Лаборатория молекулярной эндокринологии

Лаборатория основана в 1982 году.

Основные направления научных исследований

Изучение процессов рецепции гормонов, цитокинов и факторов роста, их внутриклеточной сигнализации. Выяснение молекулярных механизмов регуляции роста тканей, миграции, пролиферации и дифференцировки клеток. Исследования компонентов фибринолитической системы и навигационных рецепторов в процессах роста сосудов и нервов.

Обнаружено, что повреждение сосуда приводит к экспрессии урокиназы и ее рецептора в сосудистых клетках, которые являются ключевыми участниками миграции клеток крови и сосудов в просвет сосуда. Сотрудниками лаборатории впервые была определена третичная структура урокиназы и ее комплекса с урокиназным рецептором. Использованы биосенсорные технологии и прижизненная микроскопия одиночных клеток. Полученные результаты позволили выдвинуть гипотезу о том, что пероксид водорода действует как вторичный посредник и опосредует активирующее действие факторов роста, цитокинов и урокиназы на миграцию и пролиферацию клеток.

В лаборатории активно используются подходы, связанные с технологией редактирования генома CRISPR/Cas9. В частности, созданные на основе этого метода различные клеточные линии и животные, которые могут быть в дальнейшем использованы для выявления новых потенциальных терапевтических мишеней или скрининга потенциальных препаратов для лечения различных патологий сердца и сосудов.

Текущие исследования в лаборатории направлены на выяснение молекулярных механизмов регуляции направленного роста сосудов и нервов с участием урокиназной системы. Исследуется роль урокиназной системы в процессах, опосредующих ранозаживление и фиброз, а также в эпителиально-мезенхимальном переходе. Накоплен большой научный задел о роли урокиназы и ее рецептора в морфогенезе головного мозга и в восстановлении поврежденных сосудов и нервов.

Изучается связывание урокиназы с рецептором, приводящее к запуску сигнальных каскадов внутри клетки, приводящих к перестройке цитоскелета, перераспределению адгезивных контактов, стимуляции адгезии, миграции и пролиферации клеток. Впервые получены данные о навигационной роли урокиназной системы в регуляции траектории роста сосудов и нервов.

Наиболее значимые результаты исследований последних лет

Изучены механизмы возникновения толерантности сосудистых клеток к действию гормонов и фармакологических препаратов и показана роль гипоксии в этих процессах.

Установлено взаимодействие урокиназы с белком внеклеточного матрикса фибулином-5. Показано, что фибулин-5 влияет на такие зависимые от интегрина эффекты урокиназы, как пролиферация и миграция клеток, внутриклеточная сигнализация.

Выявлен новый путь сигнализации урокиназы, регулирующий экспрессию генов, опосредованный быстрой зависимой от нуклеолина транслокацией урокиназы в ядро, и ответственный за фенотипическую трансформацию фибробластов в миофибробласты.

На основании данных ЯМР-анализа описан новый механизм взаимодействия урокиназы с урокиназным рецептором, согласно которому β-слои в ростовом домене не являются необходимым элементом для взаимодействия с урокиназным рецептором.

Сотрудниками лаборатории выделены и охарактеризованы мезенхимные стволовые клетки (МСК) жировой ткани человека. Обнаружена способность этих клеток стимулировать регенерацию тканей, индуцировать рост кровеносных сосудов и нервов. Выявлены механизмы такой стимуляции, установлено, что стимулирующее влияние МСК обусловлено как растворимыми продуктами секреции (факторами роста, цитокинами и хемокинами), так и генерацией микровезикул. Оценено влияние воспаления и гипоксии на функциональную активность этих клеток.

Установлено, что скорость миграции мезенхимных клеток контролируется рецептор-зависимым механизмом, включающим активацию НАДФН-оксидаз (NOX), образование активных форм кислорода и накопление внутри клеток пероксида водорода.

Описан новый транскрипционный фактор Prep1 и механизм регуляции активности PPARγ - мастер-регулятора адипогенеза и липидного метаболизма. Показано, что Prep1 относится к семейству гомеобокс-содержащих факторов, которые критически важны для дифференцировки клеток, в том числе в адипоцитарном направлении. Получены данные о том, что Prep1 может регулировать чувствительность клеток к действию инсулина.

Установлено, что урокиназная система обеспечивает регенерацию периферических нервов. С использованием генетически модифицированных линий мышей, лишенных гена урокиназы (uPA-/-) и урокиназного рецептора (uPAR-/-) установлен механизм влияния урокиназного рецептора в посттравматической регенерации нервов: показано, что отсутствие экспрессии uPAR в регенерирующих аксонах приводит к задержке функционального восстановления нерва, быстрой дегенерации аксонов и замедлению пролиферации шванновских клеток. Впервые показано, что uPAR имеет свои собственные эффекты в регенерации, которые не зависят от присутствия в системе протеолитически активной урокиназы. Исследуя молекулярные механизмы такого действия, обнаружено, что uPAR стимулирует сборку сигналосомы с участием интегринов α5β1 – важного участника адгезии клеток.

Показано, что в механизме направленного роста нервов с участием uPAR важную роль играет его взаимодействие с рецепторными тирозинкиназами – рецептором эпидермального фактора роста EGFR и рецептором нейротрофинов trkC. Было обнаружено, что активация внутриклеточной сигнализации с участием uPAR и EGFR/trkC также опосредует внутриклеточную сигнализацию, регулирующую выживаемость и дифференцировку нейронов.

Так как урокиназная система играет важную роль в канцерогенезе и метастазировании, использование подходов для снижения ее активности или нокаутирования представляет собой перспективный подход для создания противоопухолевых препаратов. Используя систему редактирования генома CRISPR/cas9 для делеции гена uPAR, нами было показано, что нокаут uPAR в клетках нейробластомы приводит к существенному снижению их пролиферации, деградации ДНК и каспазозависимой клеточной гибели.

Список основных публикаций:

  1. 2018. Involvement of the Urokinase Receptor and Its Endogenous Ligands in the Development of the Brain and the Formation of Cognitive Functions. Semina E.V., Rubina K.A., Stepanova V.V., Tkachuk V.A. в журнале Neuroscience and Behavioral Physiology, издательство Kluwer Academic/Plenum Publishers (United States), том 48, № 1, с. 16-27
  2. 2018. Mechanisms of regulation of the directed growth of vessels and nerves by the fibrinolytic system components and GPI-anchored navigation receptors. Rubina K.A., Semina E.A., Balatskaya M.N., Plekhanova O.S., Tkachuk V.A. в журнале Neuroscience and Behavioral Physiology, издательство Kluwer Academic/Plenum Publishers (United States), том 104, № 9, с. 1001-1026
  3. 2018. CRISPR/Cas9 nickase mediated targeting of urokinase receptor gene inhibits neuroblastoma cell proliferation. Rysenkova Karina D., Semina Ekaterina V., Karagyaur Maxim N., Shmakova Anna A., Dyikanov Daniyar T., Vasiluev Petr A., Rubtsov Yury P., Rubina Kseniya A., Tkachuk Vsevolod A. в журнале Oncotarget, издательство Impact Journals (Albany, N.Y., United States), том 9, № 50, с. 29414-29430
  4. 2018. Механизмы регуляции направленного роста нервов и сосудов компонентами фибринолитической системы и GPI-заякоренными навигационными рецепторами Рубина К.А., Семина Е.А., Балацкая М.Н., Плеханова О.С., Ткачук В.А. в журнале Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова, издательство Наука (СПб.), том 104, № 9, с. 1001-1026
  5. 2018. Использование технологии редактирования генома CRISPR/Cas9 для подавления экспрессии гена урокиназного рецептора в клетках нейробластомы. Рысенкова К.Д., Семина Е.В., Карагяур М.Н., Шмакова А.А., Дыйканов Д.Т., Рубина К.А., Ткачук В.А. в журнале Технологии живых систем, издательство Радиотехника (М.), том 15, № 1, с. 10-19
  6. 2016. Urokinase and urokinase receptor participate in regulation of neuronal migration, axon growth and branching. Semina E.V., Rubina K.A., Sysoeva Veronika, Rysenkova Karina, Klimovich Polina, Plekhanova Olga, Tkachuk Vsevolod в журнале European Journal of Cell Biology, издательство Elsevier BV (Netherlands), том 95, № 9, с. 295-310
  7. 2017. Навигационные молекулы и хемокины в процессах роста и ремоделирования сосудов. Рубина К.А., Семина Е.В., Ткачук В.А. в журнале Журнал эволюционной биохимии и физиологии, издательство Наука. С.-Петерб. отд-ние (СПб.), № 5, с. 313-327
  8. 2016. Participation of Urokinase in Vascular Cell Migration and in Regulation of Growth and Branching of Capillaries. Semina E.V., Rubina K.A., Sysoeva V.Yu, Makarevich P.I., Parfyonovа Ye V., Tkachuk V.A. в журнале Cell and Tissue Biology, издательство Maik Nauka/Interperiodica Publishing (Russian Federation), том 10, № 1, с. 37-46
  9. 2016. Three-Dimensional Model of Biomatrix as a Method of Studying Blood Vessels and Nerve Growth in Tissue Engineering Structures. Semina E.V., Rubina K.A., Sysoeva V.Yu, Stepanova V.V., Tkachuk V.A. в журнале Moscow University Chemistry Bulletin, издательство Allerton Press Inc. (United States), том 71, № 3, с. 172-177
  10. 2015. Участие урокиназной системы в миграции сосудистых клеток и в регуляции роста и ветвления капилляров. Семина Е.В., Рубина К.А., Сысоева В.Ю., Макаревич П.И., Парфёнова Е.В., Ткачук В.А. в журнале Цитология, издательство Наука (СПб.), том 57, № 10, с. 689-698
  11. 2013. Перспективы создания противоопухолевых лекарственных средств, направленных на систему активатора плазминогена урокиназного типа. Белоглазова И.Б., Акопян Ж.А., Карагяур М.Н., Плеханова О.С., Семина Е.В., Стамбольский Д.В. в журнале Технологии живых систем, издательство Радиотехника (М.), том 10, № 1, с. 3-19.
  12. 2018. Ниша стволовой клетки. Нимирицкий П.П., Сагарадзе Г.Д., Ефименко А.Ю., Макаревич П.И., Ткачук В.А. в журнале Цитология, издательство Наука (СПб.), том 60, № 8, с. 575-586

Руководитель – академик В.А.Ткачук