Научные проекты

Лабо­ра­то­рия созда­на в 2005 г. (рук. Лабо­ра­то­рии до октяб­ря 2019 года проф. д.ф.-м.н. К.К. Туро­ве­ров) на базе Груп­пы с ана­ло­гич­ным назва­ни­ем для изу­че­ния про­цес­сов фол­дин­га бел­ков, уста­нов­ле­ния фак­то­ров, опре­де­ля­ю­щих воз­ник­но­ве­ние аморф­ных агре­га­тов и ами­ло­ид­ных фиб­рилл, иссле­до­ва­ния струк­ту­ры, ста­биль­но­сти и дина­ми­ки гло­бу­ляр­ных бел­ков в натив­ном и дена­ту­ри­ро­ван­ных частич­но-свер­ну­тых состо­я­ни­ях (мышеч­но­го акти­на, лиганд-свя­зы­ва­ю­щих бел­ков, GFP-подоб­ных флу­о­рес­цент­ных бел­ков, бак­те­ри­аль­ных фито­хро­мов и др.), а так­же натив­но-неупо­ря­до­чен­ных бел­ков (про­ти­мо­зи­на аль­фа, аль­фа-синукле­и­на и др.) и их ком­плек­сов. Изу­че­ние меха­низ­ма обра­зо­ва­ния, дина­ми­че­ской струк­ту­ры и функ­ци­о­ни­ро­ва­ния немем­бран­ных орга­нелл объ­еди­ни­ло ранее суще­ство­вав­шие направ­ле­ния иссле­до­ва­ний Лабо­ра­то­рии: изу­че­ние струк­ту­ры и фолдинга/анфолдинга гло­бу­ляр­ных бел­ков, кото­рые могут быть рези­дент­ны­ми бел­ка­ми немем­бран­ных орга­нелл, изу­че­ние внут­ренне неупо­ря­до­чен­ных бел­ков и бел­ков в про­ме­жу­точ­ном состо­я­нии, кото­рые могут быть кар­кас­ны­ми бел­ка­ми немем­бран­ных орга­нелл;
изу­че­ние ами­ло­ид­ных фиб­рилл, кото­рые в немем­бран­ных орга­нел­лах могут воз­ни­кать при пато­ло­гии и ста­ре­нии, когда немем­бран­ные орга­нел­лы пере­хо­дят из жид­кой фазы в геле­об­раз­ную; изу­че­ние фото­фи­зи­че­ских свойств био­мар­ке­ров на осно­ве GFP-подоб­ных флу­о­рес­цент­ных бел­ков, бак­те­ри­аль­ных и рас­ти­тель­ных фито­хро­мов, кото­рые исполь­зу­ют­ся для изу­че­ния немем­бран­ных орга­нелл, вклю­чая их визу­а­ли­за­цию и све­то-зави­си­мую сборку/разборку.

1. Немем­бран­ные орга­нел­лы и нели­ней­ная дина­ми­ка внут­ри­кле­точ­но­го фазо­во­го про­стран­ства.

Важ­ней­шая роль в орга­ни­за­ции внут­ри­кле­точ­но­го про­стран­ства отво­дит­ся немем­бран­ным орга­нел­лам, кото­рые воз­ни­ка­ют в резуль­та­те фазо­во­го пере­хо­да типа жид­кость – жид­кость и пред­став­ля­ют собой откры­тые дина­ми­че­ские систе­мы, суще­ству­ю­щие на краю хао­са. Незна­чи­тель­ные внеш­ние воз­дей­ствия могут вызы­вать их рас­пад, или, наобо­рот, необ­ра­ти­мую агре­га­цию вхо­дя­щих в их состав бел­ков, в неко­то­рых слу­ча­ях с обра­зо­ва­ни­ем ами­ло­ид­ных фиб­рилл. В Лабо­ра­то­рии СДС и ФБ про­во­дят­ся иссле­до­ва­ния, направ­лен­ные на изу­че­ние при­чин, опре­де­ля­ю­щих формирование/распад немем­бран­ных орга­нелл, фак­то­ров, регу­ли­ру­ю­щих их функ­ци­о­наль­ную актив­ность и струк­ту­ру. В Лабо­ра­то­рии реа­ли­зу­ют­ся про­ек­ты, направ­лен­ные на:
– изу­че­ние меха­низ­мов сборки/разборки и функ­ци­о­ни­ро­ва­ния ядер­ных PML телец (PML-NB), ассо­ци­и­ро­ван­ных с про­цес­сом аль­тер­на­тив­но­го удли­не­ния тело­мер в свя­зи с их ролью в раз­ви­тии ALT–положительных онко­ло­ги­че­ских забо­ле­ва­ний (РНФ 19–15-00107);
– созда­ние опто­ге­не­ти­че­ской плат­фор­мы на осно­ве рас­ти­тель­ных фито­хро­мов для фото­ак­ти­ви­ру­е­мо­го управ­ле­ния внут­ри­кле­точ­ны­ми про­цес­са­ми (РНФ 18–75-10115);
– изу­че­ние меха­низ­мов обра­зо­ва­ния рас­ти­тель­ным фито­хро­мом B фото­те­лец при вза­и­мо­дей­ствии это­го бел­ка с тран­скрип­ци­он­ны­ми фак­то­ра­ми PIFs (РФФИ – НИФ Кореи 19–54-51008\20);
– изу­че­ние струк­ту­ры и функ­ци­о­ни­ро­ва­ния цито­плаз­ма­ти­че­ских и ядер­ных стресс-гра­нул в нор­маль­ных, ста­ре­ю­щих и опу­хо­ле­вых клет­ках при раз­лич­ных внеш­них усло­ви­ях (сов­мест­но с МФТИ).

2. Струк­тур­ное и функ­ци­о­наль­ное мно­го­об­ра­зие ами­ло­ид­ных фиб­рилл.

Осо­бен­но­сти струк­ту­ры и свойств высо­ко­упо­ря­до­чен­ных бел­ко­вых воло­кон, ами­ло­ид­ных фиб­рилл, поз­во­ля­ют им при­ни­мать уча­стие в ряде био­ло­ги­че­ских про­цес­сов и выпол­нять важ­ные физио­ло­ги­че­ские функ­ции, а так­же обу­слав­ли­ва­ют их спо­соб­ность накап­ли­вать­ся в тка­нях и орга­нах чело­ве­ка при раз­лич­ных забо­ле­ва­ни­ях, таких как болез­ни Альц­гей­ме­ра и Пар­кин­со­на, при­он­ные болез­ни, гемо­ди­а­лиз­ный ами­ло­и­доз и др. В Лабо­ра­то­рии СДС и ФБ про­во­дит­ся иссле­до­ва­ние струк­тур­но­го и функ­ци­о­наль­но­го мно­го­об­ра­зия ами­ло­ид­ных фиб­рилл (РНФ 18–74-10100, Сти­пен­дия Пре­зи­ден­та РФ СП – 841.2018.4), в том чис­ле:
– срав­ни­тель­ный ана­лиз суще­ству­ю­щих мето­дик для изу­че­ния ами­ло­ид­ных фиб­рилл, а так­же раз­ра­бот­ка новых под­хо­дов к реше­нию этой зада­чи (в), в том чис­ле, усо­вер­шен­ство­ва­ние, созда­ние и харак­те­ри­сти­ка ами­ло­ид-спе­ци­фи­че­ских флу­о­рес­цент­ных зон­дов для тести­ро­ва­ния ами­ло­ид­ных фиб­рилл in vitro и in vivo (a, б и г);
– срав­ни­тель­ное изу­че­ние кине­ти­ки обра­зо­ва­ния и мор­фо­ло­гии ами­ло­ид­ных фиб­рилл на осно­ве широ­ко­го спек­тра бел­ков и пеп­ти­дов раз­лич­ных живых орга­низ­мов (в том чис­ле, живот­ных, рас­те­ний, бак­те­рий и гри­бов);
– изу­че­ние вли­я­ния отдель­ных ами­но­кис­лот­ных остат­ков и фраг­мен­тов ами­но­кис­лот­ной после­до­ва­тель­но­сти, усло­вий фиб­рил­ло­ге­не­за (тем­пе­ра­ту­ры, кис­лот­но-основ­ных свойств, ион­ной силы рас­тво­ра и т.д.), а так­же при­сут­ствие ами­ло­ид­ных затра­вок (в том чис­ле, пере­крест­ных) на струк­тур­ные осо­бен­но­сти зре­лых ами­ло­ид­ных фиб­рилл (д);
– выяв­ле­ние внеш­них фак­то­ров (при­сут­ствие дена­ту­ран­тов, шапе­ро­нов, про­те­аз и др.), спо­соб­ных инду­ци­ро­вать, уско­рять или замед­лять рост ами­ло­ид­ных фиб­рилл, а так­же при­во­дить к изме­не­нию мор­фо­ло­гии и дегра­да­ции зре­лых ами­ло­ид­ных фиб­рилл (е);
– выяс­не­ние свя­зи струк­ту­ры фиб­рилл с их функ­ци­о­ни­ро­ва­ни­ем и цито­ток­сич­но­стью (д).

3. Физи­ко-хими­че­ские свой­ства флу­о­рес­цент­ных био­мар­ке­ров.
Совре­мен­ные диа­гно­сти­че­ские био­мар­ке­ры вклю­ча­ют в себя груп­пу GFP-подоб­ных флу­о­рес­цент­ных бел­ков и груп­пу ближне-инфра­крас­ных (NIR) флу­о­рес­цент­ных бел­ков, раз­ра­бо­тан­ных на осно­ве бак­те­ри­аль­ных фито­хро­мов. Спек­тры флу­о­рес­цен­ции GFP-подоб­ных флу­о­рес­цент­ных бел­ков пере­кры­ва­ют всю види­мую область спек­тра от синей до даль­ней крас­ной. Био­мар­ке­ры види­мо­го спек­траль­но­го диа­па­зо­на нашли широ­кое при­ме­не­ние в каче­стве бел­ко­вых меток и для раз­ра­бот­ки био­сен­со­ров раз­ных кле­точ­ных про­цес­сов. Спек­траль­ные свой­ства NIR био­мар­ке­ров отве­ча­ют так назы­ва­е­мо­му “био­ло­ги­че­ско­му окну про­зрач­но­сти”, что опре­де­ля­ет воз­мож­ность их исполь­зо­ва­ния для визу­а­ли­за­ции био­ло­ги­че­ских про­цес­сов в клет­ке и в живых модель­ных орга­низ­мах. Изу­че­ние фото­фи­зи­че­ских меха­низ­мов NIR флу­о­рес­цен­ции био­мар­ке­ров на осно­ве бак­те­ри­аль­ных фито­хро­мов тес­но свя­за­но с изу­че­ни­ем функ­ци­о­ни­ро­ва­ния пол­но­раз­мер­ных фото­ре­цеп­то­ров. В сфе­ру науч­ных инте­ре­сов Лабо­ра­то­рии СДС и ФБ вхо­дит изу­че­ние фито­хро­мов рас­те­ний, кото­рые выпол­ня­ют клю­че­вую роль в регу­ля­ции их роста и раз­ви­тия в изме­ня­ю­щих­ся внеш­них усло­ви­ях. В Лабо­ра­то­рии СДС и ФБ про­во­дит­ся иссле­до­ва­ние струк­тур­ных и спек­траль­ных свойств флу­о­рес­цент­ных био­мар­ке­ров и пол­но­раз­мер­ных фото­ре­цеп­то­ров (грант РНФ 18–75-10115, РФФИ 19–54-51008):
– ана­лиз фак­то­ров, вли­я­ю­щих на фото­фи­зи­че­ские свой­ства флу­о­рес­цент­ных био­мар­ке­ров: кван­то­вый выход, фор­му спек­тров погло­ще­ния и флу­о­рес­цен­ции, ста­биль­ность бел­ков;
– ана­лиз вза­и­мо­дей­ствия NIR био­мар­ке­ров с их при­род­ным лиган­дом, биливер­ди­ном, и с лиган­да­ми фото­ре­цеп­то­ров цианобак­те­рий и рас­те­ний, вклю­чая фико­ци­ан­оби­лин, фико­э­ритро­би­лин и фито­хро­мо­би­лин;
– выяс­не­ние роли коопе­ра­тив­но­сти свя­зы­ва­ния тет­ра­п­ир­роль­но­го лиган­да в функ­ци­о­ни­ро­ва­нии пол­но­раз­мер­ных фито­хро­мов;
– ана­лиз вза­и­мо­дей­ствия рас­ти­тель­ных фито­хро­мов с фито­хром-вза­и­мо­дей­ству­ю­щи­ми фак­то­ра­ми и роли это­го вза­и­мо­дей­ствия в фазо­вом раз­де­ле­нии, при­во­дя­щем к обра­зо­ва­нию фото­те­лец.