Лаборатория механизмов рецепции
Исследование стрессовых ответов на действие токсинов и неионизирующих излучений

Руководитель коллектива – Елена Григорьевна Новоселова, доктор биол. наук, профессор, главный научный сотрудник

 

Основной научной проблемой, на которую направлена работа группы, является исследование молекулярных механизмов адаптации млекопитающих к воздействию внешних факторов (стрессовых и повреждающих). Объектом исследования являются иммунные клетки, а также инбредные, гибридные и трансгенные мыши. Методы исследования: биохимические, иммуноферментные, иммуногистологические, культивирование линий клеток, создание животных моделей (стресс, сепсис, рассеянный склероз, сепсис, диабет 1 типа).

Основные научные результаты

Исследование особенностей иммунной системы мышей, побывавших в космосе

 

Многочисленные исследования доказывают, что как длительное, так и кратковременное пребывание человека и животных в космосе вызывает существенные изменения в функционировании клеточного иммунитета. Проведенное нами исследование иммунного статуса мышей, побывавших в 30-ти дневном космическом полете по Программе БИОН-М1, показало, что в целом ответ организма на длительный космический полет не похож на классический «стрессовый ответ», который мы ранее наблюдали при действии различных факторов. Известно, что стрессовый ответ обычно сопровождается увеличением продукции про-воспалительных цитокинов, а в наших экспериментах показано, что концентрация цитокинов в крови мышей, побывавших в полете, по крайней мере, ИЛ-6 и ИФН-гамма, даже снижена. Кроме того, не было отмечено изменений активности каскада SAPK/JNK в лимфоцитах селезенки. Между тем, эта стресс-активируемая протеинкиназа обычно активируется при широком наборе стрессовых воздействий, как химической, так и физической природы. Еще один факт – стрессовые воздействия вызывают обычно очень быструю, но обратимую, инволюцию тимуса. Наши же измерения показали, что опустошение тимуса спустя 7 дней после полета выражено даже серьезнее, чем сразу после приземления космического аппарата. Более того, показана прямая корреляция между степенью опустошения тимуса и уровнем апоптоза тимоцитов. Эксперименты показали, что полет вызывал увеличение активности каскада NF-кB в лимфоцитах селезенки, этот эффект был более значительным через 7 дней после приземления. Полученные результаты показывают, что отмеченные нарушения гомеостаза иммунных клеток могут являться результатом воздействия повреждающих факторов не очень высокой интенсивности. Во всяком случае, похожие эффекты вызывают, например, малые дозы ионизирующих излучений. Поскольку космический полет связан не только с гравитационными изменениями, но и с другими факторами, не исключено, что иммунный дисбаланс, отмеченный в работе, вызван сочетанным действием нескольких факторов. Полученные данные указывают на важность исследования отдаленных эффектов космических полетов.

Модуляция иммунных ответов при диабете 1 типа

 

Были определены этапы развития сахарного диабета 1 типа на основании сравнения иммунного дисбаланса на разных стадиях развития этой патологии. Впервые было доказано, что при диабете первого типа у мышей наблюдаются две стадии развития этой патологии, характеризующиеся разной степенью иммунного дисбаланса. Так, пре-диабет вызывал уменьшение концентрации IL-4, IL-5 и IL-10 в плазме крови животных, что указывает на снижение активности Th2 и Treg популяций Т клеток, но не Th1 лимфоцитов. Пре-диабет также характеризовался усилением активности основных сигнальных путей (NF-кB, TLR4, SAPK/JNK) и систем стрессовых белков (HSP72 и HSP90). Напротив, при развитом диабете наблюдали снижение активностей Th1 и Tregs, но не Th2 лимфоцитов, о чем свидетельствовало уменьшение уровня IFN-gamma, IL-6, TNF-alpha и IL-10. Кроме того, при развитом диабете наблюдали угнетение активности ключевых сигнальных и стрессовых белков.

Экспрессия инсулина в поджелудочной железе мышей с пре-диабетом и диабетом. Условные обозначения : иммуногистохимия А – контроль, В- предиабет, С – диабет, D – применение тимулина, E – использование ингибитора Inhibitor XII, F – диета с антиоксидантами, G – гистохимия поджелудочной железы контрольных мышей.

Использование иммуномодуляторов (ингибитор активности каскада NF-кB, тимулин и диета с жирорастворимыми антиоксидантами) вызывало снижение уровня иммунного дисбаланса; при этом, что особенно важно, наблюдали снижение уровня гибели панкреатических бета клеток у диабетных мышей и уменьшение степени гипергликемии. Таким образом, были получены новые сведения об эффективности применения иммуномодуляторов для восстановления иммунного статуса при сахарном диабете.

Молекулярные механизмы стрессовых и провоспалительные ответов иммунных клеток

Впервые было доказано, что и воспалительные, и стрессовые ответы, независимо от природы вызывающего их сигнала, развиваются как адаптивная реакция, направленная на восстановление гомеостаза. Там не менее, были выявлены особенности неспецифических защитных ответов на низкоинтенсивное излучение и на ЛПС грамотрицательных бактерий. Во-первых, были обнаружены отличия на уровне сенсоров стресса и воспаления. Во-вторых, показаны различия на уровне активации неспецифических сигнальных путей при стрессе и воспалении и обнаружена альтернативная стимуляция сигнального каскада NF-kappaB при ответах иммунных клеток на ЭМИ СВЧ. В-третьих, эффекторным ответом иммунной клетки и организма в целом на слабое излучение являлась адаптация, усиление иммуногенности и противовирусной устойчивости, в то время как иммунный дисбаланс, соответствующий иммунодепрессии, наблюдался в течение длительного времени после контакта иммунных клеток или организма мышей с бактериальным токсином. Использование ингибиторного анализа выявило наличие компенсаторной активации альтернативной неспецифической сигнализации в условиях блокирования каждого из ключевых сигнальных путей защитного ответа иммунных клеток на ЭМИ СВЧ.

 

Рассеянный склероз: молекулярные механизмы протекания аутоиммунного процесса и поиск регуляторов

 

Аутоиммунные ответы против антигенов из центральной нервной системы могут приводить к ряду заболеваний, наиболее распространенным из которых является рассеянный склероз. У пациентов с этим заболеванием аутоагрессивные клоны Т-клеток проникают в головной и спинной мозг, вызывая димиелинизацию, приводящую к парестезии, парезам, нейритам и атаксии. С использованием модели рассеянного склероза, не сопровождающегося летальностью, впервые показано, что аутоиммунное воспаление характеризуется двухфазной активацией разных популяций Т-хелперов (Th1 и Th17). На этой модели тимулин более эффективно, чем тимопентин, корректировал ответ клеток Th17, ассоциированных с аутоиммунным воспалением, и его влияние было более пролонгированным. С другой стороны, тимопентин снижал “типичный” провоспалительный ответ, связанный с популяцией клеток Th1.

Оценка тяжести заболевания по стандартной шкале у мышей с рассеянным склерозом в динамике развития патологии. Группы животных: нелеченные мыши (ЭАЭ); получавшие тимулин (ЭАЭ+тм); получавшие ингибитор IKK Inhibitor XII (ЭАЭ+инг); и получавшие тимулин в сочетании с ингибитором (ЭАЭ+тм+инг).

С использованием модели рассеянного склероза с более серьезной симптоматикой и высокой летальностью подтвержден двухфазный характер цитокинового ответа. Впервые установлено, что использование тимулина и ингибитора каскада NF-кB (IKK Inhibitor XII) снижало ранний провоспалительный ответ и улучшало состояние животных. Сходство эффектов тимулина и ингибитора, а также отсутствие аддитивности эффектов указывает на общий механизм их действия через подавление активности каскада NF-кB.

Исследование возможности регуляции провоспалительных ответов при остром воспалении

 

Воспаление, вызванное грамотрицательными бактериями, наиболее часто встречается в клинической практике и может приводить к серьезным осложнениям, вплоть до развития сепсиса. Исследование иммунных клеток мышей с острым воспалением выявило существенную активацию внутриклеточной сигнализации врожденного иммунитета на рецепторном уровне, на уровне активации ключевых киназ – IKK и JNK, на уровне фосфорилирования транскрипционного фактора NF-kB и на уровне усиления продукции защитных белков – индуцибельных белков теплового шока. Это приводило к усилению продукции провоспалительных цитокинов и оксида азота иммунными клетками мышей и увеличению их содержания в сыворотке крови.

Нами было показано, что как иммуномодуляторы широкого спектра действия (диета, обогащенная комплексом витаминов-антиоксидантов, тимулин), так и специфические ингибиторы ключевых участников сигнального пути TLR4 – антитела к TLR4, ингибитор IKK, гелданамицин – обладают существенным противовоспалительным потенциалом при остром воспалении у мышей. В условиях острого воспаления наиболее эффективными регуляторами провоспалительного ответа являются агенты, оказывающие ингибирующее действие не только на NF-kB-, но и на JNK-сигнализацию. Совместное применение диеты, обогащенной комплексом витаминов-антиоксидантов и ингибитора сигнального пути NF-kB (Inhibitor IKK XII) оказывает наиболее сильное противовоспалительное действие при остром воспалении, вызванном грамотрицательными бактериями у мышей.

Публикации (2010-2019 гг.)

Состав коллектива, контакты