и доказаны строения нового класса бактериальных орнитин-содержащих липидов (Л.Д. Бергельсон и С.Г. Батраков).
  • Синтезирована и применена в биологических исследованиях большая гамма флуоресцентных и фотоаффинных липидных зондов (Л.Д. Бергельсон, Ю.Г. Молотковский, Е.Л. Водовозова, И.И. МихалевИ.А. Болдырев).
  • Разработана адресная липосомальная доставка в опухоли липид-модифицированных противораковых агентов (Ю.Г. Молотковский, Е.Л. Водовозова, Г.П. Гаенко ― в сотрудничестве с Н.В. Бовиным).
  • Показано, что разработанные липосомальные препараты гемосовместимы (Н.Р. Кузнецова, Е.Л. Водовозова – в сотрудничестве с Льежским университетом и Центром наномедицины в Будапеште).
  • Показано in vivo (на модели карциномы легких Льюис), что противоопухолевый эффект 100-нм липосом, сконструированных на основе природных фосфолипидов и липофильного пролекарства мелфалана и несущих тетрасахаридный лиганд селектинов сиалил-Льюис Х (SiaLeX), обусловлен специфическим антивасклярным эффектом в ткани опухоли (Е.Л. Водовозова, Н.Р. Кузнецова – в сотрудничестве с Н.В. Бовиным и РОНЦ РАМН).
  • Показано (на модели эндотелиальных клеток пупочной вены человека), что SiaLeX-липосомы, нагруженные липофильным пролекарством мелфалана, селективно доставляют лекарство в клетки, активированные фактором некроза опухоли альфа (TNF-α) (А.С. Алексеева, Е.Л. Водовозова – в сотрудничестве с Институтом эпидемиологии и микробиологии).
  • Исследованы функции вновь открытого церамид-1-фосфат-переносящего белка (C1P), широко распространенного в клетках тканей млекопитающих с применением набора флуоресцентномеченых фосфо- и гликолипидов. Показано, что C1P модифицирует активность фосфолипазы А2 и тем опосредует биосинтез эйкозаноидов (Ю.Г. Молотковский в сотрудничестве с Институтом Хормеля и др.).

Рис. 1. Структуры липофильных пролекарств и гликоконъюгатов.

Рис. 2. Электронные микрофотографии реплик с поверхностей скола замороженных дисперсий: А, а — липосом c МТХ-DG;Б, б — липосом c Mlph-DG.

Рис. 3. Динамика выживания мышей BLRB с перевитой аденокарциномой молочной железы в различных экспериментальных группах (n=10). Мыши получили в/в инъекции на 3-й и 7-й день после перевивки опухоли. Группы: 1 — мерфалан (сарколизин); 2 — пустые липосомы; 3 — липосомы + пролекарство; 4 — липосомы + пролекарство + конъюгат SiaLeX; 5 — липосомы + конъюгат SiaLeX; контроль —  физ. раствор.

Рис. 4. Набор флуоресцентных зондов для исследования свойств мембран на разном расстоянии от поверхности мембраны. Графики на заднем плане — профили параметра порядка набора зондов в бислоях разного состава.

lipchem

Рис. 5. Структура ганглиозидного зонда BODIPY–FL–C3–GM1 — флуоресцентного маркера рафтов.

Текущие гранты:

РНФ № 14-15-00128 ««Ворота» гематоэнцефалического барьера: механизмы регуляции, их зависимость от состояния организма и возраста, способы коррекции с помощью супрамолекулярных транспортных систем» Соисполнитель-рук. Е.Л. Водовозова, головная организация – Саратовский государственный университет

РФФИ № 15-04-07415-а «Исследование липид-белковых взаимодействий в биологических мембранах и в клетках с помощью флуоресцентных липидных зондов» Рук. Ю.Г. Молотковский.

РФФИ № 16-04-01585-а «Изучение состояния противоопухолевых липосом, несущих в бислое липофильное пролекарство метотрексата, в плазме крови человека » Рук. Е.Л. Водовозова.

РФФИ № 15-33-20523 мол_а_вед «Новые флуоресцентные индикаторы активности и субстратной специфичности различных типов фосфолипазы А2"» Рук. И.А. Болдырев.

РФФИ № 16-34-01237 мол_а «Изучение механизмов проникновения в клетки и внутриклеточного транспорта липосомальных форм липофильного пролекарства метотрексата» Рук. А.С. Алексеева

Ф.И.О.ДолжностьКонтакты
Водовозова Елена Львовна, д. х. н.рук. подр.Elvod@ibch.ru+7(495)330-66-10
Молотковский Юлиан Георгиевич, д. х. н., профессорг.н.с.jgmol@ibch.ru+7(495)330-66-01
Болдырев Иван Александрович, к. х. н.с.н.с.ivan@lipids.ibch.ru+7(495)330-66-10, +7(926)224-68-06
Гаенко Галина Петровна, к. б. н.с.н.с.GPG008@mail.ru+7(495)330-66-83
Михалёв Илья Ильич, к. х. н.с.н.с.Ilya.Mikhalyov@gmail.com+7(495)330-66-10
Вострова Анна Григорьевна, к. х. н.н.с.anna.vostrova@gmail.com+7(495)330-69-74
Онищенко (Кузнецова) Наталья Ростиславовна, к. х. н.н.с.natalia@lipids.ibch.ru+7(495)330-66-10
Алексеева Анна Сергеевнам.н.с.anna@lipids.ibch.ru+7(495)330-66-10
Третьякова Дарья Сергеевнаасп.daria@lipids.ibch.ru+7(495)330-66-10
Волкова Светлана Сергеевнатех.-лаб.+7(495)335-32-00

Ранее здесь работали:

Бергельсон Лев Давыдович, чл.-корр. РАНрук. подр.
Жукова Галина Ивановнатех.-лаб.

Избранные публикации (показать все)

Загружаются...

Водовозова Елена Львовна

  • Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
  • ИБХ РАН, корп. 34, комн. 532
  • Тел.: +7(495)330-66-10
  • Эл. почта: Elvod@ibch.ru

Влияние стабилизирующих компонентов в липидном бислое на целостность липосом с липофильным пролекарством в сыворотке крови человека (2018-11-30)

Исследовано влияние ряда амфифильных молекул в липидном бислое на целостность 100-нм-липосом, нагруженных липофильным пролекарством химиотерапевтического препарата мелфалана, в сыворотке крови человека. С помощью флуоресцентных методов показано, что фосфатидилинозит защищает от деградации жидкофазный липидный бислой, сформированный на основе яичного фосфатидилхолина, не менее 4 ч, а ганглиозид GM1 и конъюгат карбоксилированного олигоглицина с фосфатидилэтаноламином – вплоть до 24 ч. В то же время, конъюгат полиэтиленгликоля-2000 с фосфатидилэтаноламином (ПЭГ-липид) способствовал разрушению липосом: происходило вымывание липидов из жидкофазного липидного бислоя, а в случае твердофазной мембраны (гелевая фаза бислоя), содержащей менее 10 мол. % ПЭГ-липида, в ней возникали разрывы (мембрана давала течь). ПЭГ-липид хорошо стабилизировал липидный бислой, находящийся в конденсированной жидкоупорядоченной фазе, то есть содержащий достаточное количество холестерина. Описанные эффекты следует учитывать при использовании липофильных конъюгатов ПЭГ в составе супрамолекулярных систем доставки лекарств, нестабилизированных ковалентными связями, таких как липосомы, липидные наносферы, мицеллы.

Новые флуоресцентные зонды для исследования строения и функций мембран (2017-11-27)

С помощью антрилвинил-периленоильной FRET-пары (FRET - Förster resonance energy transfer) фосфолипидных зондов показано, что на поверхности церамид-1-фосфат-переносящего белка существуют регуляторные центры взаимодействий с головными группами фосфоглицеридов в липидной мембране, в отличие от других представителей суперсемейства гликолипид-переносящих белков, специфичных к гликолипидам [1]. С помощью новой BODIPY FRET-пары фосфатидилхолиновых зондов показано, что действие гетеродимерных фосфолипаз А2 из яда гадюки Никольского на отрицательно заряженные липидные бислои приводит к агрегации и стэкингу мембран; это может являться одним из механизмов биологической активности фосфолиазы А2 [2]. Методом FRET между BODIPY-ганглиозидными зондами в сочетании с симуляцией Монте-Карло показано, что в модельных мембранах, имитирующих плазмалемму, образуются сфингомиелин-холестериновые 10-нм-домены (рафты) с жидкокристаллической неупорядоченной фазой [3].

Публикации

  1. Alekseeva AS, Tretiakova DS, Chernikov VP, Utkin YN, Molotkovsky JG, Vodovozova EL, Boldyrev IA (2017). Heterodimeric V. nikolskii phospholipases A2 induce aggregation of the lipid bilayer. Toxicon 133, 169–179
  2. Zhai X, Gao YG, Mishra SK, Simanshu DK, Boldyrev IA, Benson LM, Bergen HR, Malinina L, Mundy J, Molotkovsky JG, Patel DJ, Brown RE (2017). Phosphatidylserine stimulates ceramide 1-phosphate (C1P) intermembrane transfer by C1P transfer proteins. J Biol Chem 292 (6), 2531–2541
  3. Koukalová A, Amaro M, Aydogan G, Gröbner G, Williamson PTF, Mikhalyov I, Hof M, Šachl R (2017). Lipid Driven Nanodomains in Giant Lipid Vesicles are Fluid and Disordered. Sci Rep 7 (1), 5460

Липосомы с липофильным пролекарством метотрексата: взаимодействия с опухолевыми клетками и исследования in vivo (2017-11-27)

Ранее нами разработаны 100-нм-липосомы, несущие в липидном бислое широко используемый цитостатический агент метотрексат (МТХ) в виде диглицеридного эфира (MTX-DG, липофильное пролекарство). В данной работе изучены взаимодействия MTX-DG-липосом с опухолевыми клетками мыши и человека с помощью флуоресцентных методов. Липосомы содержали флуоресцентные аналоги фосфатидилхолина и MTX-DG. Клетки карциномы накапливали в 5 раз больше MTX-DG-липосом, чем липосом без пролекарства. С помощью ингибиторов эндоцитоза показано, что липосомы доставляют MTX-DG в клетку посредством нескольких механизмов. После связывания с клеткой липосомы остаются интактными 1.5-2 ч, затем сливаются с клеточной мембраной, и далее компоненты липосом раздельно интернализуются клеткой. По данным анализа содержания МТХ в плазме крови мышей в зависимости от времени, после i.v. введения MTX-DG-липосом величина AUC (площадь под кривой) для МТХ, метаболизировавшего из MTX-DG-липосом, превысила в 2.5 раза этот параметр, полученный после введения интактного МТХ. Результаты свидетельствуют о преимуществах применения липосомальной формы для лечения системных проявлений гематологических злокачественных заболеваний. Введение MTX-DG-липосом мышам с перевитой Т-клеточной лейкемической лимфомой в щадящем режиме (4 i.v. в низко-средней дозе) показало уменьшение токсичности и усиление ингибирования роста лимфомы по сравнению с МТХ.

Взаимодействие противоопухолевых липосом, несущих углеводный лиганд селектинов, с эндотелиальными клетками сосудов крови (2016-03-29)

Исследован механизм взаимодействия 100-нанометровых липосом, полученных из природных фосфолипидов и липофильного пролекарства мелфалана и оснащенных углеводным лигандом селектинов сиалил Льюис Х (SiaLeX), с эндотелиальными клетками сосудов крови. Установлено, что SiaLeХ-липосомы селективно связываются и быстро поглощаются клетками, активированными фактором некроза опухоли альфa (TNFα). Процесс сопровождается дестабилизацией мембраны липосом — первым этапом высвобождения пролекарства. Напротив, неактивированные клетки связывают лишь незначительное количество SiaLeX-липосом, причем липосомы остаются интактными длительное время (не менее 90 мин).

Публикации

  1. Alekseeva A, Kapkaeva M, Shcheglovitova O, Boldyrev I, Pazynina G, Bovin N, Vodovozova E (2015). Interactions of antitumour Sialyl Lewis X liposomes with vascular endothelial cells. BIOCHIM BIOPHYS ACTA 1848 (5), 1099–1110