Направления исследований

В лаборатории проводятся работы по выделению и установлению строения новых пептидов и белков из различных ядов, установлению мишеней биологического действия изучаемых пептидов и белков, исследование механизма их взаимодействия с соответствующими рецепторами, а также проводятся биологические испытания, которые могут дать информацию для создания новых медицинских препаратов.
Поиск новых полипептидов ведется по двум основным направлениям, включающим токсины, направленные против лиганд-управляемых ионных каналов, и соединения, влияющие на процессы гемостаза.

Основные достижения

В результате работы выделено и охарактеризовано более трех десятков новых белков, обладающих уникальными структурными и функциональными характеристиками.
В частности при изучении яда кобры Naja kaouthia впервые обнаружено несколько новых токсинов. Так, выделен и охарактеризован первый и пока единственный гликозилированный трех-петельный токсин - цитотоксин 3. Установлено, что гликозилирование этого токсина приводит к существенному снижению его цитотоксичности. Так же 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.

Ф.И.О.	Должность	Эл. почта
Андреева Татьяна Викторовна	инженер
Осипов Алексей Валерьевич, к. х. н.	с.н.с.	osipov@mx.ibch.ru
Старков Владислав Геннадьевич	м.н.с.	vladislavstarkov@mail.ru
Цетлин Виктор Ионович, д. х. н., профессор, чл.-корр. РАН	Зав. отделом	vits@ibch.ru

Избранные публикации

1. Osipov A.V., Rucktooa P., Kasheverov I.E., Filkin S.Y., Starkov V.G., Andreeva T.V., Sixma T.K., Bertrand D., Utkin Y.N., Tsetlin V.I. (2012). Dimeric α-Cobratoxin X-ray Structure: LOCALIZATION OF INTERMOLECULAR DISULFIDES AND POSSIBLE MODE OF BINDING TO NICOTINIC ACETYLCHOLINE RECEPTORS. J. Biol. Chem. 287 (9), 6725–34 [+]

   Установлена кристаллическая структура и положение дисульфидных связей в димере α-кобратоксина (αСТ-αСТ). Внутримолекулярные дисульфиды в центральных петлях II были восстановлены и исследовано взаимодействие полученных производных с различными типами никотиновых холинорецепторов. Обнаружено, что дисульфиды петили II необходимы для взаимодействия с α7 типом рецептора, но не с α3β2.

2. Vulfius C.A., Gorbacheva E.V., Starkov V.G., Osipov A.V., Kasheverov I.E., Andreeva T.V., Astashev M.E., Tsetlin V.I., Utkin Y.N. (2011). An unusual phospholipase A₂ from puff adder Bitis arietans venom--a novel blocker of nicotinic acetylcholine receptors. Toxicon 57 (5), 787–93 [+]

   The venoms of snakes from Viperidae family mainly influence the function of various blood components. However, the published data indicate that these venoms contain also neuroactive components, the most studied being neurotoxic phospholipases A₂ (PLA₂s). Earlier we have shown (Gorbacheva et al., 2008) that several Viperidae venoms blocked nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) and voltage-gated Ca²+ channels in isolated identified neurons of the fresh-water snail Lymnaea stagnalis. In this paper, we report on isolation from puff adder Bitis arietans venom and characterization of a novel protein bitanarin that reversibly blocks nAChRs. To isolate the protein, the venom of B. arietans was fractionated by gel-filtration, ion-exchange and reversed phase chromatography and fractions obtained were screened for capability to block nAChRs. The isolated protein competed with [¹²⁵I]iodinated α-bungarotoxin for binding to human α7 and Torpedo californica nAChRs, as well as to acetylcholine-binding protein from L. stagnalis, the IC₅₀ being 20 ± 1.5, 4.3 ± 0.2, and 10.6 ± 0.6 μM, respectively. It also blocked reversibly acetylcholine-elicited current in isolated L. stagnalis neurons with IC₅₀ of 11.4 μM. Mass-spectrometry analysis determined the molecular mass of 27.4 kDa and the presence of 28 cysteine residues forming 14 disulphide bonds. Edman degradation of the protein and tryptic fragments showed its similarity to PLA₂s from snake venoms. Indeed, the protein possessed high PLA₂ activity, which was 1.95 mmol/min/μmol. Bitanarin is the first described PLA₂ that contains 14 disulphide bonds and the first nAChR blocker possessing PLA₂ activity.

3. Osipov A., Utkin Y.u. (2011). Phospholipase A2 and Signaling Pathways in Pheochromocytoma PC12 Cells. Pheochromocytoma - A New View of the Old Problem, Jose Fernando Martin (Ed.), ISBN: 978-953-307-822-9, InTech, Available from: http://www.intechopen.com/articles/show/title/phospholipase-a2-and-signaling-pathways-in-pheochromocytoma-pc12-cells , [+]

   В данной главе рассматривается роль фосфолипаз А2 в сигнальных процессах, протекающих в клетках линии РС12 феохромоцитомы крысы. Обсуждаются возможные механизмы участия фосфолипаз А2 в этих процессах и их взаимосвязь с процессами дифференцировки и гибели клеток.

4. Mordvintsev D.Y., Polyak Y.L., Rodionov D.I., Jakubik J., Dolezal V., Karlsson E., Tsetlin V.I., Utkin Y.N. (2009). Weak toxin WTX from Naja kaouthia cobra venom interacts with both nicotinic and muscarinic acetylcholine receptors. FEBS J. 276 (18), 5065–75 [+]

   В этой работе показано, что слабый нейротоксин WTX может взаимодействовать как с никотиновыми, так и с мускариновыми холинорецепторами. При этом в никотиновых холинорецепторах взаимодействует с ортостерическим участком связывания, а в мускариновых холинорецепторам – с аллостерическим участком.

5. Osipov A.V., Filkin S.Y., Makarova Y.V., Tsetlin V.I., Utkin Y.N. (2009). A new type of thrombin inhibitor, noncytotoxic phospholipase A2, from the Naja haje cobra venom. Toxicon 55 (2-3), 186–94 [+]

   Из яда кобры Naja haje выделен новый антикоагулянтный белок, обладающий способностью ингибировать тромбин. Это – первый ингибитор тромбина, обнаруженный в яде змеи, принадлежащей семейству Elapidae. Белок представляет собой фософлипазу А₂ и является первым примером ферментов этой группы, обладающим способностью ингибировать тромбин.

6. Osipov A.V., Kasheverov I.E., Makarova Y.V., Starkov V.G., Vorontsova O.V., Ziganshin R.K., Andreeva T.V., Serebryakova M.V., Benoit A., Hogg R.C., Bertrand D., Tsetlin V.I., Utkin Y.N. (2008). Naturally occurring disulfide-bound dimers of three-fingered toxins: a paradigm for biological activity diversification. J. Biol. Chem. 283 (21), 14571–80 [+]

   Впервые обнаружены трех-петельные токсины нового структурного типа: соединенные дисульфидами димеры кобратоксина с цитотоксинами, а также гомодимер кобратоксина. Показано, что в результате димеризации кобратоксин приобретает способность взаимодействовать с еще одним типом никотинового холинорецептора. Такая пост-трансляционная модификация может рассматриваться как еще один путь диверсификации биологической активности трех-петельных токсинов.

7. Utkin Y.N., Osipov A.V. (2007). Non-lethal polypeptide components in cobra venom. Curr. Pharm. Des. 13 (28), 2906–15 [+]

   Яды кобр содержат целый ряд низкотоксичных компонентов, которые принадлежвт к различным структурным ифункциональным типам. Их роль в поражающем действии яда не всегда ясна. Представленный обзор является первой попыткой систематизировать данные о низкотоксичных компонентах ядов кобр.

8. Osipov A.V., Astapova M.V., Tsetlin V.I., Utkin Y.N. (2004). The first representative of glycosylated three-fingered toxins. Cytotoxin from the Naja kaouthia cobra venom. Eur. J. Biochem. 271 (10), 2018–27 [+]

   В этой работе впервые был описан гликозилированный цитотоксин, выделенный из яда кобры Naja kaouthia. Это первый представитель обширного семейства трех-петельных токсинов, для которого обнаружена пост-трансляционная модификация

9. Utkin Y.N., Kukhtina V.V., Kryukova E.V., Chiodini F., Bertrand D., Methfessel C., Tsetlin V.I. (2001). "Weak toxin" from Naja kaouthia is a nontoxic antagonist of alpha 7 and muscle-type nicotinic acetylcholine receptors. J. Biol. Chem. 276 (19), 15810–5 [+]

   Эта работа показала, что давно известные «слабые» токсины способны взаимодействовать с никотиновыми холинорецепторами. При этом, обладая слабым сродством к рецептору, такие токсины связываются практически необратимо.

Руководитель подразделения

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