Лаборатория клеточной подвижности

Лаборатория создана в 1996 году.

Основные направления научных исследований

  • Молекулярные механизмы регуляции подвижности клеток сердечно-сосудистой системы. В настоящее время основное направление работ лаборатории в этой проблемной области – исследование молекулярной организации и регуляции функционирования эндотелиального барьера микрососудов в норме и при патологиях, сопровождающихся сосудистой гиперпроницаемостью. В связи с тем, что ключевую роль в реализации барьерной функции эндотелия играет 210 кДа киназа легких цепей миозина (LКЛЦМ; КЛЦМ210), именно этот молекулярный регулятор находится в фокусе нескольких исследовательских проектов лаборатории:
  • Изучается роль посттрансляционных модификаций КЛЦМ210, таких как фосфорилирование, ацетилирование, глутатионилирование, а также ассоциированных с сосудистой патологией генетических полиморфизмов КЛЦМ в регуляции ее функциональных свойств. Эти работы позволяют понять принципы регуляции активности КЛЦМ, реализующиеся в клетках сосудов и сердца, и использовать полученные знания для разработки новых фармакологических подходов к лечению сердечно-сосудистых заболеваний;
  • Выясняется роль эндотелиальной КЛЦМ210 в регуляции механичес-ких свойств и механочувствительности эндотелия. Механические свойства эндотелия представляются чрезвычайно важными для вы- полнения им функции ключевого регулятора сосудистого тонуса, поддержания нормального уровня сосудистой проницаемости, а также в плане подверженности сосудов атеросклеротическим поражениям. Понимание принципов регуляции жесткости и механочувствительности эндотелия сосудов в организме может во многом изменить подходы к лечению самых распространенных сердечно-сосудистых заболеваний – артериальной гипертензии и атеросклероза;
  • Ведется поиск новых белков-партнеров КЛЦМ210 в эндотелии. Изучаются взаимоотношения КЛЦМ и других миозин-активирующих протеинкиназ, в частности, протеинкиназы ROCK в регуляции проницаемости эндотелия. Эти исследования позволят идентифицировать новые молекулярные мишени, воздействуя на которые станет возможным целенаправленно корректировать эндотелиальную дисфункцию при сердечно-сосудистых заболеваниях.
  • Молекулярные механизмы регуляции сократительной активности кардиомиоцитов при ишемических состояниях и оксидативном стрессе. При ишемии и реоксигенации миокарда в кардиомиоцитах возрастает содержание свободных радикалов и нарушается транспорт Са2+ и сократимость за счет повреждения ион-транспортирующих белковых комплексов. Мы изучаем механизмы защиты кардиомиоцитов в условиях ишемии и окислительного стресса. Ожидается, что эти исследования позволят выяснить молекулярные механизмы нарушения сократимости миокарда у большой группы кардиологических больных и предложить новые лекарственные препараты для лечения хронической сердечной недостаточности - заболевания, для которого в настоящее время не существует эффективного лечения.
  • Поиск и разработка новых биоподобных лекарственных препаратов для кардиологии. Фундаментальные исследования молекулярных механизмов клеточной подвижности в норме и патологии позволяют выявить ключевые процессы, воздействие на которые способно предотвратить или остановить заболевание. В ряде случаев природа сама «подсказывает», какие именно молекулы выполняют эти функции в организме. К ним могут относиться как низкомолекулярные соединения, так и пептиды, белки, микроРНК и даже гены. Широкое применение естественных и биоподобных молекул в качестве лекарственных препаратов считается ближайшим будущим практической медицины.

В исследованиях лаборатории широко используются современные технологии, такие как методы молекулярной и клеточной биологии, биохимии белков и иммунохимии, протеомики и биоинформатики, различные виды световой микроскопии и видеомикроскопии, атомной силовой микроскопии.

Применяются экспериментальные модели сосудистой проницаемости in vitro, модели на основе трансгенных и стандартных лабораторных животных.

Наиболее значимые результаты исследований последних лет

  • В совместных исследованиях с коллегами из США нами была впервые описана высокомолекулярная изоформа киназы легких цепей миозина (КЛЦМ210) – ключевой регулятор подвижности немышечных клеток, в том числе, эндотелия кровеносных сосудов. В последующих работах были впервые описаны свойства КЛЦМ210, связанные с ее уникальным N-концевым доменом. В нем были обнаружены участки связывания с микрофиламентами и микротрубочками. При изучении свойств белка KRP из гладких мышц, который также существует в виде С-концевого домена КЛЦМ, было установлено, что KRP/KRP домен КЛЦМ обладает способностью связываться с основным молекулярным мотором клетки миозином. В совокупности эти и другие данные позволили нам предложить схему функциональной организации КЛЦМ210, как интегратора цитоскелета и организатора подвижности немышечных клеток. За счет согласованной работы различных функциональных доменов КЛЦМ210 обеспечивает выполнение немышечными клетками различных двигательных реакций, таких как адгезия к субстрату и миграция, эндоцитоз и секреция, кэппирование мембранных рецепторов, цитокинез и др. Важную роль играет КЛЦМ210 в таких специальных видах клеточной подвижности как проницаемость эндотелиальных и эпителиальных монослоев. Так, КЛЦМ210 запускает сокращение эндотелиальных клеток сосудов в составе монослоя и формирование межклеточных зазоров, что коррелирует с нарушением барьерной функции эндотелия и развитием гиперпроницаемости микрососудов при целом ряде патологических состояний. Идентификация КЛЦМ210 как ключевого активатора сосудистой гиперпроницаемости позволила начать разработки новых эндотелиопротекторов и противоотечных лекарственных препаратов для медицины неотложных состояний.
  • Исследуя совместно с немецкими учеными роль белка KRP в гладких мышцах, мы пришли к выводу о том, что этот белок может выполнять функцию универсального ингибитора протеинкиназ, активирующих гладкомышечный миозин, таких как КЛЦМ, ROCK, DAPK и др. Эти данные высветили новый аспект регуляции сокращения гладких мышц с участием белка KRP. Возможно, аналогичную роль играет и KRP-домен КЛЦМ210 в немышечных клетках – эндотелии, эпителии, лейкоцитах и др.
  • Совместно с лабораторией синтеза пептидов было создано семейство оригинальных проникающих в клетки пептидных ингибиторов КЛЦМ. Один из пептидов этого семейства, ПИК7, в настоящее время проходит доклинические исследования как лекарственное средство, защищающее эндотелиальный монослой и блокирующее развитие эндотелиальной гиперпроницаемости при стрессе. На основе ПИК7 может быть создан новый эндотелиотропный препарат для борьбы с угрожающими жизни состояниями – острым отеком легких и мозга, а также ишемическим и реперфузионным повреждением ткани при хирургических операциях и трансплантации органов.
  • На модели изолированных кардиомиоцитов от животных с экспериментальной сердечной недостаточностью показан положительный эффект синтетических биоподобных пептидных молекул, воспроизводящих С-концевой фрагмент гормона апелина, на внутриклеточный транспорт Са2+ и сократимость клеток сердца. На основе апелиноподобного пептида в Институте экспериментальной кардиологии создается инновационный лекарственный препарат для лечения сердечной недостаточности.
  • На модели изолированных крысиных кардиомиоцитов, подвергнутых гипоксии и реоксигенации, показан кардиопротективный эффект динитрозильных комплексов железа с глутатионом (ДНКЖ) при оксидативном стрессе. На основе ДНКЖ в НМИЦ кардиологии Минздрава России создан гипотензивный препарат Оксаком®. В настоящее время исследуется его эффективность при купировании гипертонических кризов у пациентов. В совместных исследованиях с лабораторией экспериментальной патологии сердца мы получили данные в пользу того, что Оксаком® может эффективно применяться для защиты ишемизированного миокарда при кардиохирургических операциях в условиях искусственного кровообращения и у пациентов с хронической ишемической болезнью сердца. Совместно с профессором А.Ф. Ваниным (Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН) на основе этилового эфира глутатиона создан новый вариант ДНКЖ, обладающий более высокой кардиопротективной активностью, чем Оксаком®.
  • Научные результаты, полученные сотрудниками лаборатории отражены в многочисленных публикациях в рейтинговых российских и международных научных журналах и в монографиях. Научно-технические разработки лаборатории защищены пятью патентами РФ.

Руководитель – профессор В.П. Ширинский