Лаборатория клеточной физиологии и патологии

Научные результаты:

Установлена селективность поражений отделов головного мозга при нейродегенерации и взаимосвязь с различием в процессах образования и потребления энергии.

На основе изучения фундаментальных механизмов проявления нейродегенеративных заболеваний проработаны методологические основы новых стратегий и методов защиты клеток.

В рамках изучения способов выработки синглетного кислорода при облучении лазером на длине 1267 нм выявлено защитное и восстанавливающее действие на измененный митохондриальный метаболизм в нейрональных клетках с мутациями, связанными с различными наследственными формами.

Получены данные о подавляющем влиянии синглетного кислорода на патологические клетки линии B16 и отсутствии негативного влияния на здоровые фибробласты.

Выявлено, что при экспрессии в клетках головного мозга мышей гена мутантного белка FUS [1-359] развивается митохондриальная дисфункция, связанная с ингибированием комплекса I электронтранспортной цепи митохондрий и гиперпродукцией митохондриальных активных форм кислорода. Эффект увеличивается при переходе от модели лобно-височной деменции к модели бокового амиотрофического склероза, отличающихся уровнем экспрессии гена белка FUS [1-359] в разных отделах мозга.

Выявлена значительная роль белков из семейства синуклеинов (альфа-, бета- и гамма-) в регуляции внутриклеточного окислительно-восстановительного баланса между продукцией и нейтрализацией активных форм кислорода. Наиболее вероятными мишенями для данных белков выступают НАДФН-оксидазы и моноаминоксидазы, играющие важнейшую роль в физиологии клеток головного мозга. Помимо этого, синуклеины могут оказывать влияние на функцию бета-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы, а нокаут белков приводит к нарушению регуляции секреции инсулина.

Изучены возможности разработки стратегий нейропротекции на основании применения экзогенного белка теплового шока HSP70 или его регулятора, эритропоэтина, фрагментов рецептора конечных продуктов гликирования белков, активаторов транскрипционного фактора Nrf2, а также комплекса физиологически активных веществ, оказывающих положительное влияния на функцию митохондрий.

Выявлено, что мутации митохондриальной ДНК, локализованные в генах субъединиц комплекса I, комплекса III, а также тРНК и рРНК, могу оказывать значительное влияние как на функцию митохондрий, так и на процессы, в которых митохондриально кодируемые белки не участвуют непосредственно. Изменения митохондриального генома приводят к снижению продукции АТФ, эффективности окислительного фосфорилирования, роли комплекса I в поддержании митохондриального мембранного потенциала. Несмотря на развитие дисфункции в клетках нарушены механизмы утилизации дефектных митохондрий (митофагия). Различные сочетания мутаций мтДНК приводят к разнонаправленным изменениям в окислительно-восстановительном балансе – от гиперпродукции, до снижения образования активных форм кислорода.

Выявлены механизмы, лежащие в основе формирования высокого уровня автофлуоресценции в сине-зеленой области спектра в клетках с патологиями. Показано, что наибольший вклад в сигнал обусловлен ФАД, входящим в состав комплекса II электронтранспортной цепи митохондрий, а также моноаминоксидаз.

Показано, что прямая генерация синглетного кислорода в результате облучения лазером с длиной волны 1267 нм может приводить к увеличению жизнеспособности клеток головного мозга в in vitro модели бета-амилоидной токсичности.

Выявлено, что цитопротекторный эффект фумарат-содержащих препаратов в условиях острой гипоксии может быть связан с активацией эндогенных защитных механизмов через стабилизацию HIF1a. Это позволяет обосновать использование таких препаратов в ходе медицинских процедур с временной ищемизацией тканей для снижения вероятности развития отрицательных последствий как в краткосрочной, так и долгосрочной перспективе.

Внедрение результатов исследования:

Организационные и инфраструктурные преобразования:

В ходе реализации проекта в структуре научно-технологического центра биомедицинской фотоники создана и постоянно развивается лаборатория клеточной физиологии и патологии, оснащение которой позволяет проводить комплексные исследования биологических процессов in vitro, ex vivo, in vivo. Лаборатория позволила объединить в рамках одного коллектива представителей разных подразделений университета (институт приборостроения, автоматизации и информационных технологий, институт естественных наук и биотехнологии, медицинский институт), а также привлечь компетентных ученых из других профильных научных организаций России для решения актуальных задач в области фундаментальной биологии, а также здравоохранения. 

Образование и переподготовка кадров:

• Разработана основная профессиональная образовательная программа высшего образования (уровень подготовки кадров высшей квалификации) по направлению подготовки – 06.06.01 Биологические науки, направленность (профиль) – Физиология.

• Защищены 4 диссертации на соискание ученой степени кандидата наук и 1 диссертация на соискание ученой степени доктора наук. 

• Разработаны и реализованы дополнительные профессиональные программы повышения квалификации «Методы работы с клеточными культурами» (2021 г.), «Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия в практике доклинических исследований лекарственных средств» (2021 г.), «Основы клеточных технологий in vitro и ex vivo» (2022 год) и «Основы проведения доклинических биомедицинских исследований» (2023 год).

Сотрудничество:

• UCL, Великобритания
• Aston University, Великобритания
• University of Oulu, Финляндия
• ФГБУН ФИЦ ПХФ и МХ РА, Россия
• Институт биофизики клетки Российской академии наук - обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук»
• Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»
• Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
• Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет»
• БУЗ Орловской области «Орловская областная клиническая больница»
• БУЗ Орловской области «Научно-клинический многопрофильный центр медицинской помощи матерям и детям им. З.И. Круглой»
• Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение здравоохранения Клиническая больница Святителя Луки