В рамках указанных направлений работы проводятся по следующим темам:
     Тема 1
Биофизические аспекты функционирования клетки. Механизмы рецепции и внутриклеточной сигнализации в различных типах клеток
     Тема 2
Механизмы клеточного стресса. Влияние физических и химических факторов на клетки и организмы.
     Тема 3
Медицинские аспекты клеточной биофизики.
Разработка подходов к созданию новых медицинских препаратов, к диагностике и лечению различных заболеваний.
     Тема 4
Структурная динамика и механизмы межмолекулярного узнавания белков и нуклеиновых кислот. Подходы к созданию наноконструкций на основе биомолекул для медицины.

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Впервые зарегистрировано распространение Са2+ - волны в невозбудимых клетках, сопряженное с секрецией АТФ и обеспечивающее согласованное поведение клеточной популяции в ответ на стимуляцию определенных рецепторов. Этот тип межклеточной коммуникации носит универсальный характер и играет важную роль в регуляции функционирования клеток и ткане.

Рис. 1. Распространение Са2+ -волны в монослое изолированных невозбудимых клеток Приведена последовательность кадров (через 6 сек). Интенсивность зеленой окраски коррелирует с концентрацией Са2+ в цитозоле .

1. Зинченко В . П ., Н . В . Гончаров , В . В . Теплова , В . А . Касымов , О . И . Петрова , А . В . Бережнов , Е . В . Сенченков , И . В . Миндукшев , R.O. Jenkins, А . С . Радилов . Изучение взаимосвязи внутриклеточных сигнальных и метаболических путей при ингибировании митохондриальной аконитазы фторацетатом, Цитология , 2007, Т.49, №12, с.1041-1050
2. Valeriy P. Zinchenko, Nikolay V. Goncharov, Vera V. Teplova, Vitaliy A. Kasymov, Olga I. Petrova, Alexey V. Berezhnov, Evgeniy V. Senchenkov, Igor V. Mindukshev, Richard O. Jenkins, and Andrey S. Radilov Polarographic and spectroscopic studies of the effects of fluoroacetate/fluorocitrate on cells and mitochondria. Spectroscopy, 2007, 21 p. 121–134
3. Зинченко В.П., Сергеев А.И.. Идентификация, характеристика, механизмы регуляции и фармакология конститутивно-активных кальциевых каналов плазматической мембраны т-лимфоцитов. Биологические мембраны Т.26.N.4. 2009.C .313

     Методами объемных реконструкций с использованием серийных ультратонких срезов и иммуногистохимии впервые показан постоянный митоз нейронов в кластерах "незрелых гранулярных клеток" зубчатой фасции гиппокампа взрослых крыс. .

Рис.2. Электронные микрофотографии и результат объемной реконструкции, демонстрирующие митоз нейронов в гиппокампе взрослых крыс .

1. П Popov VI, Kraev IV, Banks D, Davies HA, Morenkov ED, Stewart MG, Fesenko EE. Three_Dimensional Ultrastructural and Immunohistochemical Study of Immature Neurons in the Subgranular Zone of the Rat Dentate Gyrus. Biophysics, Vol. 54, No. 4, pp. 497-512 , 2009.

     Обнаружено стимулирующее действие комбинированного магнитного поля с крайне слабой переменной компонентой на морфогенетические процессы раннего эмбриогенеза и дифференцировку эмбриональных стволовых клеток в нейроэктодермальном направлении (к.б.н. Л.М.Межевикина).

Рис.3. Морфология колоний эмбриональных стволовых клеток человека (линия Н1) через 48 ч культивирования в геомагнитном поле (контроль, а-б ) и в комбинированном магнитном поле с величиной магнитной индукции постоянной компоненты В DC 42 мкТл, переменной компоненты В АС 0.7 мкТл и частотой 32 Гц (КМП, в-г ); тест на выявление фактора транскрипции плюрипотентных недифференцированных клеток Nanog ( б ) и тканеспецифического белка нейроэктодермальных производных нестина ( г ).

     Обнаружен и охарактеризован новый белок-антиоксидант обонятельного эпителия – пероксиредоксин VI . Исследованы основные антиоксидантные свойства и выявлена иерархия этого белка в общей системе ферментов-антиоксидантов в организме животных. Показан высокий терапевтический эффект при использовании рекомбинантных пероксиредоксинов VI при лечении острых воспалительных процессов и ран, что позволяет создать новый класс терапевтических препаратов мощного антиоксидантного действия.

Рис.4. Влияние пероксиредоксина на процесс заживления резаной раны на коже крысы: 1 – сразу после надреза; 2 – через 5 суток после надреза без обработки; 3 – через 5 суток после надреза с применением пероксиредоксина VI.

1. Новоселов В.И., Э.К.Мубаракшина, В.А.Янин, С.Е.Амелина, Е.Е.Фесенко. Вклад антиоксидантных систем при регенерации эпителия трахеи после термического ожога верхних дыхательных путей. Пульмонология, 2008,Том 6, стр. 80-84.
2. Равин В.К., Шарапов М.Г. Пероксиредоксин 6 шпорцевой лягушки Xenopus laevis: клонирование кДНК , характеристика фермента и экспрессия гена во время развития. Биохимия, 2009, 74, 1103-1108.

    Показано, что клетки вкусовой почки млекопитающих I, II, и III типов отличаются по своим электрическим характеристикам, благодаря чему они могут быть однозначно идентифицированы электрофизиологически. Обнаружено, что только клетки типа II, специализирующиеся в распознавании горьких, сладких и умами (вкус некоторых аминокислот) веществ высвобождают АТР при их стимуляции, в то время как клетки I и III типов не способны секретировать нуклеотид. Выброс АТФ не зависел от внутриклеточного Са2+, что свидетельствовало против классического везикулярного механизма секреции. Физиологические данные и анализ экспрессии ряда канальных белков в клетках типа II методом RT-PCR указывают на то, что ATP высвобождается через ионные каналы, скорее всего, формируемые коннексинами. Полученные данные объясняют отсутствие классических пресинаптических структур во вкусовых хеморецепторных клетках типа II тем, что последние используют уникальный механизм, а не классические химические синапсы, для кодирования вкусовой информации .

1. 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.
2. Rogachevskaja OA, Khokhlov AA, Kolesnikov SS. Voltage dependence of ATP secretion in mammalian taste cells. Romanov RA, J Gen Physiol . 2008 Dec;132(6):731-44.
3. Романов Р.А., Кабанова Н.В., Малкин С.Л., Колесников С.С. Неселективные потенциал-зависимые каналы вкусовых клеток типа II. Биологические мембраны, 2009. Т.26, №1, 48-58.
4. Романов Р.А., Яценко Ю.Е., Кабанова Н.В., Быстрова М.Ф., Колесников С.С. П отенциал-зависимые Са2+ каналы вкусовых клеток типа III. Биологические мембраны, 2009. Т.26, №4, 258-264.

     При исследовании механизма термоустойчивости белков показано, что этот механизм имеет энтропийную природу и связан с динамикой боковых цепей заряженных и полярных аминокислотных остатков на поверхности глобулы, способных образовывать альтернативные водородные связи. Чем больше альтернативных водородных связей реализует каждый данный остаток, тем выше термоустойчивость белка. Полученные результаты важны: 1) для развития современных представлений о принципах организации и стабильности компактной трехмерной структуры белков; 2) для биотехнологических задач при проведении целенаправленных мутаций для получения ферментов с повышенной термоустойчивостью и их промышленного применения в высокотемпературных биотехнологических процессах .

Рис.5. Пример альтернативного водородного связывания.

1. Nikolay N. Khechinashvili, Sergey A. Volchkov, Artem V. Kabanov, Guido Barone Thermal stability of proteins does not correlate with the energy of intramolecular interactions. Biochimica et Biophysica Acta, 2008, Nov;1784(11):1830-4 .

     С использованием разработанного в лаборатории функциональной геномики и клеточного стресса алгоритма компьютерного поиска промоторов в геноме бактерий, построена карта распределения элементов, которые могут быть вовлечены в регуляцию экспрессии генов в клетках E . coli . Выявлены гены, с кодирующих участков которых, кроме мРНК, может идти синтез антисмысловых или альтернативных (укороченных) РНК-продуктов.

Рис.6. Карта распределения предсказанных промоторных элементов в геноме E . coli.

1. K.S., Shavkunov, I.S. Masulis , M.N. Tutukina , A.A. Deev, O.N.Ozoline (2009) Gains and unexpected lessons fom genome-scale promoter mapping, Nucleic Acids Res. v. 37, p. 4919 - 4931.