Научные проекты
Наши исследования ионных механизмов клеточной сигнализации базируются на современных представлениях о функциональной организации и гетерогенности клеточных мембран эукариот. Основное внимание коллектива сосредоточено на изучении катионных каналов семейств Piezo, ENaC, TRPV, Nav, KCa2+ в плазматической мембране клеток млекопитающих. Для нас представляет интерес выявление физиологически значимых путей активации и регуляции различных типов каналов, функционирование которых вносит вклад в обеспечение ионного гомеостаза и передачу сигналов, в том числе формирование локального кальциевого ответа в нативных клетках. Важнейшие направления исследований связаны с выяснением роли актинового цитоскелета и липидного окружения в реализации ключевых функций каналообразующих белков клеточных мембран. В экспериментальной работе подразделения наряду с электрофизиологическими подходами используются современные методы флуоресцентной и прижизненной микроскопии, анализа изображений. Ведущим является метод патч-кламп, позволяющий определять функциональные характеристики одиночных каналов и молекулярные механизмы их регуляции. Текущие исследования ионных каналов и рецепторов, связанных с механотрансдукцией и клеточной подвижностью, имеют хорошие перспективы применения в механобиологии стволовых клеток.
1. Механобиология стволовых клеток: роль ионных каналов. РНФ №18–15-00106 (рук. Ю. А. Негуляев).
В последние десятилетия исследования на клеточном и молекулярном уровнях постепенно сформировали новое исследовательское поле – “механобиология”. Механические свойства микроокружения являются мощными модуляторами поведения стволовых клеток, что особенно важно в связи с развитием новых направлений клеточной медицины, ориентированных на терапевтическое использование стволовых клеток. Ключевую роль играет способность клеток детектировать механические сигналы, такие как жесткость или эластичность внеклеточного матрикса или искусственных внеклеточных субстратов. Можно полагать, что ионные каналы плазматической мембраны вовлечены в реализацию механосенсорных функций нативных клеток. В ходе текущего проекта мы ставим вопрос о том, в какой степени ионные каналы, обнаруженные нами в стволовых клетках, могут быть вовлечены в передачу механических сигналов микроокружения к внутриклеточным сигнальным системам.
2. Функциональная экспрессия и регуляция каналов Piezo1 в опухолевых клетках. РНФ 19–75-00046 (рук. Чубинский-Надеждин В. И.)
Восемь лет назад были открыты мембранные белки Piezo как молекулярные корреляты стретч-активируемых катионных каналов эукариот, что стало новым этапом в изучении фундаментальных механизмов клеточной механотрансдукции. Есть основания полагать, что катионные каналы Piezo1 могут являться прогностическими маркерами при некоторых формах рака, а пути контроля их активности рассматриваются как перспектива развития новых терапевтических подходов в лечении онкологических заболеваний. Это связано с повышенной экспрессией Piezo1 в раковых клетках и вероятным участием механочувствительных каналов в клеточной подвижности и миграции. Выявление новых мишеней для направленной терапии имеет принципиальное значение для разработки комбинированных стратегий современной молекулярной онкологии. Проект посвящен исследованию механизмов регуляции и роли каналов Piezo1 в трансформированных и опухолевых клетках. Могут быть найдены новые нетривиальные подходы для снижения патофизиологических свойств опухолевых клеток путем модуляции Piezo1-зависимого сигналинга.
3. Внеклеточные пути регуляции актин-управляемых натриевых каналов в трансформированных клетках крови. РФФИ №19–015-00211 (рук. Сударикова А. В.)
Транспорт натрия через ионные каналы из внеклеточной среды в цитоплазму электроневозбудимых клеток играет важную роль в регуляции водно-солевого обмена, клеточного объема и сопряженных процессов, контролирующих клеточный цикл, дифференцировку и пролиферацию. Потенциал-независимые натриевые каналы идентифицированы как один из основных путей входа натрия, определяющих быстрые изменения натриевой проницаемости в трансформированных клетках крови. В наших исследованиях обоснованы представления об амилорид-нечувствительных каналах ENaC в клетках крови. Фундаментальная задача настоящего проекта состоит в поиске и исследовании внеклеточных путей, контролирующих уровень активности натриевых каналов, которые на основании известного внутриклеточного механизма активации и инактивации были названы «актин-управляемыми». Развиваемые экспериментальные подходы дают уникальные возможности идентификации, качественного и количественного анализа активности одиночных каналов в плазматической мембране. Полученные данные позволят определить функциональный вклад актин-управляемых натриевых каналов в процессы клеточной регуляции, мембранный потенциал и пролиферативный статус клеток лейкемии и лимфомы человека.
4. Роль липидных рафтов в регуляции кальциевого входа в лимфоциты человека. РФФИ №18–015-00211 (рук. Семенова С. Б.)
Липидные рафты являются специфическими мембранными кластерами с повышенным содержанием сфинголипидов и холестерина. Согласно современным данным, ассоциация с рафтами может быть решающим фактором в регуляции активности интегральных белков, в том числе ионных каналов. Ранее, в клетках лимфобластной лейкемии и лимфоцитах периферической крови человека, мы идентифицировали кальциевые каналы TRPV5 и TRPV6 (transient receptor potential vanilloid) суперсемейства TRP. Было показано, что эти каналы участвуют в кальциевой сигнализации и пролиферации клеток крови. Есть основания полагать, что каналы TRP очень чувствительны к липидному окружению. Однако о роли липидов и липидных микродоменов в регуляции кальциевых каналов TRPV5 и TRPV6 и кальциевого входа практически ничего не известно. В настоящем проекте с помощью современных электрофизиологических, флуоресцентных, молекулярно-биологических методов, а также электронной микроскопии мы исследуем взаимодействие кальциевых каналов суперсемейства ТRP с липидными рафтами в лимфоцитах человека.