Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича»

Лаборатория системной биологии

Згода Виктор Гаврилович ЗАВЕДУЮЩИЙ ЛАБОРАТОРИЕЙ
д.б.н., професор РАН
ResearcherID
Scopus ID
ORCID
eLibraryID
КОНТАКТЫ

(499) 246-84-65

Арчаков Александр Иванович д.б.н., академик РАН ResearcherID
Scopus ID
eLibraryID

Тихонова Ольга Валентиновна к.б.н. ResearcherID
Scopus ID
ORCID
eLibraryID
Фарафонова Татьяна Евгеньевна к.б.н. ResearcherID
Scopus ID


Новикова Светлана Евгеньевна к.б.н. ResearcherID
Scopus ID
eLibraryID

Завьялова Мария Геннадиевна ResearcherID
Scopus ID
ORCID


Соловьёва Наталья Александровна




Казиева Лаура Шамилевна




Савилов Анатолий Петрович




ПРОЕКТЫ

ОСНОВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение процессов дифференцировки клеток и решение фундаментальных проблем биологии, связанных с изучением размера протеома человека. В качестве объекта исследований определены процессы дифференцировки клеточной линии HL60 и плазма крови человека соответственно.

Основной задачей хромосомоцентричного проекта протеом человека (C-HPP) является регистрация “missing proteins” (PE2-PE4). Ранее, на модельном объекте UPS2, который имитирует концентрационный диапазон белков в клетке мы показали, что использование 2D фракционирования позволяет зарегистрировать более 95% белков UPS в сложной биологической смеси. В данной работе мы использовали 2D фракционирование для глубокого анализа белков, кодируемых 18 хромосомой человека в клеточной линии HepG2. Нам удалось повысить чувствительность метода SRM SIS в 1,3 раза (68 белков идентифицировано при одномерном фракционировании, 88 белков идентифицировано при двумерном фракционировании), а метода панорамного сканирования в 2,5 раза (21 белок хромосомы 18 идентифицирован при одномерном фракционировании, 53 белка идентифицировано при двумерном фракционировании). По итогам всех экспериментов было идентифицировано 111 белков, кодируемых 18 хромосомой человека, что составляет 42% протеома и 75% зарегистрированного транскриптома 18 хромосомы человека.



Эффективность противоопухолевой терапии во многом зависит от молекулярных особенностей опухоли. Поскольку внеклеточные везикулы опухолевого происхождения, включая экзосомы, содержат белки, которые характерны для клеток-продуцентов и могут быть обнаружены в биологических жидкостях, они представляют большой интерес для скрининга прогностических биомаркеров.

В нашей лаборатории проводится масс-спектрометрическое профилирование внеклеточных везикул, выделенных из линий клеток рака толстой кишки человека Caco-2, HT-29 и HCT-116, и из клеточных линий аденокарциномы легких NCI-H23 и A549. Применяя методы таргетной масс-спектрометрии с использованием стандартов изотопно-меченных пептидов, мы оценили уровни обычных экзосомных маркеров CD9, CD82 и HASP8. Всего во всех экспериментальных образцах был идентифицирован 651 белок как минимум с двумя пептидами.

Специфичными для ткани легкого экзосомальными маркерами оказались белки вовлеченные в альтернативный сплайсинг и обмен нуклеотидов DHX15 и CNP, а также интегрин бета 1 (ITGB1) и ретинол-индуцибельный белок GPRC5A. Для экзосом ткани толстой кишки специфичными оказались белки теплового шока HSPD1 и HSPE1, а также цитокератин 18 Специфичными для отдельных клеточных линий экзосомальными маркерами, оказались белки теплового шока, интегрины, белки, участвующие в биогенезе экзосом, сплайсинге, метаболизме РНК, реорганизации цитоскелета и клеточной адгезии, в регуляции клеточного роста, дифференцировки и апоптоза. Белки экзосом, отличающие выбранные клеточные линии, могут послужить потенциальными предиктивными и прогностическими биомаркерами.

Работа поддержана грантом Российского научного фонда № 19-75-00044, эксперименты выполнены на оборудовании ЦКП Протеом человека (ИБМХ)



Дифференцировка клеток – уникальный биологический процесс, который определяет развитие сложного многоклеточного организма из единственной клетки, участвует в процессах старения, развития патологических состояний. В основе дифференцировки лежит цепочка молекулярных событий, необходимых для приобретения клетками зрелого фенотипа и основанных на высококоординированной регуляции генной экспрессии

Транскрипция и деградация мРНК, с одной стороны, и трансляция и распад белков – с другой, составляют две пары фундаментальных клеточных процессов, которые определяют жизненный цикл клетки и ее дифференцировку, в том числе. Каждый из процессов контролируется ген-регулирующими механизмами. Однако, фундаментальный вопрос о том, как информация, заложенная в геноме, процессируясь на этапах транскрипции, трансляции и деградации биомолекул, реализуется в индивидуальный протеом остается невыясненной ни на качественном, ни, тем более, на количественном уровне. Большая часть современных исследований направлена на изучение конечного итога этой сложной регуляции, а именно на определение кратных изменений в содержании мРНК или белков в ходе дифференцировки по сравнению с недифференцированными клетками. В нашем проекте мы предлагаем провести двумерную омиксную регистрацию изменений транскриптома и протеома в динамике: с одной стороны, измеряя скорость изменения концентраций мРНК и белков, с другой стороны, измеряя скорость их катаболизма (время полураспада) в процессе дифференцировки.

Таким образом, основной фундаментальной целью проекта является выяснение роли взаимоотношений процессов транскрипции, трансляции и распада белков и соответствующей мРНК при индуцируемой дифференцировке. Клетки линий HL-60 и NB4 являются востребованными модельными объектами для исследования молекулярной природы гранулоцитарной дифференцировки. Обе клеточные линии под воздействием ретиноевой кислоты (ATRA) приобретают фенотип зрелых гранулоцитов (нейтрофилов), характеризующихся сегментоядерной морфологией и экспрессией поверхностных маркеров CD11b и CD38. Миелоидные клетки линий HL-60 и NB4 отличаются на молекулярно-генетическом уровне: линия клеток NB4 несет химерный ген PML-RARα, образующийся в результате транслокации t(15;17) между хромосомами 15 и 17; клетки линий HL-60 несут ген RARα дикого типа, но характеризуются наличием делеции гена p53 и многократной амплификаций гена c-MYC. Двумерное исследование динамики изменений транскриптома и протеома клеток линий HL-60 и NB4 под действием ATRA позволит определить специфические для различного генотипа молекулярные механизмы индуцированной гранулоцитарной дифференцировки, зависящие от скорости транскрипции, трансляции и распада мРНК и белков. Клетки хронического миелолейкоза линии K562, невосприимчивые к действию ATRA, будут использованы в качестве отрицательного контроля ATRA-индуцированной дифференцировки. Среди потенциальных регуляторных молекул клетки следует особо выделить транскрипционные факторы (ТФ), обладающие способностью связываться с промоторными областями ДНК и активировать или, наоборот, супрессировать транскрипцию целевых генов. Так как данные белки локализованы в ядрах клетки, будет проведен количественный омиксный анализ очищенной ядерной фракции клеток, полученных в определенные временные точки после индукции дифференцировки. Считается, что регуляторные белки характеризуются наибольшей скоростью синтеза/деградации. Исследование скорости синтеза (времени полураспада) транскрипционных факторов на уровне мРНК и белков в клетках NB4 и HL-60 после добавления ATRA поможет получить дополнительную информацию для расшифровки механизма индуцированной гранулоцитарной дифференцировки.

Применение биоинформатических инструментов – алгоритмов, таких как анализ регуляторных путей и баз данных транскрипционных факторов (например, как реализовано в платформе geneXplain) для поиска ключевых регуляторов ATRA-респонсивных мРНК и белков позволит консолидировать транскриптомные и протеомные данные, а также даст возможность предсказать регуляторные молекулярные сети, за счет которых изменяется скорость обмена транскриптов/белков, и благодаря которым клетки приобретают зрелый гранулоцитарный фенотип.

Определение молекул, регулирующих скорость обмена мРНК и белков, представляет большой интерес не только с позиции фундаментальной биологии, но и с точки зрения развития таргетной терапии в медицине. Верифицированные регуляторы скорости обмена транскриптов и белков могут представлять собой потенциальные молекулярные мишени, воздействие на которые может изменять ход ATRA-индуцированной гранулоцитарной дифференцировки, например, вызывать резистентность, или, наоборот, повышенную чувствительность к индуктору.

 

avatar none  Dangi B., Davydova N.Y., Vavilov N.E., Zgoda V.G., Davydov D.R. (2021) Effects of alcohol-induced increase in CYP2E1 content in human liver microsomes on the activity and cooperativity of CYP3A4, Archives of Biochemistry and Biophysics, 698, 108677. DOI:10.1016/j.abb.2020.108677

avatar none  Rusanov A.L., Kozhin P.M., Tikhonova O.V., Zgoda V.G., Loginov D.S., Chlastáková A., Selinger M., Sterba J., Grubhoffer L., Luzgina N.G. (2021) Proteome Profiling of PMJ2-R and Primary Peritoneal Macrophages, International Journal of Molecular Sciences, 22(12), 6323-6338. DOI:10.3390/ijms22126323

avatar none  Naryzhny S., Ronzhina N., Zorina E., Kabachenko F., Zavialova M., Zgoda V., Klopov N., Legina O., Pantina R. (2021) Evaluation of Haptoglobin and Its Proteoforms as Glioblastoma Markers, International Journal of Molecular Sciences, 22(12), 6533. DOI:10.3390/ijms22126533

avatar none  Novikova S.E., Farafonova T.E., Tikhonova O.V., Shushkova N.A., Pyatnitsky M.A., Zgoda V.G., Ponomarenko E.A., Lisitsa A.V., Grigoryev A.I., Tutelyan V.A., Archakov A.I. (2021) Mass-Spectrometric MRM Analysis of FDA-Approved Proteins in Plasma of Healthy Volunteers, Biochemistry (Moscow) Supplement Series B: Biomedical Chemistry, 15(1), 27-39. DOI:10.1134/S1990750821010054

avatar none  Дейниченко К.А., Краснов Г.С., Радько С.П., Птицын К.Г., Шаповалова В.В., Тимошенко О.С., Хмелева С.А., Курбатов Л.К., Киселева Я.Я., Ильгисонис Е.В., Пятницкий М.А., Поверенная Е.В., Киселева О.И., Вахрушев И.В., Цветкова А.В., Буромский И.В., Маркин С.С., Згода В.Г., Арчаков А.И., Лисица А.В., Пономаренко Е.А. (2021) Гены «стахановцы» 18 хромосомы человека, отсутствующие белки и не охарактеризованные белки в ткани печени и клеточной линии HepG2, Biomedical Chemistry: Research and Methods, 4(1), e00144. DOI:10.18097/BMCRM00144

avatar none  Novikova S., Tikhonova O., Kurbatov L., Farafonova T., Vakhrushev I., Lupatov A., Yarygin K., Zgoda V. (2021) Omics Technologies to Decipher Regulatory Networks in Granulocytic Cell Differentiation, Biomolecules, 11(6), 907. DOI:10.3390/biom11060907

avatar none  Ilgisonis E.V., Vavilov N., Ponomarenko E., Lisitsa A., Poverennaya E., Zgoda V., Radko S.P., Archakov A. (2021) Genome of the single human chromosome 18 as a "gold standard" for its transcriptome, Frontiers in Genetics, 12, 674534. DOI:10.3389/fgene.2021.674534

avatar none  Gisina A., Novikova S., Kim Y., Sidorov D., Bykasov S., Volchenko N., Kaprin A., Zgoda V., Yarygin K., Lupatov A. (2021) CEACAM5 overexpression is a reliable characteristic of CD133-positive colorectal cancer stem cells, Cancer Biomarkers, 32(1), 85-98. DOI:10.3233/CBM-203187

avatar none  Breygina M., Klimenko E., Shilov E., Podolyan A., Mamaeva A., Zgoda V., Fesenko I. (2021) Hydrogen peroxide in tobacco stigma exudate affects pollen proteome and membrane potential in pollen tubes, Plant Biology, 23(4), 592-602. DOI:10.1111/plb.13255

avatar none  Gusev E.I., Martynov M.Y., Nikonov A.A., Shamalov N.A., Semenov M.P., Gerasimets E.A., Yarovaya E.B., Semenov A.M., Archakov A.I., Markin S.S., Aksentiev S.B., Yunevich D.S., Alasheev A.M., Androfagina O.V., Bobkov V.V., Choroshavina K.V., Chefranova Ja.Yu., Lykov Yu.A., Chuprina S.E., Vorobev A.A., Dobrovolskiy A.V., Elemanov U.A., Fedaynin S.A., Gorbachev V.I., Korobeinikov I.V., Greshnova I.V., Korsunskaya L.L., Nikonova A.A., Kudinov V.A., Artyushev R.I., Kutsenko V.A., Nesterova V.N., Nizov A.A., Girivenko A.I., Orlovsky A.A., Ponomarev E.A., Popov D.V., Pribylov S.A., Semikhin A.S., Timchenko L.V., Jadan O.N., Zakharov S.A., Chirkov A.N., Zhukovskaya N.V. (2021) Non-immunogenic recombinant staphylokinase versus alteplase for patients with acute ischaemic stroke 4·5 h after symptom onset in Russia (FRIDA): a randomised, open label, multicentre, parallel-group, non-inferiority trial, The Lancet Neurology, 20(9), 721-728. DOI:10.1016/S1474-4422(21)00210-6