Лаборатория молекулярной токсинологии

Отдел молекулярной нейроиммунной сигнализации

Руководитель: Уткин Юрий Николаевич, д. х. н.
utkin@ibch.ru+7(495)336-65-22

яды змей, токсины, выделение и свойства новых белков, Никотиновый холинорецептор

Лаборатория проводит фундаментальные исследования по изучению молекулярной структуры компонентов животных ядов и механизмов их действия. В качестве основного инструмента для исследований механизмов функционирования нервной системы и проведения нервных импульсов используются токсины. В результате расширения круга интересов и задач Лаборатории ее сотрудники изучают яды, которые не только воздействуют на нейрорецепторы, но и влияют на гемостаз.

Лаборатория молекулярной токсинологии сотрудничает с рядом зарубежных лабораторий и групп. Так, изучением различных рецепторов и поиском новых токсинов она занимается совместно с Рурским университетом (Ruhr-Universität Bochum, Германия). Кроме того, исследование токсинов проводится совместно с белорусскими учеными («Институт физиологии НАН Беларуси»), которые изучают влияние нейроактивных соединений ядов на развитие опухолей (в качестве модельной опухоли используется карцинома Эрлиха). Особый интерес представляет сотрудничество Лаборатории со специалистами из Вьетнама (Institute of Applied materials science, Хошимин), вместе с которыми изучаются яды вьетнамских животных. Также Лаборатория молекулярной токсинологии  налаживает связи с учеными из Индии.

Помимо традиционно изучаемых нейротоксинов Лаборатория исследует пептиды и белки, влияющие на свертываемость крови. Ученые занимаются установлением их структуры и определением биологических свойств. Кроме того, сотрудники Лаборатории вместе с коллегами из филиала ИБХ (г. Пущино) изучают снижающие кровяное давление пептиды, которые были найдены в яде бирманской гадюки Azemiops feae.  Отдел молекулярных основ нейросигнализации занимается доклиническими исследованиями одного из пептидов этой ядовитой змеи, который взаимодействует с холинорецепторами и позиционируется как местный миорелаксант. В будущем это позволит использовать его для лечения  ряда заболеваний, в которых существует необходимость в местном расслаблении мышц.

Лаборатория молекулярной токсинологии была создана в 2009 году. Вместе с Лабораторией лиганд-рецепторных взаимодействий она входит в состав Отдела молекулярных основ нейросигнализации, который, в свою очередь, возник вследствие  расширения круга задач существовавшей до этого Лаборатории рецепции нейропептидов. Имеющиеся у обеих Лабораторий взаимодополняемые методы структурной нейробиологии помогают сотрудникам проводить совместные исследования и наиболее эффективно выполнять главные задачи отдела.

  • Проведение фундаментальнх исследований по изучению молекулярной структуры компонентов животных ядов и механизмов их действия.
  • Исследование пептидов и белков, влияющих на свертываемость крови, установление их структуры и определение биологических свойств. 

В результате работы выделено и охарактеризовано более трех десятков новых белков, обладающих уникальными структурными и функциональными характеристиками. 

  • При изучении яда кобры Naja kaouthia впервые обнаружено несколько новых токсинов. Так, выделен и охарактеризован первый и пока единственный гликозилированный трехпетельный токсин - цитотоксин 3. Установлено, что гликозилирование этого токсина приводит к существенному снижению его цитотоксичности. Также впервые показано, что давно известные «слабые» токсины способны взаимодействовать с никотиновыми холинорецепторами. При этом, обладая слабым сродством к рецептору, такие токсины связываются практически необратимо. Кроме того, эти токсины способны также аллостерически связываться с мускариновыми холинорецепторами. В яде этой же кобры впервые обнаружены ковалентные димеры трех-петельных токсинов. Показано, что такая димеризация вызывает изменение биологической активности токсинов, образующих димер.

Кристаллическая структура димера альфа-кобратоксина (Osipov et al., (2012) J. Biol. Chem. 287(9), 6725-6734.)

  • Несколько нейротоксичных белков выделено из ядов гадюк. Так, из яда гадюки Никольского выделена гетеродимерная фосфолипаза А2, проявляющая пресинаптическую нейротоксичность. Из яда африканской шумящей гадюки Bitis arietans выделен блокирующий никотиновый холинорецептор (нХР) белок с молекулярной массой 27,4 кДа. N-концевая последовательность этого белка, названного битанарином, гомологична N-концевым аминокислотным последовательностям фосфолипаз А2 из ядов змей, имеющих молекулярную массу около 14 кДа и не обладающих способностью блокировать холинорецепторы. С использованием метода радиолигандного анализа установлено взаимодействие битанарина с нХР мышечного и альфа7 типа, а также с ацетилхолин-связывающими белками моллюсков L. stagnalis и A. californica. По своей активности битанарин близок так называемым необычным или слабым трехпетельным токсинам из ядов кобр. Этот белок обладает также фосфолипазной активностью, сопоставимой с активностью фософлипаз А2 яда кобр. Битанарин представляет собой фосфолипазу А2 нового типа и является первой фософлипазой, для которой показано взаимодействие с нХР.
  • При исследовании компонентов ядов, воздействующих на гемостаз, также обнаружен ряд новых белков. Так, из яда кобры Naja oxiana выделена металлопротеиназа оксиагин, для которой впервые показан новый механизм ингибирования системы комплемента. В яде кобры Naja haje обнаружена фософлипаза А2, обладающая уникальной способностью ингибировать тромбин. Это – первый представитель нового структурного типа белковых ингибиторов тромбина.

Избранные публикации (показать все)

Загружаются...

Уткин Юрий Николаевич

  • Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
  • ИБХ РАН, корп. 31, комн. 606
  • Тел.: +7(495)336-65-22
  • Эл. почта: utkin@ibch.ru

Первые рекомбинантные трехпетельные токсины гадюк – антагонисты никотиновых холинорецепторов мышечного и нейронного типа (2018-11-30)

Одним из основных компонентов ядов змей семейства Elapidae являются трехпетельные токсины, которые обладают различными видами биологической активности, включая ингибирование синаптической передачи за счет блокирования холинорецепторов никотинового типа. Трехпетельные токсины до сих пор не обнаружены в ядах змей семейства Viperidae, хотя кодирующие их мРНК найдены в ядовитых железах змей этого семейства. Нами впервые проведена экспрессия в клетках E. coli генов двух трехпетельных токсинов TFT-AF и TFT-VN, последовательности которых установлены на основании последовательностей кДНК из ядовитых желез гадюк Azemiops feae и Vipera nikolskii, соответственно. Исследование биологической активности полученных токсинов проведено с помощью методов электрофизиологии, кальциевого имиджинга и радиолигандного анализа. Нами впервые показано, что трехпетельные токсины гадюк являются антагонистами никотиновых холинорецепторов как нейронного, так и мышечного типа.

Открыто подавление роста карциномы Эрлиха факторами яда кобры (2017-11-26)

При исследовании влияния компонентов яда кобры на привитую мышам карциному Эрлиха впервые установлено, что фактор роста нервов (NGF) яда кобры и фактор яда кобры (CVF) подавляют рост опухоли. При этом противоопухолевое действие NGF зависит от статуса иммунной системы и пропадает при истощении системы комплемента; нарушение воспалительного ответа также отменяет противоопухолевый эффект NGF.

Публикации

  1. Osipov AV, Terpinskaya TI, Kuznetsova TE, Ryzhkovskaya EL, Lukashevich VS, Rudnichenko JA, Ulashchyk VS, Starkov VG, Utkin YN (2017). Cobra venom factor and ketoprofen abolish the antitumor effect of nerve growth factor from cobra venom. Toxins (Basel) 9 (9),
  2. Terpinskaya TI, Ulashchik VS, Osipov AV, Tsetlin VI, Utkin YN (2016). Suppression of Ehrlich carcinoma growth by cobra venom factor. Dokl Biol Sci 470 (1), 240–243
  3. Osipov AV, Terpinskaya TI, Kryukova EV, Ulaschik VS, Paulovets LV, Petrova EA, Blagun EV, Starkov VG, Utkin YN (2014). Nerve growth factor from cobra venom inhibits the growth of Ehrlich tumor in mice. Toxins (Basel) 6 (3), 784–795

Проведен первый количественный протеомный анализ ядов змей двух различных семейств: гадюковых из рода Vipera (настоящие гадюки), обитающих на территории России, и аспидовых из рода Bungarus ( крайты), обитающих на территории Вьетнама. (2016-11-18)

Проведен первый количественный протеомный анализ ядов змей двух различных семейств: гадюковых из рода Vipera (настоящие гадюки), обитающих на территории России, и аспидовых из рода Bungarus ( крайты), обитающих на территории Вьетнама. При этом установлено, что яды разных видов змей сильно различаются по составу, а основными компонентами ядов гадюк являются фосфолипазы А2, содержание которых варьирует от 24 до 65%. Наибольшее количество фосфолипаз А2 (65%) содержится в яде гадюки Никольского. Очень большие различия в составе ядов обнаружены между двумя видами крайтов. Так, в яде многополосного крайта Bungarus multicinctus представлены в основном нейротоксины, составляющие более 70% яда. В то время как в состав яда ленточного крайта Bungarus fasciatus входят в основном фосфолипазы А2, составляющие более 70% яда. Выявленные различия следует учитывать при лечении укусов разными видами змей.

Открыто взаимодействие нейротоксинов змей и альфа-конотоксина с ионотропными рецепторами гамма-аминомасляной кислоты (2016-03-25)

Впервые установлено, что нейротоксины ядов змей и альфа-конотоксин ингибируют токи, индуцируемые гамма-аминомасляной кислотой в GABA(A) рецепторах, гетерологически экспрессированных в ооцитах Xenopus. Степень ингибирования зависит как от природы нейротоксина, так и от субъединичного состава рецептора. При этом наибольшей ингибирующей активностью обладает a-кобратоксин Naja kaouthia. Ингибирование имеет смешанный конкурентный и неконкурентный характер. Центральная полипептидная петля a-кобратоксина играет главную роль во взаимодействии токсина с GABA(A) рецептором.