ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ КЛЕТКИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИБК РАН)

О подразделении

В лаборатории работает 15 человек, в том числе 4 доктора наук и 5 кандидатов наук. Основные направления исследований:

– изучение роли белка теплового шока Hsp90 в функционировании клеток;

– изучение роли экстраклеточного Hsp90 в клеточной миграции;

– изучение механизмов действия экзогенного белка теплового шока Hsp70 на клетки млекопитающих;

– изучение биологической активности паракринных факторов стволовых клеток и влияния их на различные физиологические и патологические процессы в организме животных;

– математическое моделирование взаимодействий между составными частями биологической системы приводящих к общей динамике системы в целом.

• Механизмы адаптации клеточного шаперома в клетках с нокаутом генов, кодирующих белки теплового шока Hsp90α и Hsp90β.
  Белок теплового шока 90 (Hsp90) является консервативным молекулярным шапероном, участвующим в фолдинге, стабилизации и регуляции активности клеточных белков. Шапероны, ко-шапероны, адаптерные белки и ферменты, участвующие в фолдинге, интегрируется в клетках образуя молекулярный механизм сворачивания, называемый шаперомом, являющийся важнейшим компонентом сети клеточного протеостаза. Клеточный шапером включает в себя более 350 белков и Hsp90 является ключевым компонентом шаперома. В клетках млекопитающих существуют две изоформы Hsp90, стресс-индуцибельная изоформа Hsp90α и конститутивная изоформа Hsp90β. В стрессовых условиях, в том числе при нарушении функций отдельных компонентов шаперома, клеточный шапером начинает адаптироваться к таким изменениям. Механизмы адаптации клеточного шаперома к стрессовым условиям практически не изучены. Целью работы является изучение механизмов адаптации шаперома клеток фибросаркомы человека НТ1080 при нокауте генов, кодирующих Hsp90α и Hsp90β. Изучение адаптации клеточного шаперома к инактивации отдельных изоформ Hsp90, позволит понять критическую роль Hsp90α и Hsp90β во множестве биологических процессов и оценить перспективность Hsp90α и Hsp90β изоформ в качестве мишеней для создания противоопухолевых препаратов.
• Механизмы секреции белков теплового шока 90 (Hsp90).
  Внутриклеточный белок теплового шока Hsp90 является молекулярным шапероном, участвующим в фолдинге, стабилизации и регуляции активности клеточных белков. Кроме этого, часть Hsp90 секретируется клетками во внеклеточное пространство, где Hsp90α изоформа играет важную роль в обеспечении процессов миграции и инвазии опухолевых клеток. В этой связи, экстраклеточный Hsp90α является перспективной молекулярной мишенью для создания противоопухолевых препаратов антиметастатического действия. Считается, что Hsp90 секретируется клетками с помощью экзосомального пути секреции. Экзосомы стимулируют клеточную миграцию и инвазию; при этом стимулирующий эффект экзосом ингибируется Hsp90-специфическими антителами. Это свидетельствует о локализации Hsp90α снаружи экзосом, что противоречит классическим представлениям о генезисе экзосом. Целью работы является изучение механизмов секреции Hsp90 клетками фибросаркомы человека НТ1080 и роли экзосом в этом процессе.
• Роль альфа и бета изоформ Hsp90 в обеспечении устойчивости клеток к цитотостатикам и ингибиторам Hsp90.
  Белок теплового шока 90 (Hsp90) является клеточным шапероном, участвующим в фолдинге, стабилизации и регуляции активности клеточных белков. Среди белков-клиентов Hsp90 найдено множество онкобелков, экспрессия которых напрямую связанна с пролиферацией и иммортализацией раковых клеток. Hsp90 способствует конформационному созреванию онкобелков и препятствует их деградации. Эти свойства делают Hsp90 перспективной мишенью для разработки новых противоопухолевых препаратов – ингибиторов Hsp90. В клетках млекопитающих существуют две изоформы Hsp90, стресс-индуцибельная изоформа Hsp90α и конститутивная изоформа Hsp90β. Роль отдельных изоформ Hsp90 в обеспечении устойчивости клеток к ингибиторам Hsp90 и цитотоксическим противоопухолевым соединениям клеток не известна. Целью работы является исследование устойчивости к ингибиторам Hsp90 и цитотоксическим противоопухолевым соединениям клеток с нокаутированными генами, кодирующими Hsp90α и Hsp90β. Исследования могут позволить не только определить критическую роль Hsp90α и Hsp90β в обеспечении резистентности клеток к ингибиторам Hsp90 и цитостатикам, но и оценить перспективность Hsp90α- и Hsp90β-специфических ингибиторов в противоопухолевой терапии, включая комбинированную противоопухолевую терапию (ингибиторы Hsp90α и Hsp90β и цитотоксические агенты).
• Исследование молекулярных механизмов апоптоза и других видов программируемой гибели клеток человека и животных при действии различных факторов в норме и при патологии.
  Апоптоз и другие виды программируемой гибели клеток играют ключевую роль во множестве клеточных процессов, которые помогают регулировать рост и функционирование тканей организма человека и животных (в том числе эмбриогенез, клеточный цикл, иммунный ответ и другие биологические процессы). Нарушения механизмов регуляции программируемой гибели клеток являются важным фактором патогенеза различных заболеваний, в том числе нейродегенеративных, онкологических, сердечно-сосудистых, воспалительных и других. Возможность направленного регулирования программируемой гибели клеток в настоящее время рассматривается в качестве перспективного подхода для профилактики и лечения различных заболеваний человека.
• Изучение молекулярных механизмов действия экзогенного белка теплового шока Hsp70 на клетки млекопитающих при действии различных патогенных факторов.
  Основной белок теплового шока Hsp70 играет важную роль в механизмах устойчивости организма млекопитающих к различным видам стресса. Этот белок отвечает за фолдинг белков, синтезируемых в клетке, рефолдинг частично денатурированных белков при различных стрессах, в том числе при тепловом шоке. Ранее установлено, что внеклеточный Hsp70 защищает клетки от действия различных патогеных факторов (липополисахаридов, бета-амилоидных пептидов, пероксида водорода и др.). Поэтому изучение механизмов защиты разных типов клеток белком БТШ70 необходимо как для понимания функционирования иммунной системы в целом, так и для разработки новых, более эффективных и безопасных методов лечения при различных заболеваниях, обусловленных действием патогенных факторов.
• Изучение биологической активности паракринных факторов стволовых клеток и влияния их на различные физиологические и патологические процессы в организме животных.
  Предполагается изучение влияние компонентов кондиционированной среды стволовых клеток на процесс патологических процессов у животных на различных моделях (острая почечная, печеночная недостаточность, химические, термические и радиационные ожоги, смертельные дозы облучения).
• Математическое моделирование взаимодействий между составными частями биологической системы, приводящих к общей динамике системы в целом.
  Задачи исследования. Создание общей теории живых систем. Разработка прозрачной математической модели сети клеток с иерархической соподчиненностью. Разработка общей теории клеточного стресса на основе единой последовательность состояний клетки. Использование общей физико-математической теории живых систем как онтологии для расширенного прикладного использования прозрачного искусственного интеллекта. Развитие агентного (индивидуально-ориентированного) моделирования на основе клеточных автоматов.

• разработка иммуноферментных тест-систем для определения антител, белков и низкомолекулярных соединений;
• разработка иммунохроматографических тест-систем для определения антител, белков и низкомолекулярных соединений;
• получение моноклональных и поликлональных антител к различным антигенам;
• конъюгирование различных лигандов, в том числе пептидов, с белками;
• получение аффинных сорбентов, очистка белков, очистка (в том числе иммуноаффинная очистка) антител;
• иммуноблоттинг, иммунофлуоресцинция, проточная цитометрия (в том числе анализ апоптоза и клеточного цикла, регистрация мембранного потенциала, внутриклеточного Са(2+), экспрессии клеточных и внутриклеточных рецепторов и сигнальных молекул, продукции активных форм кислорода и др.);
• световая, флуоресцентная, конфокальная микроскопия; методы флуориметрии и хемилюминесценции;
• культивирование перевиваемых и первичных клеточных культур человека и животных;
• выделение стволовых клеток костного мозга и культивирование стволовых клеток;
• выделение кондиционированной среды, полученной при культивировании стволовых клеток, идентификация компонентов кондиционированной среды с использованием масс-спектрометрии, жидкостной и газовой хроматографии, электрофореза белков;
• получение генетически-нокаутированных клеточных линий с использованием Crispr/Cas9 технологии;
• определение токсичности различных соединений in vitro на нормальных и опухолевых клетках;
• оценка миграции и инвазии клеток in vitro;
• очистка и характеристика экзосом, секретируемых опухолевыми клетками;
• оценка противоопухолевой активности препаратов на мышиных опухолевых моделях;
• оценка метастазирования на мышиных опухолевых моделях (меланома В16, карцинома Льюиса и т.д.).
• экспериментальные модели острого и хронического кератита, нейросенсорной тугоухости, острой и хронической почечной и печеночной недостаточности на животных;
• контроль за развитием патологического процесса и стадии лечения у экспериментальных животных молекулярно-биологическими и морфологическими (гистология, гистохимия и т.д) методами.
• математическое моделирование сложных биологических систем на основе прозрачного (символического) искусственного интеллекта.
• клеточные автоматы – многочастичное, многоуровневое, сетевое, гиперлогическое моделирование.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Petrenko V., Vrublevskaya V., Skarga Y., Zhmurina M., Morenkov O. Rearrangement of the Cell Chaperone Machinery in Human Fibrosarcoma HT1080 Cells With the Knocked-Out HSP90AA1 Gene Encoding Hsp90α. Biology of the Cell, 2026; 118:e70064 https://doi.org/10.1111/boc.70064

2. Kalmykov V.L., Kalmykov L.V. Individual-based modeling of direct and indirect competition by the glass-box artificial intelligence. // Chaos, Solitons and Fractals, 2025. vol. 201, 117239. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2025.117239

3. Kalmykov V.L., Kalmykov L.V. Towards eXplicitly eXplainable Artificial Intelligence. // Information Fusion, 2025. vol. 123, 103352. https://doi.org/10.1016/j.inffus.2025.103352

4. Tikhonova N.B.,. Temnov A.A,. Aleksankina V.V,. Sklifas A.N et al. Immunological Effect of Moderately Hypoxic Mesenchymal Stromal Cell Culture Conditions on Uterine Healing in Rats // Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. – 2025. – Vol. 61, No. 3. – P. 791-803. – DOI 10.1134/S002209302503010X

5. Синьгов Е.К., Моренков О.С., Сипин С.В., Врублевская В.В. Разработка и валидация иммунохроматографической тест-системы для определения окадаевой кислоты в морепродуктах Журнал аналитической химии, 2025, том 80, № 5, 489-500. DOI 10.7868/S3034512X25050055

6. Temnov A.A., Sklifas A.N., Sharapov M.G., Fadeev R.S., Klychnikova E.V., Dolbnya A.D., Pekov S.I., Popov I.A. The Acute Kidney Injury Induced by Cisplatin in Mice is Exacerbated by the Conditioned Medium Derived from the Cultivation of Mesenchymal Stem Cells under Hypoxic Conditions. Current Stem Cell Research & Therapy; Volume 19, Issue DOI: 10.2174/011574888X321387240909111413

7. Kalmykov V.L., Kalmykov L.V. Manifesto for transparent mathematical modeling: from ecology to general science. Academia Biology — 2024. — T. 2, № 1. — C. 1-9. DOI: https://doi.org/10.20935/AcadBiol6166 

8. Петренко В.С., Моренков О.С., Скарга Ю.Ю., Жмурина М.А., Врублевская В.В. Роль двух изоформ белка теплового шока Hsp90 в обеспечении устойчивости клеток фибросаркомы человека НТ1080 к ингибиторам Hsp90 и цитотоксическим препаратам БИОФИЗИКА, 2024, том 69, № 6, с. 1–10 DOI: 10.31857/S0006302924060ХХХ

9. Синьгов Е.К., Моренков О.С., Сипин С.В., Врублевская В.В. Разработка и валидация иммунохроматографической тест-системы для определения микроцистинов в воде и тканях пресноводных рыб Токсикологический вестник 2024 Том 32, 3, 180-186 https://doi.org/10.47470/0869-7922-2024-32-3-179-186

10. Petrenko V., Vrublevskaya V, Bystrova M, Masulis I, Kopylova E, Skarga Y, Zhmurina M, Morenkov O. Proliferation, migration, and resistance to oxidative and thermal stresses of HT1080 cells with knocked out genes encoding Hsp90α and Hsp90β Biochem Biophys Res Commun. 2023 Sep 24:674:62-68.

11. Юринская М.М., Гарбуз Д.Г., Евгеньев М.Б., Винокуров М.Г. Протективное действие HSP70 и доноров сероводорода в макрофагах THP-1 при ЛПС-индуцированном воспалении с участием эндоцитоза. // Молекулярная биология. – 2023 — Т. 57. № 6. – С. 1017-1027.

12. Темнов А.А., Склифас А.Н., Жалимов В.К., Шарапов М.Г, Фадеев Р.С., Кобякова М.И., Кукушкин Н.И., Рогов К.А. Влияние паракринных факторов  кондионированной культуральной среды стволовых клеток на продукцию активных форм кислорода в нейтрофилах крови на фоне ацктаминофен-индуцированной печеночной недостаточности  Биофизика, 2023, T. 68, № 1, стр. 87-97

13. Snigireva A.V., Morenkov O.S., Skarga Y.Y., Lisov A.V., Lisova Z.A., Leontievsky A.A., Zhmurina M.A., Petrenko V.S., Vrublevskaya V.V. A 2,5-Dihydroxybenzoic Acid–Gelatin Conjugate Inhibits the Basal and Hsp90-Stimulated Migration and Invasion of Tumor Cells J Funct Biomater. 2020 Jun; 11(2): 39. Published online 2020 Jun 3. doi: 10.3390/jfb11020039

Сотрудники.