Лаборатория сравнительной биохимии неорганических ионов

Заведующий лабораторией д.б.н. Анатолий Александрович Никифоров

Историческая справка.

Лаборатория была создана в 1961 г. на базе группы изучения роли естественной радиоактивности в эволюции (руководитель – Л.Г.Шахиджанян). В 1961-2001 гг. заведующим лабораторией был И.А.Скульский, с 2001 её возглавляет А.А.Никифоров.

Современные направления исследований и достижения лаборатории

Исследования, проводимые в лаборатории, включают изучение транспорта неорганических ионов через мембраны клеток разных типов и механизмов его регуляции, роли различных ион-транспортирующих систем в физиологических процессах и экспериментально индуцированных патологических состояниях, а также молекулярных механизмов цитотоксического действия ионов тяжёлых металлов на клетки и внутриклеточные структуры. В настоящее время работа ведётся по нескольким направлениям:

  • Изучение особенностей функционирования различных ионных каналов внутренней мембраны митохондрий, в частности АТФ-зависимого калиевого канала, Ca2+-активируемого калиевого канала большой проводимости и Ca2+-зависимой неселективной пора, а также их роли в процессах индукции клеточной смерти и патологических состояний различного типа (Е.А.Беляева, в.н.с., к.б.н.). Работа проводится на клетках нейрональной линий PC12, асцитной гепатомы AS-30D и на изолированных митохондриях печени крысы. В последние годы акцент был сделан на изучение роли митохондрий в механизме цитотоксического действия тяжелых металлов, таких как Cd2+, Hg2+, Cu2+, Zn2+ и др. Было проведено сравнительное биохимическое исследование их действия и расшифрованы механизмы митохондриальной дисфункции, индуцированной изучаемыми тяжелыми металлами. Была выяснена критическая роль митохондриальной дыхательной цепи и Ca2+-зависимой неселективной поры в токсическом действии тяжелых металлов и выявлено модулирующее действие эффекторов АТФ-зависимого калиевого канала и Ca2+-активируемого калиевого канала большой проводимости на индуцированную ими токсичность и гибель клеток.
  • Сравнительное изучение процессов старения и гибели эритроцитов животных разных филогенетических групп (Н.И.Агалакова, Т.И.Иванова, Г.П.Гусев, Д.А.Суфиева, А.В.Назаренкова). Исследования проводятся на эритроцитах крыс и эритроцитах миног Lampetra fluviatilis, представителей класса Круглоротых, одних из самых примитивных ныне живущих позвоночных животных, которые могут служить уникальной природной моделью для изучения эволюции процессов распознавания и удаления старых или дефектных эритроцитов из циркуляции и идентификации наиболее древних из них. Работа проводится на физиологически молодых и старых эритроцитах и на клетках, гибель которых экспериментально индуцирована Са2+ ионофором иономицином и про-оксидантом терт-бутилгидропероксидом. Сравнительное изучение изменений содержания Na+ и K+ в эритроцитах крыс и миног, активностей мембранных ион-транспортирующих систем, экспрессии маркеров старения и гибели (структурные изменения молекул анионного обменника, экспозиция фосфатидилсерина) на плазматических мембранах и внутриклеточных посредников, вовлечённых в активацию процессов гибели (каспаз, кальпаина, протеин киназ РКС и МАРК, протеин фосфатаз РР1 и РР2А) показали, что процессы старения и гибели эритроцитов миног значительно отличаются от таковых в эритроцитах крыс, но имеют много общего с гибелью клеток других типов.
  • Исследование взаимосвязи между старением организма и механизмами регуляции активностей ион-транспортирующих систем в эритроцитах на примере крысы (Н.И.Агалакова, Т.И.Иванова, Г.П.Гусев, Д.А.Суфиева, А.В.Назаренкова). В работе был проведён мониторинг ионного состава эритроцитов молодых и старых животных и идентифицированы мембранные ион-транспортирующие системы, функциональная активность которых изменяется по мере старения организма. Показано, что старение организма сопровождается изменениями активности Са2+ каналов и Na+/H+ обменника. Была установлена связь между старением организма и изменениями экспрессии и внутриклеточной локализации протеин киназы С, МАР киназ (ERK1/2, p38, JNKs), протеин фосфатаз РР1, РР2А, тирозин киназ p72Syk и p56/53Lyn, тирозин фосфатаз PTP1B и SHPTP, каскада Ca2+/кальмодулин/CaM киназы. Кроме того, была установлена связь между активностью ион-транспортирующих систем и активностью протеин киназ и протеин фосфатаз в эритроцитах животных разного возраста.
  • Исследование механизмов накопления хлорида (36Cl) в ооцитах речной миноги в различных экспериментальных условиях (Шерстобитов А.О., Глазунов В.В.). Показано, что ооциты миноги обладают умеренно высокой проницаемостью для ионов хлора, сравнимой с проницаемостью мышечных волокон лягушки. Транспорт хлорид-ионов через плазматическую мембрану ооцита миноги отличается тем, что: 1) вход хлорида через мембрану ооцита не насыщается с увеличением его внеклеточной концентрации, по меньшей мере, до физиологического значения (150 мМ); 2) вход хлорида увеличивается при деполяризации мембраны (среда с высоким содержанием ионов калия); 3) снижение осмотичности среды приводит к стимуляции входа хлорида; 4) характеризуется низкой энергией активации. Полученные результаты лучше всего могут быть объяснены участием ионной поры (хлоридного канала) в транспорте хлорида в ооциты миноги.
  • Изучение молекулярных механизмов регуляции АТФ-зависимых процессов в гепатоцитах миноги при метаболической депрессии (работа была начата под руководством Савиной М.В., сейчас её продолжают Брайловская И.В., Агалакова Н.И.). Преднерестовая стадия жизни миноги Lampetra fluviatilis (октябрь-май) сопровождается феноменом естественного голодания, зимой в гепатоцитах миноги значительно снижается содержание АТФ. Однако, несмотря на метаболическую депрессию, одним из основных АТФ-потребляющих процессов в гепатоцитах миноги в зимние месяцы остаётся синтез белка. Активность mTOR, стимулятора синтеза белка и клеточного роста путём фосфорилирования ключевых регуляторов трансляции мРНК, также остаётся постоянной на протяжении всего преднерестового периода. Вероятно, это связано с необходимостью синтеза белков (прежде всего вителлогенинов), необходимых для созревания развивающихся ооцитов, которые синтезируются в печени и доставляются к гонадам. Для компенсации недостатка АТФ гепатоциты снижают активность других АТФ-потребляющих клеточных процессов. Перед нерестом, наоборот, основная доля АТФ, произведённая клеткой, расходуется на поддержание ионного баланса. Поскольку в гепатоцитах в этот период развиваются процессы апоптоза и некроза, приоритетное сохранение объёма клеток может быть связано с необходимостью предотвращения их преждевременной гибели.

Экспериментальные подходы, используемые в лаборатории

В лаборатории используются методы световой и флуоресцентной микроскопии, проточной цитофлуориметрии, полярографии, иммуноблоттинга, радиоактивного анализа, высокоэффективной жидкостной хроматографии, спектрофотометрии, флуориметрии, пламенной фотометрии и др.

Lab23_pic1

Lab23_pic2

Lab23_pic3

Педагогическая деятельность

Сотрудница лаборатории Т.И.Иванова в течение многих лет преподаёт биологию в 8-11 классах Лицея Физико-техническая школа Академического университета и является куратором практики учащихся 10 и 11 классов в лабораториях ИЭФБ РАН. Т.И.Иванова также читает лекции на Отделении дополнительного образования Академического Университета РАН по программам подготовки учащихся города к поступлению в ВУЗы, в частности, в 2015 году ею были подготовлены спецкурсы для учащихся 10-11 классов «Иммунология», «Везикулярный транспорт» и «Нобелевская биология». Кроме того, Т.И.Иванова читает лекции экспертам ЕГЭ по специальности биология в Санкт-Петербургской академии последипломного педагогического образования. А 2015 году в рамках курсов повышения квалификации специалистов по программам «ЕГЭ: технологии подготовки» и «Технология экспертизы заданий ЕГЭ. Биология» Т.И.Иванова прочитала курс лекций по темам «Биоразнообразие», «Закономерности наследственности, их цитологические основы» и «Организм как биологическая система».

Диссертации за последние пять лет

В 2011 году С.А.Коноваловой после окончания аспирантуры была защищена кандидатская диссертация «Механизмы обратимой метаболической депрессии и гибели гепатоцитов миноги речной (Lampetra fluviatilis L.) в период преднерестовой миграции» под руководством д.б.н. М.В.Савиной и д.б.н. А.А.Никифорова.

Гранты за последние пять лет

За последние 5 лет научные исследования сотрудников лаборатории были поддержаны грантами РФФИ:

09-04-01679 (2009-2011 гг.) Исследование внутриклеточных механизмов апоптоза эритроцитов крысы, индуцированного фтором. Рук. Агалакова Н.И.

12-04-01632 (2012-2014) Изучение молекулярных механизмов токсического действия неорганического фтора на модели эритроцитов крысы. Рук. Агалакова Н.И.

13-04-00011 (2013-2015) Молекулярные механизмы метаболической депрессии в ходе длительного голодания. Рук. Савина М.В. (в настоящее время Коротков С.М.).

14-04-01766 (2014-2016) Изучение некоторых внутриклеточных механизмов, лежащих в основе физиологического старения эритроцитов. Рук. Гусев Г.П.

Сотрудники лаборатории:

Никифоров Анатолий Александрович, зав. лаб.,  д-р.биол.наук
Беляева Елена Анатольевна,. вед. науч. сотр, канд.биол.наук
Гусев Геннадий Петрович,. вед. науч. сотр, канд.биол.наук
Агалакова Наталья Ивановна,. вед. науч. сотр, канд.биол.наук
Глазунов Вадим Васильевич,. вед. науч. сотр, канд.хим.наук
Шерстобитов Александр Олегович, ст. науч. сотр., канд.биол.наук
Брайловская Ирина Викторовна, ст. науч. сотр., канд.биол.наук
Иванова Татьяна Ивановна, ст. науч. сотр., канд.биол.наук
Емельянова Лариса Вадимовна, науч. сотр., канд.биол.наук
Суфиева Дина Азатовна, лаб.-иссл.

 

Избранные публикации сотрудников лаборатории за 2011-2015 годы

Статьи:

  1. Gusev GP, Govekar R, Gadewal N, Agalakova NI. Understanding quasi-apoptosis of the most numerous enucleated components of blood needs detailed molecular autopsy. Ageing Res Rev 2017, 35: 46-62.
  2. Agalakova NI, Ivanova TI, Gusev GP, Nazarenkova AV, Sufieva DA. Apoptotic death in erythrocytes of lamprey Lampetra fluviatilis induced by ionomycin and tert-butyl hydroperoxide. Comp Biochem Phys C 2017, 194: 48-60.http://195.209.135.239:8080/db/view/ - /art/update/34155
  3. Korotkov SM, Konovalova SA, Brailovskaya IV, Saris NL. To involvement the conformation of the adenine nucleotide translocase in opening the Tl(+)-induced permeability transition pore in Ca(2+)-loaded rat liver mitochondria. Toxicol In Vitro 2016, 32: 320-332.
  4. Agalakova NI, Brailovskaya IV, Konovalova SA, Korotkov SM, Lavrova E, Nikiforov AA. ATP-consuming processes in hepatocytes of river lamprey Lampetra fluviatilis on the course of prespawning starvation. Comp Biochem Phys A 2016, 201: 95-100.
  5. Суфиева ДА, Кирик ОВ, Алексеева ОС, Коржевский ДЭ. Белки промежуточных филаментов в таницитах третьего желудочка головного мозга крысы в постнатальном онтогенезе
  6. KorotkovM., Konovalova S., Brailovskaya I.V. Diamide accelerates opening of the Tl+-induced permeability transition pore in Ca2+-loaded rat liver mitochondria. Biochem. Biophys. Res. Com. 2015, 468(1-2): 360-364. DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.10.091.
  7. Korotkov S.M., Brailovskaya I.V., Shumakov A.R., Emelyanova L.V. Closure of mitochondrial potassium channels favors opening of the Tl+-induced permeability transition pore in Ca2+-loaded rat liver mitochondria. Bioenerg. Biomembr. 2015, 47(3): 243-54. DOI: 10.1007/s10863-015-9611-2.
  8. Korotkov S.M.,  Emelyanova L.V. Konovalova S.A., Brailovskaya I.V Tl+ induces the permeability transition pore in Ca2+-loaded rat liver mitochondria energized by glutamate and malate. In Vitro 2015, 29(5): 1034-1041. DOI: 10.1016/j.tiv.2015.04.006.
  9.    Korotkov S.M, Brailovskaya I.V., Konovalova S. Diamide increases calcium sensitivity of rat liver mitochondria in a medium containing TlNO3. Mitochondrion 2015, 24: S17. DOI: 10.1016/j.mito.2015.07.053.
  10. Belyaeva E.A. The effect of modulators of large-conductance Ca2+-modulated K+ channels on rat AS-30D ascites hepatoma cells and isolated liver mitochondria treated with Cd2+. J. Evol. Biochem. Phys. 2015, 51(4): 259-270.
  11. Федорова Е.В., Фок Е.М., Райкомовская И.В., Бахтеева В.Т., Лаврова Е.А., Забелинский С.А., Парнова Р.Г. Влияние бактериального липополисахарида на метаболизм триацилглицеринов и клеточную энергетику в эпителиальных клетках мочевого пузыря лягушки, Рос. Физиол. Журн. 2015, 101(9): 1053-1065.
  12. Belyaeva E.A., Emelyanova L.V., Korotkov S.M., Brailovskaya I.V., Savina M.V. On the mechanism(s) of membrane permeability transition in liver mitochondria of lamprey, Lampetra fluviatilis L.: insights from cadmium. Biomed. Res. Int. 2014: 691724. DOI: 10.1155/2014/691724.
  13. Korotkov S.M., Brailovskaya I.V., Kormilitsyn B.N., Furaev V.V. Tl+ showed negligible interaction with inner membrane sulfhydryl groups of rat liver mitochondria, but formed complexes with matrix proteins. J. Biochem. Mol. Toxicol. 2014, 28(4): 149-156. DOI: 10.1002/jbt.21547.
  14. Korotkov S., Konovalova S., Emelyanova L., Brailovskaya I. Y3+, La3+, and some bivalent metals inhibited the opening of the Tl+-induced permeability transition pore in Ca2+-loaded rat liver mitochondria. J. Inorg. Biochem. 2014, 141: 1-9. DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2014.08.004.
  15. Брайловская И.В., Соколова Т.В., Кобылянский А.Г., Аврова Н.Ф. Влияние ганглиозида GM1 на митохондриальное дыхание и жизнеспособность клеток РС12 в условиях окислительного стресса. Ж. Эвол. Биохим. Физиол. 2014, 50(2): 155-157.
  16. Agalakova, NI., Gusev G.P. Excessive fluoride consumption leads to accelerated death of erythrocytes and anemia in rats, Biol. Trace Elem. Res. 2013, 153(1-3): 340-349. DOI: 10.1007/s12011-013-9691-y.
  17. Agalakova, NI., Gusev G.P. Transient activation of protein kinase C contributes to fluoride-induced apoptosis of rat erythrocytes, Toxicol. In Vitro 2013, 27(8): 2335-2341. DOI: 10.1016/j.tiv.2013.10.010.
  18. Беляева, Е. А. О влиянии диазоксида на клетки AS-30D асцитной гепатомы крысы, подвергшиеся воздействию Cd2+. Ж. Эвол. Биофиз. Физиол. 2013, 49(5): 340-347.
  19. Korotkov S.M., Nesterov V.P., Brailovskaya I.V., Furaev V.V., Novozhilov A.V. Tl+ induces both cationic and transition pore permeability in the inner membrane of rat heart mitochondria. J Bioenerg. Biomembr. 2013, 45(6): 531-539. DOI: 10.1007/s10863-013-9526-8.
  20. Agalakova N.I., Gusev G.P., Fluoride induces oxidative stress and ATP depletion in the rat erythrocytes in vitro. Environ. Toxicol. Pharmacol. 2012, v. 34(2), pp. 334-337. DOI: 10.1016/j.etap.2012.05.006.
  21. Agalakova N.I., Gusev G.P., Molecular mechanisms of cytotoxicity and apoptosis induced by inorganic fluoride. ISRN Cell Biol. 2012, article ID 403835, DOI:10.5402/2012/403835.
  22. Belyaeva E.A., Sokolova T.V., Emelyanova L.V., Zakharova I.O. Mitochondrial electron transport chain in heavy metal-induced neurotoxicity: effects of cadmium, mercury, and copper. Hindawi, Scientific World Journal (TSWJ Biochemistry), 2012: 136063.
  23. Korotkov S.M., Emelyanova L.V., Brailovskaya I.V., Nesterov V.P. Dokl. Biochem. Biophys. 2012: 443:113-7. DOI: 10.1134/S1607672912020147.
  24. Коновалова С.А., Савина М.В., Никифоров А.А., Пучкова Л.В. Митохондриальный и лизосомальный пути гибели гепатоцитов миноги (Lampetra fluviatilis L.), Ж. Эвол. Биохим. Физиол. 2012, 48(6): 557-561.
  25. Belyaeva E.A., Saris N.-E. Mechanism(s) of toxic action of Zn2+ and selenite: a study on AS-30D hepatoma cells and isolated mitochondria. Biochem. Res. Int. (Hindawi) 2011: 387297. DOI: 10.1155/2011/387297.
  26. Agalakova N.I., Gusev, G.P. Fluoride-induced death of rat erythrocytes in vitro. Toxicol. In Vitro 2011, 25(8): 1609-1618. DOI: 10.1016/j.tiv.2011.06.006.
  27. Savina M.V., Konovalova S.A., Zubatkina I.S., Nikiforov A.A. Reversible metabolic depression in lamprey hepatocytes during prespawning migration: Dynamics of mitochondrial membrane potential. Comp. Bioch. Physiol. B 2011, 160: 194-200.
  28. Belyaeva E.A., Korotkov S.M., Saris N.-E. In vitro modulation of heavy metal-induced rat liver mitochondria dysfunction: a comparison of copper and mercury with cadmium. J. Trace Elem. Med. Biol. (Elsevier), 2011, 25S: S63-S73. DOI: 10.1016/j.jtemb.2010.10.007.
  29. Belyaeva E.A. In vitro effects of zinc (II) and selenite on rat liver mitochondrial function: a comparative study. Int. J. Trends in Medicine (Nature Publishing Group), 2011, 1(1): 11-13 (ISSN 1799-5418).
  30. Belyaeva E.A., Sokolova T.V., Vlasova Yu.A., Zakharova I.O. Mitochondria are critically involved in cadmium(II)-induced neurotoxicity. Int. J. Trends in Medicine (Nature Publishing Group) 2011, 1(1): 14-16 (ISSN 1799-5418).
  31. Агалакова Н.И., Гусев Г.П. Влияние неорганического фтора на живые организмы различного филогенетического уровня. Ж. Эвол. Биохим. Физиол. 2011, 47(5): 337-347.
  32. Коновалова С.А., Зубаткина И.С., Савина М.В., Никифоров А.А. Внутриклеточный рН в гепатоцитах миноги речной Lampetra fluviatilis L. в период преднерестовой миграции. Ж. Эвол. Биохим. Физиол. 2011, 47(5): 332-333.
  33. Коновалова С.А., Савина М.В., Никифоров А.А. Изменения внутриклеточной концентрации Са2+ в гепатоцитах миноги (Lampetra fluviatilis L.) в период преднерестовой миграции. Ж. Эвол. Биохим. Физиол. 2011, 47(2): 172-173.
  34. Зубаткина И.С., Коновалова С.А., Савина М.В., Никифоров А.А. Мембранный потенциал митохондрий в гепатоцитах миноги речной (Lampetra fluviatilis L.) в периоды метаболической депрессии и активности. Ж. Эвол. Биохим. Физиол. 2011, 47(1): 85-87.
  35. Шерстобитов А.О., Глазунов В.В., Лапин А.В., Никифоров В.А., Никифоров А.А. Аккумуляция ионов натрия и калия в ооцитах речной миноги в преднерестовый  период. Ж. Эвол. Биохим. Физиол. 2011, 47(4): 278-282.

Главы в сборниках:

  1. Агалакова НИ. Нарушение ионного баланса как фактор физиологического старения эритроцитов в кн. "Вопросы современной науки”, т. 15, Интернаука, Москва, 2016, с. 133-149.
  2. Веселкин Н.П., Никифоров А.А. Основатели Института эволюционной физиологии и биохимии им.И.М.Сеченова РАН. В сб.: Отделение физиологии – 50 лет. Российская Академия наук. 2013. Слово. Москва, с. 22-32.
  3. Никифоров А.А., Веселкин Н.П. Институт эволюционной физиологии и биохимии им.И.М.Сеченова РАН. В сб.: Отделение физиологии – 50 лет. Российская Академия наук. 2013. Слово. Москва, с. 88-104.
  4. Gusev G.P., Agalakova N.I. Frog Erythrocyte as a Convenient Model for Investigation of the Ion Transport Pathways across Cell Membrane and the Mechanisms of their Regulation, In: Frogs: Biology, Ecology and Uses. MurrayL. (Ed.), 2011, Nova Science Publishers, Hauppauge, USA.
  5. Belyaeva E.A. Mitochondrial dysfunction produced by Zn (II) or selenite: a comparison with Cd (II) and Ca (II). In: Berkin J.W. (Ed.), Bioenergetics. Nova Science Publishers, Happauge, NY, 2011, 131-149, (ISBN 978-1-61761-788-1).
  6. Belyaeva E.A. Mitochondrial dysfunction of AS-30D rat ascites hepatoma cells: action of zinc (II) and sodium selenite, In: Watanabe H.S. (Ed.), Horizons in Cancer Research. Nova Science Publishers, Happauge, NY, 2011, 45: 237-253. (ISBN 978-1-61209-377-2).
  7. Belyaeva E.A., Sokolova T.V. Cd(II)-induced cytotoxicity is attenuated by K(+) channels modulators. In: Metal ions in biology and medicine, Pele L, Powell JJ, Kinrade S, Jugdaohsingh R, Collery P, Maymard I, Badawi A. (Eds.), 2011, 11: 133-139. John Libbey Eurotext, Paris (ISBN 978-2-7420-0809-4).

 

Никифоров Анатолий Александрович д.б.н.

заведующий лабораторией

Беляева Елена Анатольевна к.б.н.

ведущий научный сотрудник

Гусев Геннадий Петрович к.б.н.

ведущий научный сотрудник

Агалакова Наталья Ивановна к.б.н.

ведущий научный сотрудник

Глазунов Вадим Васильевич к.х.н.

ведущий научный сотрудник

Шерстобитов Александр Олегович к.б.н.

старший научный сотрудник

Брайловская Ирина Викторовна к.б.н.

старший научный сотрудник

Иванова Татьяна Ивановна к.б.н.

старший научный сотрудник

Емельянова Лариса Вадимовна к.б.н.

научный сотрудник

Суфиева Дина Азатовна

лаборант-исследователь