ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт цитологии Российской академии наук
Тихорецкий проспект 4
Санкт-Петербург 194064
Россия

Исследователи Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) показали, что ряд химических воздействий и молекул, функционирующих в живых организмах могут приводить к изменению структуры и токсичности амилоидных фибрилл, формирующих бляшки в тканях и органах человека при большом числе серьезных патологий (таких как болезни Альцгеймера, Паркинсона, сахарный диабет и др.).     В дальнейшем использование таких факторов (или их комбинации) может позволить управлять патогенностью амилоидов в организме человека и применяться при разработке эффективных лекарственных средств для лечения амилоидозов.     Результаты последних исследований авторов в этой области опубликованы в научном журнале International Journal of Molecular Science.

Накопление в организме человека упорядоченных белковых агрегатов, амилоидных фибрилл, сопутствует целому ряду тяжелых заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, прионные заболевания, диабет, гемодиализный амилоидоз,лизоцимовый амилоидоз и др. Неконтролируемый рост амилоидных бляшек вызывает массовую гибель клеток, что приводит к стремительному ухудшению состояния пациентов. На сегодняшний день идентифицировано уже несколько десятков белков, образующихамилоиды при различных патологиях. Наиболее часто амилоидозы встречаются у людей преклонного возраста, а также у пациентов, страдающих хроническими воспалительными заболеваниями, защитные системы клеток и организма которых не справляются с ликвидацией неправильно свернутых белков.     

Сегодня в связи с увеличением продолжительности жизни, болезни, сопровождающиеся формированием амилоидных фибрилл, которые раньше считались редкими, приобретают размах эпидемий. При этом ухудшение экологической ситуации в мире и современный ритм жизни, являющийся причиной высокого уровня стресса, нарушения режима сна и обострения хронических заболеваний, приводят не только к увеличению частоты амилоидозов, но и к их заметному «омоложению». Несмотря на актуальность решения проблемы амилоидозов, лекарств для своевременной и эффективной терапии этих заболеваний на данный момент не существует, а применяемое лечение направлено лишь на облегчение состояния и улучшение качества жизни пациентов (устранение симптомов заболевания, коррекция дисфункции поврежденного накоплением амилоидов органа и т.д.).    

«Для выявления возможных подходов к разработке терапевтических средств для лечения амилоидозов мы, в первую очередь, проанализировали механизмы образования и свойства функциональных и патологических амилоидов на основе широкого спектра белков различных живых организмов. Проведенные исследования позволили нам сделать заключение об удивительном многообразии амилоидных фибрилл, которые, несмотря на сходство морфологии, имеют различную структуру, стабильность и токсичность для клеток. В результате этих исследований нами были выявлены факторы, приводящие к деградации амилоидов и изменяющие их патогенность», – рассказывает старший научный сотрудник Лаборатории структурной динамики, стабильности и фолдинга белков ИНЦ РАН Анна Сулацкая.    

Ученые проводили исследования in vitro (вне живого организма) с применением широкого спектра физико-химических подходов, в том числе специально разработанных. В частности, ими была предложена методика, позволяющая анализировать стабильность иструктурный полиморфизм амилоидов с применением флуоресцентных зондов (научные публикации по этой теме: 1, 2, 3). Преимуществами подхода по сравнению с другими современными методами являются доступность оборудования, низкая цена материалов, простота и быстрота проведения экспериментов, отсутствие ограничений, связанных с размерами и условиями получения амилоидов, возможность работы с низкими концентрациями образцов. Исследователями доказана универсальность разработанного подхода и возможность его использования при скрининге взаимодействия терапевтических агентов с различными белковыми рецепторами – потенциальными мишенями лекарств (4, 5). Также ими были разработаны и протестированы новые усовершенствованные амилоидспецифические флуоресцентные зонды, позволяющие проводить исследования в спектральной области “окна прозрачности” биологических тканей (6, 7) и имеющие перспективы применения in vivo (в живом организме).    

Использование разработанных подходов и других современных методик позволило ученым не только исследовать структуру, стабильность и цитотоксичность наиболее широко известных амилоидов животных, бактерий и грибов (89101112131415), но и впервые показать амилоидогенные свойства некоторых белков. Например, впервые было доказано, что широко используемый флуоресцентный биомаркер sfGFP, а также белки клубеньковых бактерий RopA и RopB и белок садового горошка вицилином (совместно с сотрудниками ВНИИСХМ) способен формировать амилоидные фибриллы. Ключевые результаты этих исследований опубликованы в ряде научных журналов: 161718. Накопленные научные знания и имеющиеся в арсенале исследователей экспериментальные методики открывают перспективы не только для увеличения эффективности существующих подходов к лечению амилоидозов, но и для разработки новых путей для решения этой проблемы.    

«Результаты проведенных нами исследований позволяют предположить, что перспективными для лечения амилоидозов могут являться не только факторы, приводящие к деградации амилоидов или предотвращающие их рост, но и факторы, позволяющие «управлять» цитотоксичностью фибрилл. Такие воздействия, подобно железнодорожному стрелочному переводу, могут способствовать переходу от пути амилоидогенеза, приводящего к образованию патогенных фибрилл, к формированию нетоксичных или низкотоксичных белковых агрегатов. Эти воздействия также могут позволить непосредственно «управлять» патогенностью амилоидов за счет преобразования уже сформировавшихся фибрилл в менее токсичные белковые агрегаты», – поясняет Анна Сулацкая.     Таким образом, результаты, полученные учеными ИНЦ РАН, позволили сделать заключение о структурном многообразии амилоидов на основе белков различных организмов и развеять миф о крайне высокой устойчивости этих белковых агрегатов к внешним воздействиям. Кроме того исследователи открыли новое направление исследований, посвященных поиску факторов, снижающих цитотоксичность амилоидов путем изменения их структуры в процессе формирования бляшек (фибриллогенеза) или на стадии зрелых амилоидных фибрилл. В дальнейшем это может позволить управлять их патогенностью для организма человека. За проведение этих исследований Анна Сулацкая была удостоена национальной стипендии в рамках конкурса L‘OREAL UNESCO “For Women in Science” 2021 г.

Ученые Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) определили соединения (сеноморфики), которые позволяют предотвратить негативное воздействие подвергшихся старению клеток на процессы, происходящие в тканях женской репродуктивной системы. В дальнейшем эти вещества могут использоваться для того, чтобы снизить риски неудачной имплантации эмбриона и, как следствие, повысить шансы наступления беременности. Результаты исследования опубликованы в журнале Human Reproduction.

Ежегодно увеличивается количество бесплодных пар, прибегающих к вспомогательным репродуктивным технологиям, в частности к экстракорпоральному оплодотворению (ЭКО). Несмотря на высокотехнологичность процедуры ЭКО, беременность наступает только в 30 % случаев (для генетически нетестированных эмбрионов). Одной из причин неудачной имплантации эмбрионов может являться клеточное старение в ткани эндометрия – внутренней слизистой оболочке матки. Старые клетки выделяют вещества, которые препятствуют имплантации (встраиванию) эмбриона в ткань эндометрия – этот процесс является обязательным для дальнейшего развития плода.

            «Для борьбы с последствиями присутствия старых клеток мы использовали соединения, которые называются сеноморфики. Их применение позволило предотвратить секрецию старыми клетками нежелательных веществ и сгладить их негативное влияние на имплантацию. Чувствительность самой ткани эндометрия к половым стероидным гормонам также была восстановлена», — рассказывает старший научный сотрудник, зав. Группой механизмов клеточного старения ИНЦ РАН Александра Бородкина.

              Ученые проводили исследования in vitro (на модельных клеточных системах в лабораторных условиях). В экспериментах использовались ранее известные науке сеноморфики, которые применялись для воздействия на старые клетки в других тканях организма. Важно, что в работе использовалась выборка донорских линий эндометрия. При этом использование животных (обычно используются мыши) в таких экспериментах было не актуально, поскольку происходящие в тканях эндометрия процессы сильно отличаются у человека и грызунов.

            «В ближайшей перспективе результаты применения сеноморфиков, которые были получены в наших экспериментах, мы планируем валидировать на клеточных линиях, полученных от пациентов с многократными неудачными попытками ЭКО. С целью получения таких материалов мы сейчас договариваемся о сотрудничестве с центрами репродуктивной медицины в Петербурге», — поясняет Александра Бородкина.

            На основании положительных результатов, полученных при использовании сеноморфиков, в дальнейшем планируется поиск и разработка соединений, которые позволят направлено удалять старые клетки (сенолитики) из ткани эндометрия и при этом будут безопасными для здоровых клеток женской репродуктивной системы.

Исследователи Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) и СПбГУ нашли новый вид амёбы (Thecamoeba vumurta), которая обитает в городском пруду Ижевска. Открытие позволило ученым пополнить наши знания о разнообразии амёб и уточнить представления об эволюционных взаимосвязях различных живых существ на нашей планете. Результаты исследования опубликованы в научном журнале European Journal of Protistology.

Амёбы – это одноклеточные организмы микроскопического размера (от 20 до 700 мкм).  Эти организмы населяют практически все возможные места обитания – воду, почву, поверхности деревьев, камней и других субстратов. Некоторые виды амёб обитают в кишечнике человека и животных. Есть амёбы, являющиеся опасными патогенами – такие как дизентерийная амёба или некоторые виды акантамёб, вызывающие  редкое, но опасное заболевание – амёбный энцефалит.

 “Несмотря на то, что учеными описано большое количество видов амёб, в изучении этих микроорганизмов много “белых пятен”, и практически каждый год появляется какая-то новая информация. Наша группа занимается изучением разнообразия лобозных амёб, и в ходе этих исследований мы нашли новый вид, который назвали Thecamoeba vumurta”, — рассказывает младший научный сотрудник лаборатории цитологии одноклеточных организмов ИНЦ РАН, младший научный сотрудник кафедры зоологии беспозвоночных СПбГУ Елисей Мезенцев.

Thecamoeba vumurta была найдена исследователями в пробе, собранной в пруду Ижевска. Сперва, ученые изучили общую морфологию (основные признаки), используя световой микроскоп; а также ультраструктуру (более подробное строение отдельных компонентов клетки) этого организма. Оказалось, что найденные амёбы очень похожи на давно описанный вид Thecamoeba striata, культуры которого были утеряны из международных коллекций.

Неотъемлемой частью работы по изучению современного разнообразия, является получение и сравнение последовательностей отдельных генов, чтобы понять, насколько близкими родственниками являются организмы. Для секвенирования генов требуется получить образец ДНК амёб. Для этого ученым пришлось заставить текамёб “голодать”, чтобы пища, которую они потребляют, полностью переварилась. В противном случае можно было получить смесь ДНК амёбы и пищевых объектов. Затем ученые провели полногеномную амплификацию ДНК, выделенной из нескольких “голодных” амёб, а также ПЦР и секвенирование гена малой субъединицы рРНК.

Полученная последовательность сильно отличается от всех известных последовательностей текамёб. В это же время в архивных данных, был обнаружен фрагмент последовательности утерянного вида T. striata. При сравнении собранных данных выяснилось, что T. vumurta генетически близка к T. striata. Однако, гены содержат различия, достаточно существенные для того, чтобы признать ее новым для науки видом.

“Результаты нашего исследования имеют важное значение для представлений о разнообразии амёб. В науке существует такое понятие – «виды-двойники». Это – виды, которые внешне очень похожи друг на друга, но имеют достоверные генетические отличия. Именно с таким случаем мы сейчас и столкнулись. И это означает, что существует целая группа видов текамёб, которых раньше исследователи могли принимать за один. Соответственно, надо критически относиться ко всей информации о случаях их обнаружения, распространении, особенностях экологии и биологии, так как собранные знания могли касаться разных видов амёб, схожих между собой. Эти знания необходимы и для дальнейших более конкретных исследований. Например, сейчас активно развивается направление, связанное с изучением роли амёб как переносчиков различных болезнетворных бактерии, которые в том числе могут быть опасны для человека. Поэтому нужно понимать, какие виды могут быть переносчиками этих бактерий, как амёбы родственно связаны между собой, и как их правильно идентифицировать и определять при практических исследованиях разнообразия,” — поясняет Елисей Мезенцев.

Научная работа проводится по грантам РНФ (№ 20-14-00195) и РФФИ (№ 19-34-90155) Кроме того, проект ученых по исследованию амёб проходит в рамках мероприятий, посвященных Году зоологии, который в 2022 году был объявлен в СПбГУ.

В Институте цитологии РАН (ИНЦ РАН) с помощью перекиси водорода улучшили свойства скаффолдов на основе коллагена: эти структуры служат основой продуктов для трансплантации клеток. Такая процедура позволит повысить регенеративный потенциал клеточных препаратов, которые используются, в частности, для восстановления различных тканей в регенеративной медицине, результаты исследования опубликованы в научном журнале Polymers.

Коллаген является одним из основных белков внеклеточного матрикса, который широко используется при создания скаффолдов, выступающих носителями различных типов клеток. На их основе создаются продукты для клеточной трансплантации в целях  восстановления поврежденных органов и тканей .

При этом ученые для изготовления клеточных продуктов используют скаффолды на основе материалов природного происхождения ( в частности, коллаген содержатся в коже, костях, хрящах и проч.). Однако, в процессе жизнедеятельности организма, коллаген претерпевает различные химические и структурные изменения под воздействием внешних факторов, в том числе, под влиянием свободных радикалов. Такие структурные изменения в белке влияют на активность клеток и, как следствие, действенность клеточных продуктов.

“Для получения коллагеновых волокон (фибрилл), свойства которых были бы максимально схожи с коллагеновыми фибриллами в организме человека, мы обрабатывали их раствором перекиси водорода (H2O2). Выяснилось, что такая обработка приводит к структурным и функциональным изменениям в коллагеновых скаффолдах, повышается активность клеток в процессе трансплантации, тем самым возможно возрастет регенеративный потенциал самих клеток”, – рассказывает  старший научный сотрудник, руководитель группы тканевой инженерии ИНЦ РАН Юлия Нащекина.

В начале исследования ученые сформировали необходимый скаффолд. Для этого был получен коллаген, который выделяли из сухожилий крысиных хвостов. Коллагеновые фибриллы в течение получаса обрабатывали в растворе перекиси водорода, которая послужила источником свободных радикалов. После этого для получения клеточного продукта в скаффолды интегрировались клетки из коллекций ИНЦ РАН.

Затем ученые провели ряд сравнительных экспериментов коллагеновых скаффолдов – обычного (интактного) и обработанного перекисью водорода. У последних после воздействия свободных радикалов увеличилась активность клеток и скорость их деления (полиферация), от которых зависит восстановление тканей под действием клеточных продуктов.

 “Улучшенные коллагеновые структуры продемонстрировали более высокую эффективность по сравнению с обычными коллагеновыми фибриллами. Поэтому такой субстрат является перспективной основой для трансплантации клеток в различные ткани организма, которые нуждаются в регенерации: кости, кожа, кровеносные сосуды, хрящи и другие. Сегодня мы производим такие скаффолды в Центре клеточных технологий ИНЦ РАН и готовы к сотрудничеству в вопросах внедрения разработки с компаниями-разработчиками клеточных продуктов”, – добавляет Юлия Нащекина.

В проекте приняли участие ученые ИНЦ РАН и Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (№ 21–74-20120) и проводились на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня – использовалось оборудование объекта инфраструктуры “Центр клеточных технологий ИНЦ РАН”.

Исследователи Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) выяснили, что транскрипционный фактор Zeb1, в частности, способствующий метастазированию раковых клеток молочной железы, при повышении его концентрации в клетке  усиливает устойчивость клеток опухоли молочной железы к химиотерапии. Исследования, проведенные на клеточных линиях рака молочной железы человека, позволили понять молекулярный механизм данного процесса. В перспективе результаты научной работы могут использоваться при разработке новых методов лечения рака молочной железы. Исследование опубликовано в научном журнале Biochemical and Biophysical Research Communications.

Рак молочной железы является самым распространенным в мире онкологическим заболеванием среди женщин: по сведениям ВОЗ, ежегодно регистрируются от 800 тыс. до 1 млн новых случаев заболевания. . По числу смертей от рака у женщин эта разновидность занимает второе место.

Сегодня существует большое количество подходов для лечения рака молочной железы, от хирургического вмешательства (удаления раковой ткани), до химиотерапии (использование фармакологических препаратов, например, доксорубицина). В последнем случае, раковые клетки нередко проявляют резистентность (т.е. нечувствительность) к лекарствам, что делает химиотерапию практически бесполезной и даже вредной. Поэтому ученые активно изучают причины проявления резистентности клеток к препаратам.

“В своей работе мы исследовали белок Zeb1 – это известный транскрипционный фактор, который способствует образованию метастазов, а также устойчивости клеток рака молочной железы к системам противоопухолевой защиты организма человека. Мы попытались понять какую роль этот белок играет в формировании резистентности опухолей к химиотерапии”, – рассказывает старший научный сотрудник лаборатории регуляции экспрессии генов ИНЦ РАН Ольга Федорова.

Ученые работали с двумя линиями опухолевых клеток молочной железы человека. У клеток первой линии ученые повысили синтез белка Zeb1 в клетках, а у второй наоборот – подавили. После этого клетки обрабатывали доксорубицином. Затем с помощью нескольких методов (в частности, с помощью метода ДНК-секвенирования) исследователи изучили молекулярные механизмы того, как экспрессия белка Zeb1 повлияла на процессы чувствительности к химиотерапии в раковых клетках.

Оказалось что, когда количество Zeb1 было повышено, то в опухолевых клетках активировались гены, запускающие аутофагию – это естественный, регулируемый механизм клетки, который разбирает ненужные или дисфункциональные клеточные компоненты. Однако в данном случае оказалось, что аутофагия приводила к повышению нечувствительности раковых клеток к доксорубицину.

Чтобы продемонстрировать зависимость резистентности от активности Zeb1 ученые ИНЦ РАН провели и обратный опыт: во второй линии опухолевых клеток синтез белка был подавлен. Это привело к подавлению процесса аутофагии и, как следствие к повышению чувствительности клеток к доксорубицину.

“Наше исследование показало, что мы можем использовать Zeb1 как важный молекулярный маркер эффективности химиотерапии. То есть если его синтез повышен, то это вызовет резистентность к фармпрепаратам и наоборот. Кроме того, в дальнейшем, вместе с доксорубицином можно использовать соединения, которые подавляют аутофагию, а такие вещества медицине хорошо известны. Это позволит повысить эффективность и вероятность успешного проведения химиотерапии ”, – поясняет Ольга Федорова.

В исследовании приняли участие ученые ИНЦ РАН, НМИЦ им. В. А. Алмазова, Московского физико-технического института и Университета Назарбаева. Проект поддержан грантом Российского научного фонда (19–45-02011).

Исследователи Института цитологии (ИНЦ РАН) провели исследование соединения, которое способно блокировать в нейронах головного мозга процессы, приводящие к болезни Хантингтона – опасному нейродегенеративному заболеванию. Эксперименты проводились на клеточных моделях, результаты исследования опубликованы в научном журнале Frontiers in Cell and Developmental Biology. В перспективе они могут использоваться для разработки лекарственных средств.

Болезнь Хантингтона является тяжелым нейродегенеративным заболеванием, поражающим головной мозг, поэтому ее лечение, наряду с терапией других нейродегенеративных заболеваний, в том числе, таких распространенных, как болезнь Альцгеймера, является одной из наиболее острых и социально значимых проблем для современной медицины. Среди симптомов выделяются нарушения координации, речи, памяти и когнитивных способностей. Ученые всего мира ведут разработки различных лекарств для терапии болезни Хантингтона. Однако пока прошедшего все необходимые медицинские испытания препарата для полного излечения этого недуга не существует.

Причиной болезни Хантингтона является мутация гена, который кодирует белок хангтинтин. В этом случае увеличивается количество глутамин-кодирующих участков гена (CAG): при норме таких участков менее 35, а при более 40 – проявляется болезнь Хантингтона.  Кроме того, хантингтин значительно повышает поступление кальция в клетку через особые депо-управляемые каналы (поры, которые избирательно пропускают в клетку ионы кальция), а также увеличивает количество белковых сенсоров STIM2, являющиеся известными активаторами этих каналов.

“Мы обнаружили, что препарат EVP4593, ранее уже известный ученым, снижает количество мутантного хантингтина, уровень которого повышен в больных клетках. Кроме того, действие EVP4593 приводит к уменьшению количества STIM2 и, как следствие, ограничивается патологическое поступление ионов кальция в клетки, которое сопровождает болезнь Хантингтона”, – рассказывает старший научный сотрудник лаборатории ионных каналов клеточных мембран ИНЦ РАН Владимир Вигонт.

Для проведения исследования были использованы клеточные модели, полученные коллегами из ФНКЦ Физико-химической медицины ФМБА (Москва, РФ) путем генетического репрограммирования клеток пациентов в нейроны, которые являются наиболее подверженными дегенерации при болезни Хантингтона.

Учеными было установлено, что в больных клетках белковых сенсоров STIM2 практически в два раза больше, чем в здоровых. Этим объясняется патологическое повышение концентрации кальция в клетках с болезнью Хантингтона. Затем исследователи провели ряд экспериментов по воздействию EVP4593 на больные клетки. Оказалось, что, помимо уже известной способности EVP4593 мгновенно снижать вход кальция в клетку через депо-управляемые каналы, он также обладает отложенным действием, производя в течение нескольких дней два важных нейропротекторных эффекта. Во-первых, уменьшилось количество белковых сенсоров STIM2, которые отвечают за попадание кальция в клетку. А во-вторых, оказалось, что EVP4593 способен также снижать количество мутантного хантингтина в клетках, уменьшая, тем самым, его токсическое воздействие.

“Наши результаты показывают, что соединение EVP4593 обладает значительным нейропротекторным эффектом. В перспективе он может использоваться при создании лекарств от болезни Хантингтона, однако для этого требуется много лет исследований и испытаний. Кроме того, исследование подтверждает, что болезни Хантингтона подвержены нейроны, в которых зафиксировано нарушение регуляции кальция. Основным источником этого нарушения является неправильная работа сенсора кальция STIM2, что делает его перспективной мишенью для поиска новых лекарств против нейродегенеративных заболеваний”, – добавляет Владимир Вигонт.

Сейчас исследования продолжаются. Ученые планируют определить молекулярный механизм действия EVP459, то есть какое именно вещество служит “мишенью” для действия препарата. В исследовании принимали участие исследователи из ИНЦ РАН, Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины ФМБА и Научного центра неврологии (Москва, РФ).

Исследователи Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) разработали способ количественной оценки внутриклеточного уровня перекиси водорода, повышающегося в условиях окислительного стресса, индуцированного внешними и внутренними источниками. Новый метод позволяет оценить эффективность антиоксидантной защиты в различных типах клеток и в дальнейшем может использоваться для диагностики и поиска путей коррекции заболеваний, вызванных или сопровождающихся повышением окислительных нагрузок на клетки. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Redox Biology.

Кислород является необходимым условием для поддержания жизни человека и многих других организмов. Однако активные кислород-содержащие соединения, например, перекись (Н2О2), могут повреждать живые клетки. Превышение уровня Н2О2 над физиологически комфортным порогом называется окислительным стрессом, он может вызывать или усугублять многие тяжелые заболевания, такие как атеросклероз, инфекционные заболевания, нейродегенерации, диабет. Кроме того, окислительный стресс развивается под действием радиации и является важной составляющей её негативного влияния на организм человека.

Изучение процессов, в которых участвуют Н2О2 в клетках, ранее было затруднено отсутствием надежных методов её определения, ведь время жизни этих высокоактивных молекул и их содержание в клетке крайне малы. В 2006 году ученые Института биоорганической химии РАН разработали генетически кодируемый биосенсор HyPer, который способен детектировать молекулы Н2О2 благодаря способности изменять свои флуоресцентные свойства при окислении перекисью. Генетические технологии позволяют вводить ген биосенсора в клеточный геном, после чего с помощью лазера можно детектировать флуоресцентный сигнал HyPer и отслеживать внутриклеточный уровень Н2О2 в живых клетках. Чем ярче свечение – тем больше молекул Н2О2 находится в клетке.

«Мы предложили использовать данный сенсор не только как средство  визуализации перекиси водорода в живых клетках, но и как точный аналитический инструмент. С помощью нашего метода можно сказать, сколько молекул Н2О2  содержится в клетках в данный момент. Ранее в своих работах мы доказали принципиальную возможность проведения подобных измерений. В текущем исследовании наш подход был усовершенствован и использован для оценки активности системы антиоксидантной защиты в клетках человека разных фенотипов при различных окислительных нагрузках», – рассказывает руководитель лаборатории внутриклеточной сигнализации ИНЦ РАН Ольга Люблинская.

В исследовании были использованы несколько линий нормальных клеток человека и две клеточных линии опухолей, в которые вводили ген биосенсора HyPer и подвергали воздействию перекиси водорода в различных концентрациях.

Ответ клеток на окислительный стресс, вызванный Н2О2, оценивался с помощью проточного цитометра – прибора, который при помощи световых откликов клеток позволяет наблюдать за окислением молекул биосенсора в каждой конкретной клетке. С помощью данного оборудования в режиме реального времени отслеживалась кинетика окисления сенсора при индукции стресса. Последующая математическая обработка экспериментальных данных позволила исследователям определить установившуюся в условиях стресса внутриклеточную концентрацию перекиси и градиент Н2О2 (разница между количеством перекиси внутри и снаружи клетки)  этот показатель позволяет оценить уровень антиоксидантной защиты клеток, их способность справляться с избыточным количеством Н2О2.

«Благодаря нашему подходу мы обнаружили, что в опухолевых клетках защита от Н2О2 значительно менее эффективна, чем в нормальных клетках, а в плюрипотентных стволовых клетках человека наоборот – эта система наиболее активна. И мы предполагаем, что метод, разработанный в этом исследовании, может быть применен для дальнейшего углубленного изучения активности  окислительно-восстановительных систем в клетках человека. Очень важно правильно понимать, как работают эти внутриклеточные молекулярные машины. Ведь повышенный уровень окислителей, возникающий в организме из-за сбоев этих систем, может быть эффектом, сопровождающим или осложняющим различные патологии, например, аллергические реакции или аутоиммунные заболевания», – поясняет Ольга Люблинская.

В научный коллектив вошли специалисты из ИНЦ РАН, а также студенты Санкт-Петербургского государственного университета и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда и проводились на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня – использовалось оборудование объекта инфраструктуры “Центр клеточных технологий ИНЦ РАН”. Часть клеточных линий для экспериментов были предоставлены центром коллективного пользования «Коллекция культур клеток позвоночных», расположенным в ИНЦ РАН.

Международный научно-популярный проект Science Slam Explore USA, на котором пять российских молодых ученых рассказали о своих исследованиях, 10 февраля прошел в Москве. Победителем мероприятия стала младший научный сотрудник Центра клеточных технологий Института цитологии РАН Нина Красковская. В интервью она рассказала о своем выступлении на слэме, об опыте научной работы в США, а также о своих исследованиях нейродегенеративных заболеваний. Запись Science Slam доступна “ВКонтакте” по ссылке.

— Нина, расскажите, как проходил Science Slam? В чем особенность этого формата? 

— Это научно-популярное мероприятие, в котором мне нужно было за 10 минут рассказать об исследованиях, которые я провожу в Институте цитологии РАН, причем изложить все надо было языком, понятным неподготовленному слушателю. Всего выступало пять ученых, каждый рассказал о своей научной сфере. Затем мы должны были ответить на вопросы. В этом году из-за пандемии в студии записывали только участников без зрителей. Но мы ответили на их вопросы в дистанционном формате.
  Выступления других участников были посвящены исследованиям о новых материалах для солнечной энергетики, о математических моделях для прогнозирования эпидемий, о влиянии городской среды на развитие ожирения у горожан, а также о том, как секвойи, самые высокие деревья, адаптируются к климатическим изменениям.

 После всех выступлений зрители выбирали лучшего участника с помощью онлайн-голосования. Неожиданно мое выступление признали лучшим. Я получила символический приз – синие боксерские перчатки.

 — Чему было посвящено ваше выступление?

— Я занимаюсь изучением нейродегенеративных заболеваний человека. К ним относятся, например, болезни Альцгеймера и Паркинсона. Моя работа связана с исследованием болезни Хантингтона. Это опасное заболевание, поражающее головной мозг. Среди симптомов — нарушения координации, речи, памяти, когнитивных способностей. Ученые всего мира ведут разработки различных лекарств для терапии болезни Хантингтона. Однако пока препарата для полного излечения этого недуга не существует.

 — Почему вас пригласили принять участие в Science Slam?

— Меня, как и других участников, позвали, потому что у нас был опыт научной работы или стажировки в США по исследовательской тематике.

 — А как вы попали на эту стажировку?

— Чтобы понять, как протекает любое заболевание, необходимо уметь моделировать его с большой точностью. А с болезнью Хантингтона это очень сложно, ведь к пациенту в голову не заберешься. Конечно, много исследований проводится на животных, но когда ученые пытаются перенести результаты своей работы с мышиной модели на человека, то чаще всего оказывается, что в этом случае препараты не могут эффективно работать. Поэтому для моих исследований были необходимы клетки нейронов человека, которые ученым предоставляют специальные биобанки для исследований.

 Во время учебы в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого я приступила к разработке методики работы с клеточными моделями. В начале 2020 года у меня появилась возможность по специальной стипендии отправиться на стажировку в научный центр в США, где проводились исследования нейродегенеративных заболеваний. Я подала заявку на стипендию, получила одобрение и в начале 2020 года улетела на восемь месяцев на стажировку.

 — Кто в США занимается такими исследованиями?

— Я проходила стажировку в Юго-Западном медицинском центре штата Техас (г. Даллас), в лаборатории научного руководителя моей диссертационной работы Ильи Борисовича Безпрозванного. Он из Санкт-Петербурга, свою кандидатскую подготовил в нашем Институте цитологии РАН. Сейчас он руководит лабораторией в петербургском Политехе и лабораторией в Медцентре Далласа.

 К сожалению, не все запланированное в США мне удалось: работа в лаборатории Ильи Борисовича совпала с началом пандемии, поэтому многие планы пришлось отменить. Я успела отработать методику моделирования болезни на основе транс-дифференцировки,  однако поработать с клетками пациентов с нейродегенеративными заболеваниями не успела. Поскольку стажировка заканчивалась, и нужно было возвращаться в Россию: в планах было написание кандидатской диссертации на основе результатов моих исследований. Летом 2021 года я успешно защитилась в стенах Политехнического университета.

— Каковы ваши дальнейшие планы?

Сейчас я продолжаю свои исследования нейродегенеративных заболеваний и работаю в Центре клеточных технологий Института цитологии РАН. В Институте давно и успешно проводятся исследования молекулярных механизмов развития нейродегенеративных заболеваний и поиск возможных мишеней для их коррекции. Инфраструктура и опыт сотрудников стали главной причиной моего выбора Института для продолжения исследований.

Планирую развивать сотрудничество с коллегами как внутри Института цитологии РАН, так и из других научных организаций. Именно в результате такой коллаборации с нами поделились клетками от пациента с болезнью Хантингтона. Моя методика позволяет сравнивать нейроны здоровых людей и больных, с сохранением «возраста», чтобы понять причины, которые лежат в основе заболевания. А в дальнейшем на этой системе можно проводить испытания лекарственных препаратов. Цель моей работы – получение нейронов из клеток человека путем прямого репрограммирования. Вместе с тем существует и успешно используется подход к получению нейронов из индуцированных плюрипотентных клеток. У каждой методики есть свои ограничения, плюсы и минусы. У исследователей будет возможность выбора между разными моделями. Это очень важно при разработке новых лекарственных препаратов.

Еще один научный проект, в котором я участвую, касается развития инструментов для проведения научных исследований. Сегодня России просто необходим свой большой биобанк клеточных линий для исследований по самым различным тематикам, в частности, для разработки терапий и лекарств от неизлечимых заболеваний.

Такой большой биобанк мы сейчас организуем в Институте цитологии РАН: в прошлом году наш Институт выиграл грант на создание национальной коллекции типовых клеточных культур, на образцах которой исследователи со всей России смогут проводить свои исследования, учиться работать с клетками и прочее.

В частности, мы планируем создать банк нейронов, полученных методом прямой дифференцировки из тканей больных нейродегенеративными заболеваниями, на которых можно будет проводить испытание лекарств, например, для лечения болезни Хантингтона. Это очень важный этап между доклиническими испытаниями на животных и клиническими испытаниями  на пациентах, который станет легко доступным для отечественных разработчиков медицинских препаратов.

Справка:

Science Slam Explore USA организован информационным центром Education USA Russia и петербургской медиакомпанией «Бумага». Мероприятие проходит в Москве 10 февраля. В ходе мероприятия ученые из России должны интересно и понятно рассказать о своих исследованиях всего за десять минут. У каждого из спикеров есть опыт учебы или стажировки в США, которым они готовы поделиться со зрителем. Во время Science Slam ученым можно задать вопросы и выбрать лучшего.каждого.

Институт цитологии РАН в 2021 году, объявленном в России Годом науки и технологий, проявил высокую исследовательскую и публикационную активность в российских и международных научных журналах. Кроме того, исследователи стали героями многих научно-популярных сюжетов в СМИ, организовали экскурсии для школьников и студентов в лаборатории. Эта работа была отмечена высокими государственными и международными наградами и премиями.

Всего в 2021 году, который был объявлен Годом науки и технологий в России, ученые Института цитологии подготовили более 220 статей, из которых более 80% были опубликованы в зарубежных журналах. Не менее 130 раз исследователи института приняли участие в международных и российских конференциях. Десять самых «импактных» публикаций были выпущены в научных журналах с показателем IF не менее 10,7.

Среди основных тематик, которыми занимались ученые института в прошедшем году, – аутоимунные заболевания, функции активных форм кислорода, терапевтическое использование стволовых клеток, изучение регуляции женских половых гормонов, получение новых линий стволовых клеток, диагностика и лечение опухолей, функции клеточных каналов, новые способы лечения нейродегенеративных заболеваний и многие другие. 

В 2021 году Институт цитологии стал участником двух крупных научных проектов в рамках федеральной Программы развития генетических технологий на 2019 – 2027. Так, институт стал победителем конкурса Минобрнауки с проектом по созданию Российской коллекции типовых клеточных культур (RTCC) мирового уровня. Создание такой коллекции позволит отечественным научным институтам и фармкомпаниям не зависеть от закупок клеточных линий у зарубежных поставщиков и тем самым обеспечить технологическую независимость России в данной отрасли. Кроме того, институт получил статус соисполнителя в крупном федеральном научном проекте, посвященном использованию генетических технологий для поиска биомаркеров, моделирования и терапии заболеваний человека.

Институт получил значительное финансирование на реализацию мероприятий и выполнение работ по дооснащению Центра коллективного пользования «Коллекция культур клеток позвоночных» (ЦКП КККП) Института цитологии РАН, обеспечивающих комплексное развитие инфраструктуры исследовательской деятельности, повышение уровня ее доступности и роста эффективности ее использования.

На сегодняшний день в Институте цитологии реализуется 34 гранта РНФ и 28 грантов РФФИ. В 2021 году было подано 30 заявок, треть которых была поддержана РНФ. На 2022 год поданы 52 заявки.

Год науки и технологий принес Институту цитологии несколько государственных наград: ряд сотрудников был отмечен благодарностями Минобрнауки, медалями «За вклад в реализацию государственной политики в области научно-технологического развития», «За безупречный труд и отличие» III-ей степени, а также медалью с премией для молодых ученых Российской академии наук. 

Также сотрудники института в уходящем году оказались среди лауреатов премии правительства Санкт-Петербурга, а также среди победителей конкурса национальных стипендий L’OREAL-UNESCO «Для женщин в науке».

Большое внимание в 2021 году было уделено активности института в информационном пространстве. Впервые были запущены аккаунты в различных соцсетях, которые стали официальными площадками Института цитологии в интернете. Количество подписчиков увеличивалось в течение всего года, и сейчас продолжает расти. Научно-образовательные мероприятия, события, конференции и результаты исследований ученых – вот основные темы, которые представлены на виртуальных страницах института.

В течение всего года ученые становились героями сюжетов в СМИ об исследованиях Института цитологии, или выступали экспертами по профильным областям знаний. Наиболее заметной темой, прозвучавшей во всех основных региональных и федеральных СМИ и телеканалах, стало исследование, посвященное изучению природных алкалоидов, блокирующих способность коронавируса заражать клетки.

Параллельно велась активная работа, направленная на популяризацию научной сферы в среде молодежи. Так, в течение прошлого года Институт цитологии организовал шесть экскурсий для учащихся школ и лицеев 6–10 классов, еще четыре экскурсии по институту было проведено для студентов из трех вузов Санкт-Петербурга.

«Год науки и технологий стал для нас всех очень плодотворным: помимо наших основных задач – научной деятельности, публикационной активности, участии в грантовых конкурсах, в прошлом году мы включились в работу по крупным научным программам, которые имеют важное значение для всей страны. Успешная реализация проектов нашими учеными в 2021 году была отмечена почетными наградами на самом высоком уровне. И сегодня, в День российской науки, хочется не только подвести итоги, но и пожелать ученым, чтобы 2022 год был богат на новые проекты, открытия и достижения», – отмечает директор Института цитологии РАН, чл-корр. Алексей Томилин

Исследователи Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) в составе международного коллектива ученых обнаружили, что введенный в мезенхимные стволовые клетки (МСК) ген-супрессор RB (один из генов, продукт которого препятствует образованию раковых клеток) принимает активное участие в формировании клеточной памяти при образовании клеток жировой ткани. При этом МСК сохраняют состояние, вызванное введенным извне RB, даже после утраты гена. Результаты работы опубликованы в научном журнале Genes & Diseases, они уточняют представления ученых о функционировании клеточной памяти.

Ген RB является опухолевым супрессором, т.е. продукт этого гена (pRb) предотвращает появление раковых клеток в организме. Кроме того, pRb регулирует клеточную дифференцировку (появление различных типов клеток из стволовых клеток). Например, у человека pRb активирует костную дифференцировку, поддерживая способность белка Runx2 вызывать формирование костных клеток. В то же время, pRb тормозит активность белка PPARγ2, регулирующего образование жировых клеток.

Международный коллектив исследователей из ИНЦ РАН в Санкт-Петербурге, Рижского Института Микробиологии и Вирусологии, Рижского Университета имени Страдиньша в Латвии обнаружил, что pRb активно участвует в формировании клеточной памяти в процессе жировой дифференцировки.

«Мы вводили в мезенхимные стволовые клетки активный или неактивный ген RB. Оказалось, что через довольно продолжительное время после введения клетки не сохраняли этот ген. Однако последствия его временной продукции оказывали различное влияние на клеточную судьбу», – рассказывает руководитель группы клеточной биологии соматических стволовых клеток, ведущий научный сотрудник ИНЦ РАН Борис Попов.

В исследовании ученые использовали линию мезенхимных стволовых клеток (МСК – стволовые клетки, способные дифференцироваться в клетки костной, хрящевой и жировой тканей) мышей. Эксперименты показали, что МСК, которым вводили активные формы RB, более трех месяцев спустя (после утраты гена RB) показывали повышенный уровень образования жировых клеток. Неактивный RB вызывал обратный эффект.

«Эти результаты показывают, что pRb вовлечен в установление долгосрочной клеточной памяти. Находясь в клетках в течение непродолжительного периода, введенный извне активный ген RB передает им способность к поддержанию активной дифференцировки, а неактивный – к ее торможению, даже когда клетки утрачивают введенный ген. В случае жировой дифференцировки у мышей это состояние опосредовано мишенью RB – геном PPARγ2, который регулирует образование жировых клеток», – поясняет Борис Попов.

По его словам, понимание процессов, которые регулируют образование жировых клеток, не только открывает новые закономерности клеточной памяти, но и в дальнейшем может использоваться учеными и медиками для разработки методов терапии заболеваний, связанных с нарушением жирового обмена, например избыточного веса, сахарного диабета, болезней сердечно-сосудистой системы.