ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ КЛЕТКИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИБК РАН)

В процессе жизни клетки воспринимают внешние сигналы и генерируют ответы на них. Эти процессы связаны между собой бескрайней сетью упорядоченных и взаимосвязанных преобразований внутриклеточных молекул, которые обобщенно называют внутриклеточной сигнализацией. В нашей лаборатории занимаются изучением механизмов передачи сигналов от рецептора вглубь клетки с помощью физиологических экспериментов на одиночных клетках.

Интереснейшим объектом для исследования внутриклеточных сигнальных систем являются сенсорные клетки. Вкусовые клетки в ответ на стимуляцию вкусовыми молекулами возбуждаются и передают информацию о его качествах вкусовому нерву. Основные этапы механизма формирования сигнала о вкусовом стимуле установлены, однако существует множество вопросов, ответы на которые до сих пор не получены. Наша работа призвана заполнить пробелы в понимании внутриклеточных процессов, лежащих в основе формирования вкуса на самых ранних этапах восприятия

Невозбудимые клетки тоже воспринимают внешние сигналы, и механизмы их передачи внутрь клетки изучены далеко не до конца. Безграничные возможности для исследования таких процессов предоставляют клетки культуральных линий, в которые можно «встраивать» новые молекулы или «выключать» существующие.

Отметим, что методы исследования внутриклеточной сигнализации универсальны и могут быть применены к клеткам любых типов. В нашей лаборатории отработаны уникальные методики регистрации ионных токов клетки (patch clamp), мониторинга внутриклеточного кальция (Ca2+-imaging) и других сигнальных молекул, фотолиза химических групп (uncaging), а также их одновременное использование. Используя методы молекулярной и клеточной биологии, мы «встраиваем» или «выключаем» в клетках интересующие нас рецепторы или другие молекулы, также мы получаем новые линии клеток, несущие флуоресцентные сенсоры ключевых сигнальных молекул. Используя упомянутые методы и инструменты в комплексе, мы получаем уникальные данные о механизмах передачи внутриклеточных сигналов, которые расширяют фундаментальные представления и ложатся в основу математических моделей функционирования клетки.

• Изучение рецепторных систем клеток и процессов трансдукции внешних стимулов
• Исследование процессов секреции первичных медиаторов
• Изучение ионных каналов, вовлеченных в электр  огенез и сигнальные процессы
• Анализ экспрессии генов рецепторных, сигнальных

• Клонирование рецепторных, сигнальных и канальных белков и их гетерологическая
• Экспрессия в клеточных линиях
• Разработка клеточных и молекулярных биосенсоров

• Математическое моделирование сигнальных и транспортных процессов в клетках
• Анализ лиганд-рецепторного взаимодействия с использованием молекулярной динамики и докинга
• Моделирование интерфейсов белок-белкового взаимодействия методами молекулярного моделирования и молекулярной графики

• Электрофизиология (patch clamp): регистрация ионных токов в индивидуальных клетках, анализ активности одиночных ионных каналов.
• Микрофотометрия (imaging): мониторинг сигнальных и регуляторных молекул (Са²⁺ Mg²⁺, H⁺, cAMP, PIP³) в цитоплазме одиночных клеток с помощью флуоресцентных зондов и генетически кодируемых сенсоров.
• Фотолиз химических групп (uncaging): формирование импульсных изменений концентрации сигнальных и регуляторных молекул (Са²⁺, H⁺, cAMP, IP³) в цитоплазме одиночных клеток.
• Метод FRET (fluorescence resonance energy transfer): анализ димеризации рецепторных и других мембранных белков. 
• Ингибиторный анализ: анализ вклада различных сигнальных белков в исследуемые внутриклеточные процессы с использованием агонистов/антагонистов рецепторов, ингибиторов/активаторов ферментов и блокаторов/модуляторов ионных каналов.

• Обратная транскрипция (ОТ); полимеразная цепная реакция (ПЦР), ОТ-ПЦР с ген-специфичными и вырожденными праймерами, количественный ПЦР для анализа транскриптомов на уровне тканей и клеточных популяций.
• Различные типы РНК амплификации для анализа экспрессии генов на уровне одиночных клеток.
• Молекулярное клонирование, рецепторных, сигнальных и канальных белков.  Создание генно-инженерных конструкций для сайтмутагенеза белков и получения химерных белков.
• Редактирование генома клеток с использованием CRISPR/CAS9 системы.

• Получение первичных культур клеток (мезенхимные стромальные и beta-клетки) и поддержание различных клеточных линий (HEK-293, CHO, COS-1, C6, MIN-6).
• Трансфекция клеток в культуре с использованием различных векторов для гетерологичской экспрессии сигнальных и канальных белков и создания клеточных биосенсоров.
• Получение клеточных клонов путем селекции на антибиотике и методами проточной цитофлуориметрии.

• Методы математического моделирования с использованием дифференциальных уравнений для анализа динамических систем.
• Методы молекулярной динамики с использованием программного обеспечения AMBER с функцией счета на графических процессорах.
• Молекулярный докинг с использованием программного обеспечения Autodock Vina и SwissDock.

1. Dymova E.A., Rogachevskaja O.A., Sokolov V.V., Kopylova E.Е., Kabanova N.V., Kolesnikov S.S. (2025) Coupling of muscarinic receptors to protein kinase C underlies a feedback regulation of cell responsiveness to acetylcholine. Biochim. Biophys. Acta – GS 869, 130844
2. Oparin P, Khokhlova O, Cherkashin A, Nadezhdin K, Palikov V, Palikova Y, Korolkova Y, Mosharova I, Rogachevskaja O, Baranov M, Shaidullova K, Ermakova E, Lushpa V, Bruter A, Deykin A, Ivanova E, Silaeva Y, Dyachenko I, Bocharov E, Sitdikova G, Andreev-Andrievskiy A, Poteryaev D, Shuster A, Murashev A, Kolesnikov S, Stepanenko V, Grishin E, Vassilevski A. (2025) Potent painkiller from spider venom antagonizes P2X3 receptors without dysgeusia. Mol. Ther. 33, 771-785.
3. Kochkina E.N., Kopylova E.Е., Rogachevskaja O.A., Kovalenko N.P., Kabanova N.V., Kotova P.D., Bystrova M.F., Kolesnikov S.S. (2024) Agonist-induced Ca²⁺ signaling in HEK-293-derived cells expressing a single IP3 receptor isoform. Cells 13, 562.
4. Kotova P.D., Dymova E.A., Lyamin O.O., Rogachevskaja O.A., Kolesnikov S.S. (2024) PI3 kinase inhibitor PI828 uncouples aminergic GPCRs and Ca²⁺ mobilization irrespectively of its primary target. Biophys. Biochem. Acta 1868, 130649.
5. Cherkashin A.P., Rogachevskaja O.A., Khokhlov A.A., Kabanova N.V., Bystrova M.F., Kolesnikov S.S. (2023) Contribution of TRPC3‑mediated Ca²⁺ entry to taste transduction. Pfüg. Arch. 475, 1009–1024.
6. Cherkashin A.P., Rogachevskaja O.A., Kabanova N.V., Kotova P.D., Bystrova M.F., Kolesnikov S.S. (2022) Taste Cells of the Type III Employ CASR to Maintain Steady Serotonin Exocytosis at Variable Ca²⁺ in the Extracellular Medium. Cells 11, 1369.
7. Kaimachnikov N.P, Kotova P.D., Kochkina E.N., Rogachevskaja O.A., Khokhlov A.A., Bystrova M.F., Kolesnikov S.S.  (2021) Modeling of Ca²⁺ transients initiated by GPCR agonists in mesenchymal stromal cells BBA Advances 1, 100012.
8. Kotova P.D., Kochkina E.N., Lyamin O.O., Rogachevskaja O.A. Kovalenko N.P., Ivashin D.S.,Bystrova M.F., Enukashvily N.I., Kolesnikov S.S. (2020) Calcium signaling mediated by aminergic GPCRs is impaired by the PI3K inhibitor LY294002 and its analog LY303511 in a PI3K-independent manner. Eur. J. Pharmacol. 880, 173182.
9. Tarasov M.V., Kotova P.D., Bystrova M.F., Kabanova N.V., Sysoeva V.Yu., Kolesnikov S.S. (2019) Arachidonic acid hyperpolarizes mesenchymal stromal cells from the human adipose tissue by stimulating TREK1 K⁺ channels. Channels 13, 36-47.
10. Kotova P.D., Bystrova M.F., Rogachevskaja O.A., Khokhlov A.A., Sysoeva V.Yu., Tkachuk V.A., Kolesnikov S.S. (2018) Coupling of P2Y receptors to Ca²⁺ mobilization in mesenchymal stromal cells from the human adipose tissue. Cell Calcium 71, 1-14.
11. Romanov R.A. Lasher R.S., High B., Savidge L.E., Lawson A., Rogachevskaja O.A., Zhao H., Rogachevsky V.V., Bystrova M.F., Churbanov G.D., Adameyko I. Harkany T., Yang R., Kidd G.J., Marambaud P., Kinnamon J.C., Kolesnikov S.S., Finger T.E. (2018) Chemical synapses without synaptic vesicles: Purinergic neurotransmission through a CALHM1 channel-mitochondrial signaling complex. Sci. Signal. 11, eaao1815.
12. Tarasov M.V., Bystrova M.F., Kotova P.D. Rogachevskaja O.A., Sysoeva V.Y., Kolesnikov S.S. (2017) Calcium-gated K⁺ channels of the KCa1.1- and KCa3.1-type couple intracellular Ca2+ signals to membrane hyperpolarization in mesenchymal stromal cells from the human adipose tissue. Pflug. Arch. 469, 349-362.
13. Cherkashin A.P., Kolesnikova A.S., Tarasov M.V., Romanov R.A., Rogachevskaja O.A., Bystrova M.F., Kolesnikov S.S. (2016) Expression of calcium-activated chloride channels Ano1 and Ano2 in mouse taste cells. Pflug. Archi. 468, 305-319.
14. Novikov G.V., Sivozhelezov V.S., Kolesnikov S.S., Shaitan K.V. (2014) Investigation of the influence of external factors on the conformational dynamics of rhodopsin-like receptors by means of molecular dynamics simulation. J. Recept. Sign. Transd. 34, 104-118.
15. Kotova P.D., Sysoeva V.Yu., Rogachevskaja O.A., Bystrova M.F., Kolesnikova A.S., Tyurin-Kuzmin P.A., Fadeeva J.I., Tkachuk V.A., Kolesnikov S.S. (2014) Functional expression of adrenoreceptors in mesenchymal stromal cells derived from the human adipose tissue. BBA-Mol. Cell Res. 1843, 1899–1908.
16. Andreev Y.A. Kozlov  S.A., Korolkova Y.V., Dyachenko I.A., Bondarenko D.A., Skobtsov D.I., Murashev A.N., Kotova P.D., Rogachevskaja O.A., Kabanova N.V., Kolesnikov S.S., Grishin E.V. (2013) Polypeptide modulators of TRPV1 produce analgesia without hyperthermia. Marine Drugs 11, 5100-5115.
17. Romanov R.A., Bystrova M.F., Rogachevskaja O.A., Sadovnikov V.B., Shestopalov V.I., Kolesnikov S.S. (2012) Dispensable ATP permeability of Pannexin 1 channels in a heterologous system and in mammalian taste cells. J. Cell Sci. 125, 5514–5523.
18. Rogachevskaja O.A., Romanov R.A., Khokhlov A.A., Bystrova M.F., Kolesnikov S.S. (2012) Cell-to-Cell Communication in the Taste Bud: ATP and Acetylcholine as Primary Mediators. Neurophysiol. 43, 468-477.
19. Kabanova N.V., Vassilevski A.A., Rogachevskaja O.A., Bystrova V.F., Korolkova Y.V., Pluzhnikov K.A., Romanov R.A., Grishin E.V., Kolesnikov S.S.  (2012) Modulation of P2X3 receptors by spider toxins. BBA Biomembranes 1818, 2868–2875
20. Rogachevskaja O.A., Churbanov G.D., Bystrova M.F., Romanov R.A., Kolesnikov S.S. (2011) Stimulation of the extracellular Ca²⁺-sensing receptor by denatonium. Biochem. Biophys. Res. Comm. 416, 433-436
21. Romanov R.A., Bystrova M.F., Rogachevskaja, O.A., Kolesnikov S. S. (2011) Identification of TRPM5 ion channels in Type-II taste cells of mice. Neurophysiology. 43, 173-181.
22. Romanov R.A., Rogachevskaja O.A., Bystrova M.F., Kolesnikov S.S. (2010) Afferent output in mammalian taste cells. A role of electrical excitability in mediating transmitter release. In: Action Potential: Biophysical and Cellular Context, Initiation and Phases and Propagation. Ed. Columbus F. Nova Science Publishers, Inc., New York. рр, 133-157.
23. Bystrova M.F., Romanov R., Rogachevskaja O.A., Churbanov G.D., Kolesnikov S.S. (2010) Functional expression of the extracellular Ca²⁺-sensing receptor in mouse taste cells. J. Cell Sci. 123, 972-982.
24. Romanov R.A., Rogachevskaja O.A., Khokhlov A.A., Kolesnikov S.S. (2008) Voltage Dependence of ATP Secretion in Mammalian Taste Cells. J. Gen. Physiol. 132, 731-744.
25. Romanov R.A., Rogachevskaja O.A., Bystrova M.F., Jiang P., Margolskee R.F, Kolesnikov S.S. (2007) Afferent neurotransmission mediated by hemichannels in mouse taste cells. EMBO J. 26, 657–667.
26. Fedorov I.V., Rogachevskaja O.A., Kolesnikov S.S. (2007) Modeling P2Y receptor — Ca²⁺ response coupling in taste cells. BBA-Biomembranes 1768, 727–740.

Сотрудники.