Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ им. Н.К. Кольцова РАН
Koltzov Institute of Developmental Biology of Russian Academy of Sciences

Лаборатория ФИЗИОЛОГИИ РЕЦЕПТОРОВ И СИГНАЛЬНЫХ СИСТЕМ

 
Историческая справка

Исследования, проводимые в лаборатории, направлены на изучение роли рецепторов и сигнальных систем клетки в регуляции физиологических процессов. Эти традиции в Институте были заложены выдающимся советским физиологом Хачатуром Седраковичем Коштоянцем, и нашли продолжение в работах его ученика академика РАН Тиграна Мелькумовича Турпаева, возглавлявшего лабораторию с 1961 по 2003 г.

С 2003 г. лабораторией руководит доктор биологических наук, профессор Павел Владимирович Авдонин.
 
Направления исследований

К числу достижений лаборатории за последние годы в области сигнальной трансдукции можно отнести открытие нового сигнального пути для β2-адренорецепторов в сердце млекопитающих через ГТФ-связывающий Gi-белок, выяснение механизмов регуляции экспрессии V1A-рецепторов вазопрессина и АТ1-рецепторов ангиотензина II в гладкомышечных клетках кровеносных сосудов. Впервые показано участие белков Epac в цАМФ-зависимом расслаблении кровеносных сосудов. На культивируемых клетках проводятся эксперименты по направленному подавлению экспрессии генов при помощи коротких интерферирующих РНК. Целью является выяснение роли отдельных видов ионных каналов и сигнальных белков во внутриклеточном обмене ионов Са2+. С помощью этого метода показано, что в многоядерных клетках поперечно-полосатой мускулатуры функционируют каналы Orai-1, обеспечивающие восполнение запасов ионов кальция в саркоплазматическом ретикулуме. Установлено, что клетках скелетной мускулатуры имеются системы рецепторзависимой регуляции обмена ионов кальция, которые формируются при дифференцировке миобластов в многоядерные митотубулы.

В настоящее время в лаборатории ведутся исследования физиологической функции вторичного мессенджера NAADP и активируемых им двупоровых кальциевых каналов, локализованных в лизосомах и лизосомоподобных везикулах. Обнаружена связь между образованием активных форм кислорода и состоянием двупоровых каналов. Эксперименты проводятся на культивируемых гладкомышечных и эндотелиальных клетках кровеносных сосудов, изолированных сосудах крысы и на традиционном для лаборатории объекте сердце виноградной улитки Helix pomatia. Получены данные, указывающие на участие двупоровых каналов в поддержании спонтанного ритма сердечных сокращений и реализации действия на кровеносные сосуды вазоконстрикторных и вазодилататорых гормонов и нейротрансмиттеров.


 
Поддержка исследований научными грантами

Грант Российского Научного Фонда №14-15-01004. Роль пероксида водорода в регуляции обмена ионов кальция в эндотелиальных клетках и в регуляции сократимости кровеносных сосудов.

Грант РФФИ №14-04-00951. Роль двупоровых кальциевых каналов в активации сокращений сердца и в регуляции тонуса кровеносных сосудов.


 
Избранные публикации по теме

  1. Avdonin P.V., F.Cottet-Maire, G.V.Afanasjeva, S.A.Loktionova, P.Lhote, U.T.Ruegg Cyclosporine A up-regulates angiotensin II receptors and calcium responses in human vascular smooth muscle cells. Kidney Int. 1999, 55, 2407-2414.
  2. Xiao R.-P., P.Avdonin, Y.Y.Zhou, H.Cheng, S.A.Akhter, T.Eschenhagen, R.J.Lefkowitz, W.J.Koch, E.G.Lakatta Coupling of beta2-adrenoceptor to Gi proteins and its physiological relevance in murine cardiac myocytes // Circulation Res. 1999, 84, 43-52.
  3. Avdonin P, Ryan US, Hayes B. Receptor-dependent regulation of [Ca2+]i and phospholipase C in vascular endothelial cells // J Recept Signal Transduct Res 2000, 20(4), 235-254.
  4. Cottet-Maire F., Avdonin P.V., Roulet E., Buetler T.M., Mermod N., Ruegg U.T. Upregulation of vasopressin V1A receptor mRNA and protein in vascular smooth muscle cells following cyclosporin A treatment // Br J Pharmacol 2001,132(4), 909-917.
  5. Суханова И.Ф., Кожевникова Л.М., Подмарева О.Н., Попов Е.Г., Авдонин П.В.Активаторы белков Epac вызывают расслабление изолированной аорты крысы // ДАН (Серия биологическая) 2006, 411, 1-5.
  6. Авдонин П.В. Структура и сигнальные свойства сопряженных с G-белками рецепторных комплексов // Биологические мембраны 2005, 22, №1, 3-26.
  7. Авдонин П.В., Суханова И.Ф., Сурков К.В., Ruegg U.T. Экспрессия и функциональная роль белка Orai-1 в скелетных миобластах и миотубулах // Биологические мембраны, 2008, Т.25, № 6, с. 472–479.
  8. Муслихов Э.Р., Сурков К.В., Суханова И.Ф., Авдонин П.В. Увеличение экспрессии рецепторов инозитол-1,4,5-трисфосфата и усиление кальциевого сигнала в ответ на ATP при дифференцировке скелетных миобластов С2С12 в миотубулы // Биологические мембраны, 2010, том 27, № 6, с. 1–7.
  9. Ruegg U.T., Shapovalov, G., Jacobson, K., Reutenauer-Patte, J., Ismail, H., Dorchies, O. M., Avdonin P.V. Store-Operated Channels and Ca2+ Handling in Muscular Dystrophy. K. Groschner et al. (eds.), Store-operated Ca2+ entry (SOCE) pathways, DOI 10.1007/978-3-7091-0962-5_28, # Springer-Verlag/Wien 2012, Chapter 28, P.449-460.
  10. Муслихов Э.Р., И.Ф. Суханова, П.В. Авдонин. Арахидоновая кислота активирует выброс ионов кальция из ретикулума скелетных миотубул C2C12 через рианодин-чувствительные каналы // Биохимия, 2014, том 79, вып. 5, с. 553 – 559.
  11. Надеев А.Д., И.В. Кудрявцев, М.К. Серебрякова, П.В. Авдонин, В.П. Зинченко, Н.В. Гончаров. Индукция апоптоза и некроза клеток эндотелия пупочной вены человека пероксидом водорода // Цитология 2015, Т.57, №12, с. 909-916.
  12. Goncharov N.V., Avdonin P.V., Nadeev A.D., Zharkikh I.L., Jenkins R.O. Reactive Oxygen Species in Pathogenesis of Atherosclerosis // Curr Pharm Des. 2015; 21(9):1134-46.
  13. Жарких И.Л., Надеев А.Д., Цитрин Е.Б., Гончаров Н.В., Авдонин П.В. Подавление блокатором двупоровых каналов trans-NED19 и пероксидом водорода индуцированных гистамином расслабления аорты крысы и кальциевого сигнала в эндотелиальных клетках // Известия РАН Серия биологическая 2016, №3,1-9.

Старший научный сотрудник лаборатории, к.б.н. М.Н. Семенова проводит поиск веществ с антимитотической активностью на оригинальной биологической модели - зародышах морского ежа. Эта модель позволила выявить десятки веществ природного происхождения и их синтетических аналогов, блокирующих деление клеток за счет дестабилизации микротрубочек (потенциальных противоопухолевых препаратов). Эксперименты на зародышах морских ежей ведутся на Кипре на базе полевой морской лаборатории, организованной в 1995 году при поддержке ИОХ РАН, фирмы SPECS (Нидерланды) и компании Chemical Block (Кипр). Основная задача этой лаборатории состоит в обеспечении возможности продолжать исследования на морских беспозвоночных животных.

Фенотипический метод тестирования химических соединений на модели зародышей морского ежа Paracentrotus lividus был разработан в 2004 году. Метод не требует дорогостоящего оборудования и реактивов и позволяет быстро обнаружить вещества с антимитотическим действием, обусловленным дестабилизацией микротрубочек. Подробности метода описаны на сайте http://www.chemblock.com/urchin.php. На начало 2016 года испытано более полутора тысяч природных и синтетических химических соединений. Выявлено более 300 антимитотиков - ингибиторов полимеризации тубулина. Из них несколько десятков молекул, нарушающих дробление зародышей в наномолярных концентрациях, в последующих тестах на опухолевых клетках человека проявили мощный цитотоксический эффект.

Слева: яйцеклетка морского ежа, обработанная дестабилизатором микротрубочек.

Справа: контроль, бластула, 6 ч.

Выявлено химическое соединение, способное в определенной концентрации обездвиживать зародышей морского ежа за счет избирательного удаления моторных ресничек и при этом не нарушающее развитие.

В испытаниях основную долю составляют вещества из библиотеки химических соединений ИОХ РАН, содержащей более 200 000 молекул. В рамках научного сотрудничества ведется скрининг химических соединений, синтезированных в ИНЭОС, МГУ, Чувашском государственном университете (г. Чебоксары), ИОФХ КазНЦ РАН (г. Казань), ИОХ УНЦ (г. Уфа), ИНК РАН (г. Уфа), ТИБОХ ДВО РАН (г. Владивосток), и веществ растительного происхождения, полученных в НИОХ СО РАН (г. Новосибирск), Новосибирском Государственном Университете и в ООО "НВФ Лесма" (г. Нижний Новгород). По просьбе испанских ученых из Instituto de Productos Naturales y Agrobiologia (Tenerife) испытаны природные соединения из водорослей и морских беспозвоночных.

Совместные научные работы ведутся с сотрудниками Гематологического научного центра РАМН, МФТИ, ИЭПОР НАН Украины (г. Киев), University of Rostock (Germany), Novartis (Switzerland), Pfizer (USA), University of Queensland (Australia), University of Auckland (New Zealand).


 
Основные публикации по теме исследований

  1. Семенова М.Н. Локализация, кинетические параметры и функциональная роль холинэстеразы ампул морских звезд. – Российский физиол. ж., 2000, т.86, № 10, с. 1268-1277.
  2. Семенова М.Н., Озернюк Н.Д. Влияние ингибиторов NO-синтазы на развитие зародышей морских ежей. - Ж. эвол. биохим. и физиол., 2004, т. 40, № 3, стр. 229-234.
  3. Semenova M.N., Kiselyov A., Semenov V.V. Sea urchin embryo as a model organism for the rapid functional screening of tubulin modulators. - BioTechniques, 2006, v. 40, № 6, pp. 765-774.
  4. Semenova M.N., Kiselyov A.S., Titov I.Y., Raihstat M.M., Molodtsov M., Grishchuk E., Spiridonov I., Semenov V.V. In vivo evaluation of indolyl glyoxamides in the sea urchin embryo model: Correlation with in vitro tubulin dynamics effects. - Chem. Biol. Drug Des., 2007, v. 70, № 6, pp. 485-490.
  5. Semenova M.N., Tsyganov D.V., Yakubov A.P., Kiselyov A.S, Semenov V.V. A synthetic derivative of plant allylpolyalkoxybenzenes induces selective loss of motile cilia in sea urchin embryos. - ACS Chem. Biol., 2008, v. 3, № 2, pp. 95-100.
  6. Kiselyov A.S., Semenova M.N., Chernyshova N.B., Leitao A., Samet A.V., Kislyi K.A., Raihstat M.M., Oprea T., Lemcke H., Lantow M., Weiss D.G., Ikizalp N.N., Kuznetsov S.A., Semenov V.V. Novel derivatives of 1,3,4-oxadiazoles are potent mitostatic agents featuring strong microtubule depolymerizing activity in the sea urchin embryo and cell culture assays. Eur. J. Med. Chem. 2010, v. 45, № 5, pp. 1683-1697.
  7. Semenov V.V., Kiselyov A.S., Titov I.Y., Sagamanova I.K., Ikizalp N., Chernysheva N.B., Tsyganov D.V., Konyushkin L.D., Firgang S.I., Semenov R.V., Karmanova I.B., Semenova M.N. Synthesis of antimitotic polyalkoxyphenyl derivatives of combretastatin using plant allylpolyalkoxybenzenes. J. Nat. Prod., 2010, v. 73, pp. 1796–1802.
  8. Конюшкин Л.Д., Годовикова Т.И., Воронцова С.К., Цыганов Д.В., Карманова И.Б., Райхштат М.М., Фирганг С.И., Покровский М.А., Покровский А.Г., Семенова М.Н., Семенов В.В. Полиалкоксибензолы из растительного сырья. Сообщение 4. Экстракты семян петрушки и укропа в синтезе полиалкокси-3,5-диарил-1,2,4-оксадиазолов с антипролиферативными свойствами. Известия РАН, сер. хим., 2010, № 12, с. 2212-2219.
  9. Titov I.Y., Sagamanova I.K., Gritsenko R.T., Karmanova I.B., Atamanenko O.P., Semenova M.N., Semenov V.V. Application of plant allylpolyalkoxybenzenes in synthesis of antimitotic phenstatin analogues. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2011, v. 21, pp. 1578–1581.
  10. Semenova M.N., Kiselyov A.S., Tsyganov D.V., Konyushkin L.D., Firgang S.I., Semenov R.V., Malyshev O.R., Raihstat M.M., Fuchs F., Stielow A., Lantow M., Zefirov N.S., Philchenkov A., Zavelevich M., Kuznetsov S.A., Semenov V.V. Polyalkoxybenzenes from plants. 4. Dill and parsley seed extracts in synthesis of azapodophyllotoxins featuring strong tubulin destabilizing activity in the sea urchin embryo and cell culture assays. J. Med. Chem., 2011, v. 54, № 20, pp. 7138–7149.
  11. Chernysheva N.B., Tsyganov D.V., Philchenkov A.A., Zavelevich M.P., Kiselyov A.S., Semenova M.N., Semenov V.V. Synthesis and comparative evaluation of 4-oxa- and 4-aza-podophyllotoxins as antiproliferative microtubule destabilizing agents. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2012, v. 22, pp. 2590–2593.
  12. Shestopalov A.M., Litvinov Y.M., Rodinovskaya L.A., Semenova M.N., Semenov V.V. Polyalkoxy substituted 4H-chromenes: Synthesis by domino reaction and anticancer activity. ACS Comb. Sci., 2012, v. 14, pp. 484–490.
  13. Tsyganov D.V., Chernysheva N.B., Salamandra L. K., Konyushkin L.D., Atamanenko O.P., Semenova M.N., Semenov V.V. Synthesis of polyalkoxy-3-(4-phenyl)coumarins with antimitotic activity using plant allylbenzenes. Mendeleev Commun., 2013, v. 23, issue 3, pp. 147–149.
  14. Tsyganov D.V., Konyushkin L.D., Karmanova I.B., Firgang S.I., Strelenko Y. A., Semenova M.N., Kiselyov A.S., Semenov V.V. cis-Restricted 3-aminopyrazole analogues of combretastatins: Synthesis from plant polyalkoxybenzenes and biological evaluation in the cytotoxicity and phenotypic sea urchin embryo assays. – J. Nat. Prod. 2013, v. 76, pp. 1485–1491.
  15. Куликов А.С., Епишина М.А., Батог Л.В., Рожков В.Ю., Махова Н.Н., Конюшкин Л.Д., Семенова М.Н., Семенов В.В. Синтез и противоопухолевые свойства (1,2,3-триазол-1-ил)фуразанов. Известия РАН, Cерия химическая, 2013, № 3, с. 835¬–842.Tsyganov D.V., Khrustalev V.N., Konyushkin L.D., Raihstat M.M., Firgang S.I., Semenov R.V., Kiselyov A.S., Semenova M.N., Semenov V.V. Regioisomers of 3-(5-)-amino-o-diarylisoxazoles: Synthesis from plant allyl polyalkoxybenzenes and antitubulin activity. – Eur. J. Med. Chem., 2014, v. 73, pp. 112–125.
  16. Demchuk D.V., Samet A.V., Chernysheva N.B., Ushkarov V.I., Stashina G.A., Konyushkin L.D., Raihstat M.M., Firgang S.I., Philchenkov A.A., Zavelevich M.P., Kuiava L.M., Chekhun V.F., Blokhin D.Yu., Kiselyov A.S., Semenova M.N., Semenov V.V. Synthesis and antiproliferative activity of conformationally restricted 1,2,3-triazole analogues of combretastatins in the sea urchin embryo model and against human cancer cell lines. – Bioorg. Med. Chem., 2014, v. 22, pp. 738–755.
  17. Semenova M. N., Tsyganov D.V., Malyshev O.R., Ershov O.V., Bardasov I.N., Semenov R.V., Kiselyov A.S., Semenov V.V. Comparative in vivo evaluation of polyalkoxy substituted 4H-chromenes and oxa-podophyllotoxins as microtubule destabilizing agents in the phenotypic sea urchin embryo assay. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2014, v. 24, pp. 3914–3918.
  18. Семенов В.В., Семенова М.Н. Полиалкоксифлавоноиды - ингибиторы деления клеток. Усп. хим., 2015, 84 (2), 134–158.
  19. Stepanov, A. I.; Astrat’ev, A. A.; Sheremetev, A. B.; Lagutina, N. K.; Palysaeva, N. V.; Tyurin, A. Yu.; Aleksandrova, N. S.; Sadchikova, N. P.; Suponitsky, K. Yu.; Atamanenko, O. P.; Konyushkin, L. D.; Semenov, R. V.; Firgang, S.I.; Kiselyov, A. S.; Semenova, M. N.; Semenov, V. V. A facile synthesis and microtubule-destabilizing properties of 4-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-furazan-3-amines. Eur. J. Med. Chem., 2015, v. 94, pp. 237–251.
  20. Strobykina, I. Yu.; Belenok, M. G.; Semenova, M. N.; Semenov, V. V.; Babaev, V. M.; Rizvanov, I. Kh.; Mironov, V. F.; Kataev, V. E. Triphenylphosphonium cations of diterpenoid isosteviol: Synthesis and antimitotic activity in the sea urchin embryo model. J. Nat. Prod., 2015, v. 78, pp. 1300-1308.
  21. Самет А.В., Жужин В.Ю., Семенова М.Н., Семенов В.В. Синтез и антимитотическая активность алкоксизамещённых 1-арил-3-(ариламино)алкенонов. Известия РАН, Cерия химическая, 2015, № 2, с. 439–444.


Д.б.н. В.В. Зюганов (работал до марта 2016 года) проводил исследования физиолого-генетических основ долголетия животных, занимался изучением, разработкой принципов и технологий охраны и восстановления экономически ценных видов моллюсков — жемчужниц сем. Margaritiferidae и лососевых рыб сем. Salmonidae в реках севера России, изучением вопроса о том, при каких условиях и каким образом морская фауна в процессе эволюции проникала в пресные водоемы и осваивала их.

Публикации по теме исследований

  1. Ziuganov V., Comeluk v. Hybridization of two forms of ninespine stickleback, Pungitius pungitius and P. platygaster, under experimental conditions and attempt to predict the consequences of their contact in nature // Environ. Biol. Fish. 1985., 13, 4, P. 241–251.
  2. Зюганов В.В. 1991. Фауна СССР. Рыбы. Т. 5. вып.1. Семейство колюшковых (Gasterosteidae) мировой фауны. -Л., Наука, 261 c., 1991.
  3. Ziuganov V., Zotin A., Nezlin L., Tretiakov v. 1994. The freshwater pearl mussels and their relationships with salmonid fish. -Moscow VNIRO Publishing House, 1994, P. 104.
  4. Ziuganov, v., Beletsky, v. , Neves, R., Tretiakov, v. , Mikhno, I. , Kaliuzhin, S. 1998. The recreational Fishery for Atlantic Salmon and the Ecology of Salmon and Pearl Mussels in the Varzuga River Northwest Russia. Virginia Tech, USA, 92 р.
  5. Ziuganov, v., San Miguel, E., Neves, R.J., Longa, A., Fernandez, C., Amaro, R., Beletsky, v. , Popkovitch, E., Kaliuzhin, S., Johnson, T. 2000. Life span variation of the freshwater pearlshell: a model species for testing longevity mechanisms in animals. Ambio. ХХIX, 2. P. 102–105.
  6. Зюганов В.В. 2004. Арктические долгоживущие и южные короткоживущие моллюски жемчужницы как модель для изучения основ долголетия // Успехи геронтологии. № 14. С. 21–31.
  7. Зюганов В.В., Попкович Е.Г. 2005. Арктические костные рыбы с отмененной программой быстрого старения — потенциальный источник лечебных стресс-протективных и противоопухолевых веществ // Известия РАН. № 5, с. 578–584.
  8. Зюганов В.В. 2005. Долгожитель-паразит, продлевающий жизнь хозяина. Жемчужница Margaritifera margaritifera выключает программу ускоренного старения у лосося Salmo salar // Доклады АН. Т. 403, № 5, с. 701–705.
  9. Зюганов В.В., Зюганова М.В. 2014. Симбиоз «жемчужница — лосось». Популяционный и биомедицинский аспекты. - М. 167 с.

Лаборатория располагает оборудованием, необходимым для биохимических и молекулярно-биологических работ, стерильным блоком для работы с культивируемыми клетками, установками для проведения экспериментов на изолированных органах. Сотрудники лаборатории в летнее время работают на Кропотовской биостанции, расположенной в Каширском районе на берегу р. Ока.

 
Коллектив лаборатории



Авдонин Павел Владимирович,
заведующий лабораторией,
дбн, профессор

Семенова Марина Николаевна,
снс, кбн

Курчиков Алексей Леонидович,
снс, кбн

Рыбакова Елена Юрьевна,
нс, кбн

Миронова Галина Юрьевна,
аспирант

Труфанов Сергей Константинович,
аспирант

Федорова Елена Сергеевна,
аспирант








Хачатур Седракович Коштоянц
13 сентября 1900 — 2 апреля 1961
выдающийся советский физиолог,
академик АН Армении,
член-корреспондент АН СССР




Тигран Мелькумович Турпаев
20 октября 1918 - 26 октября 2003
советский физиолог,
член-корреспондент АН СССР (1972),
академик РАН (1992).
возглавлял лабораторию с 1961 по 2003