Дополнительная информация

Научные исследования в последние 5 лет были поддержаны грантами:

— РНФ “Молекулярные механизмы дисфункции скелетной мускулатуры, ассоциированной с наследственными миопатиями человека. Поиск тестов для ранней диагностики миопатий”, 2017–2019 гг. (руководитель Ю. С. Боровиков);

— РФФИ (а): “Молекулярные механизмы нарушения регуляции актин-миозинового взаимодействия мутациями в генах человека ТРМ2 и ТРМ3, связанными с врожденной миопатией”, 2014–2016 гг. (руководитель Ю. С. Боровиков);

— РФФИ (мол_а): “Изучение молекулярных механизмов мышечной слабости при немалиновой миопатии, вызванной мутациями Glu41Lys и Gln147Pro в бета-тропомиозине”, 2014–2015 гг. (руководитель О. Е. Карпичева);

— РФФИ (мол_а): “Изучение молекулярных механизмов нарушения сократительной функции при дистальном артрогрипозе, вызванном Arg91Gly и Glu139del мутациями в бета-тропомиозине человека”, 2016–2017 гг. (руководитель Н. А. Рысев);

— Стипендия Президента РФ “Изучение влияния мутации Arg91Gly тропомиозина, ассоциированной с дистальным артрогрипозом человека, на актин-миозиновое взаимодействие с целью разработки теста для диагностики заболевания”, 2013–2015 гг. (руководитель Н. А. Рысев);

— Субсидия молодым ученым Санкт-Петербурга: “Изучение влияния мутации в тропомиозине Arg91Gly, вызывающей дистальный артрогрипоз, на связывание этого белка с актином в мышечном волокне”, 2015 г. (руководитель О. Е. Карпичева);

— Субсидия молодым ученым Санкт-Петербурга: “Молекулярные механизмы действия ингибитора тропонина W7 в норме и при скелетной миопатии”, 2019 г. (руководитель О. Е. Карпичева).

Сотрудничество:

— Кафедра сердечно-сосудистой биохимии Университета г. Оксфорд, исследовательская группа “Сердечная сократимость” (руководитель – доцент кафедры, PhD, проф. Ч.С. Редвуд);

— Институт экспериментальной биологии Факультета естественных наук, Университет им. Казимежа Великого в Быдгоще (руководитель – PhD, профессор Джоанна Морачевска).

История подразделения

Лаборатория была создана в 1995 г. на основе группы Молекулярных основ мышечного сокращения, которая входила в состав лаборатории Биохимической цитологии и цитохимии, возглавляемой д.б.н. С. А. Кроленко. Под руководством ведущего научного сотрудника д.б.н. Ю. С. Боровикова группа исследовала молекулярные механизмы генерации силы мышечными клетками и механизмы регуляции актин-миозинового взаимодействия. Были выявлены конформационные изменения актомиозина, лежащие в основе генерации силы мышечным волокном. В результате исследований показано, что генерация силы головками миозина осуществляется посредством многоступенчатых конформационных изменений миозина и актина, которые приводят к изменению пространственной организации этих белков. Головки миозина наклоняются к оси тонкой нити, жесткость которой резко увеличивается. Установлена корреляция между амплитудой пространственных изменений головки миозина и модуля упругости тонкой нити с одной стороны, и силой, развиваемой мышечным волокном, с другой (работы М. И. Хорошева, В. П. Кириллиной, Н. Н. Ефимовой (Вихоревой)). С момента создания лаборатории до 2019 года ею руководил Ю. С. Боровиков, с июля 2019 года по настоящее время – к.б.н., старший научный сотрудник О. Е. Карпичева.

В 90‑е годы исследовательский интерес лаборатории постепенно смещался с изучения конформационных перестроек актина и миозина в ходе мышечного сокращения на изучение молекулярных механизмов регуляции актин-миозинового взаимодействия. В период с 1995 по 2009 год проводились исследования регуляции сокращения гладких мышц. Изучалось влияние на взаимодействие актина и миозина таких факторов, как:

— фосфорилирование регуляторных легких цепей миозина скелетных мышц (Боровиков Ю. С., 1995 г., в сотрудничестве с Kakol I., Stepkovski D. (Институт им. Ненского, Варшава); Аврова С. В., 1999 г., в сотрудничестве с Кулевой Н. В. (ЛГУ), Horiuchi K. Y., Chacko S. (Филадельфия);

— белка тонких нитей кальпонина (Ефимова (Вихорева) Н. Н., Аврова С. В., 1995 г., в сотрудничестве с Horiuchi K. Y., Chacko S.) и в 2010–2013 гг. – кальпониноподобного белка мидии (Сиренко В. В., Симонян А. О., в сотрудничестве с Шелудько Н. С. (Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского, Владивосток));

— белка тонких нитей кальдесмона (Хорошев М. И., 1996 г., в сотрудничестве с Chacko S.; Вихоревой Н. Н., Вихоревым П. Г., Авровой С. В., в сотрудничестве с Copeland O., Marston S. B. (2001), затем с Куликовой Н., Dabrowska R., 2004 г.; Прониной (Карпичевой) О. Е., 2006–2009 гг.).

В 2006–2010 гг. изучалась регуляция взаимодействия актина и миозина белком запирательной мышцы моллюска твитчином (Аврова С. В, Рысев Н. А., Карпичева О. Е., в сотрудничестве с Шелудько Н. С. (Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского, Владивосток), Galler S. (университет Зальцбурга)).

Показано, что все исследованные регуляторные белки мышечных тканей осуществляют регуляцию взаимодействия миозина с актином «включением» и «выключением» актиновых мономеров в тонких нитях, т.е. изменениями конформации актина. Было показано, что актин-миозиновое взаимодействие зависит от относительного количества «включенных» мономеров актина, конформация которых существенно отличается от структурного состояния «выключенных» мономеров актина. Оказалось, что кальпонин, кальдесмон и твитчин регулируют актин-миозиновое взаимодействие, и их регуляторная функция зависит от уровня их собственного фосфорилирования.

В продолжение работы, начатой Ю. С. Боровиковым, Н. Б. Гусевым (МГУ) [Боровиков, Гусев, 1983], М. И. Хорошевым и польскими коллегами из Института экспериментальной биологии им. М. Ненцкого [Borovikov et al., 1993], в лаборатории с 2007 г. ведутся исследования центрального для скелетной мускулатуры пути регуляции сокращения – регуляции взаимодействия актина и миозина ионами Са2+ через тропонин-тропомиозин. Удалось показать, что тропонин-тропомиозиновая система осуществляет регуляцию мышечного сокращения конформационными изменениями актина, тропомиозина и тропонина. При низких концентрациях Са2+ тропомиозин смещается к внешнему домену актина, при этом мономеры актина поворачиваются по часовой стрелке, помогая тропомиозину блокировать сайты связывания миозина на актине. Высокие концентрации Са2+ заставляют тропомиозин и актин изменять свою конформацию. Тропомиозин смещается к внутреннему домену актина, а мономеры актина поворачиваются по часовой стрелке, освобождая сайты связывания миозина на актине. Конформационные изменения актина и тропомиозина сопровождаются также изменениями длины актиновых нитей и тропомиозиновых тяжей, что может быть причиной смещения тропомиозина и актина друг относительно друга в процессе мышечного сокращения (Боровиков Ю. С., Карпичева О. Е., Рысев Н. А., Аврова С. В.). В 2010–2013 гг. изучалось влияние мутаций тропомиозина, связанных с гипертрофической и дилатационной кардиомиопатиями, на характер движения тропомиозинового тяжа на поверхности тонких нитей непосредственно в мышечном волокне (Карпичева О. Е., Рысев Н. А., в сотрудничестве с Robinson P., Redwood C. S., Университет г. Оксфорда). Показано, что точечные мутации в тропомиозине существенно искажают характер актин-миозинового взаимодействия, затрудняя или активируя смещение тропомиозина и включение мономеров актина в зависимости от концентрации Са2+, что может быть причиной сердечной миопатии, связанной с этими мутациями.

В 2014–2017 гг. изучено влияние многочисленных мутаций в альфа- и бета-изоформах скелетного и бета-изоформе гладкомышечного тропомиозина, ассоциированных с разнообразными наследственными миопатиями, на особенности движения тропомиозина и конформационные изменения в актине и миозиновой головке при работе актомиозиновой АТФазы (Карпичева О. Е., Рысев Н.А., Сиренко В. В., в сотрудничестве с Симонян А. О., СПбГУ, Robinson P., Redwood C. S., Университет г. Оксфорд, и с Moraczewska J., Университет им. Казимежа Великого в Быдгоще, Польша).

В 2017–2019 гг. исследование было направлено на выявление возникающих вследствие мутаций в тропомиозине критических нарушений характера Са2+-зависимых конформационных перестроек сократительных и регуляторных белков в цикле гидролиза АТФ, и поиск тестов для идентификации различных миопатий человека на ранних стадиях развития заболевания. Работы позволили не только выявить критические конформационные изменения миозина, актина и тропомиозина, лежащие в основе возникновения миопатий, но использовать эти конформационные изменения как тесты для идентификации мышечных болезней (Боровиков Ю. С., Карпичева О. Е., Рысев Н. А., Сиренко В. В., Аврова С. В., Redwood C. S.).

В последнее время усилия сотрудников лаборатории направлены на исследования отличительных особенностей регуляторной функции тропомиозина в присутствии мутаций, связанных с труднодиагностируемыми скелетными миопатиями человека, а также на поиск возможных путей реабилитации миопатий на основе использования критических конформационных изменений миозина, актина и тропомиозина в качестве мишеней для фармакологических агентов с различными механизмами действия.

 Достижения:

Сотрудники лаборатории были награждены:

— Премией и серебряной медалью “За вклад в науку” РАН и ПАН за цикл работ, посвященных изучению роли гладкомышечного белка кальдесмона в механизмах регуляции сокращения (Ю. С. Боровиков и О. Е. Карпичева, 2007 г.);

— Почетной грамотой РАН “За добросовестный труд на благо отечественной науки, большой вклад в развитие фундаментальных и прикладных научных исследований, плодотворную работу по подготовке высококвалифицированных кадров и в связи с 60-летием образования Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института цитологии Российской академии наук” (Ю. С. Боровиков и О. Е. Карпичева, 2017 г.).