Болезнь Альцгеймера (БА) — нейродегенеративное заболевание, которое становится причиной деменции на фоне атрофических изменений мозга. Различают две формы БА: наследственную (НФБА; ~5% всех случаев заболевания, развивается до 65 лет, чаще — до 40–50 лет) и спорадическую (СФБА; ~95% всех случаев заболевания, развивается после 65 лет). Выявление генетических детерминант развития НФБА, доказательство нейротоксического действия пептида бета-амилоида (amyloid beta, Aβ) как центрального события в каскаде патологических процессов существенно расширили представления о молекулярно-генетических механизмах заболевания. Однако вопрос о том, является ли накопление Aβ инициирующим фактором развития наиболее распространенной СФБА остается открытым. Растет количество аргументов в пользу того, что гиперпродукция Аβ становится вторичным, сопутствующим событием патологических процессов БА: синаптической недостаточности, усиленного фосфорилирования тау-белка, нейровоспаления, гибели нейронов и снижения когнитивных функций. Как один из инициирующих факторов риска развития БА рассматривается митохондриальная дисфункция, следствием которой становится снижение синтеза АТФ, развитие окислительного стресса. Однако конкретные молекулярно-генетические механизмы развития БА остаются неясными. Это обусловлено отсутствием адекватных биологических моделей для изучения механизмов заболевания и объективной оценки эффективности патогенетически обоснованных способов профилактики и лечения БА.

Рассмотрены две модельные системы — “репликативное старение” и “хронологическое старение” (ХС), используемые для геронтологических исследований на дрожжах Saccharomyces cerevisiae. В первом случае анализируют количество дочерних клеток, которое может дать одна материнская до необратимой остановки клеточных делений. Это делает данную модель сходной с широко известной моделью Хейфлика. В случае ХС изучают выживание популяции дрожжевых клеток, находящихся в стационарной фазе роста. Отмечается сходство второй модельной системы с моделью “стационарного старения”, используемой в лаборатории автора для цитогеронтологических экспериментов на клетках животных и человека. Предполагается, что концепция ограничения клеточной пролиферации как основной причины накопления с возрастом в клетках многоклеточных организмов макромолекулярных повреждений (главным образом, повреждений ДНК), приводящих к ухудшению функционирования тканей и органов и, как следствие, к увеличению вероятности смерти, позволяет объяснить, как происходит старение практически любых живых организмов. По-видимому, во всех случаях этот процесс запускается появлением медленно размножающихся или вообще не размножающихся клеток, что приводит к прекращению “разбавления” с помощью новых клеток накапливающихся на уровне клеточной популяции макромолекулярных дефектов. Заключается, что данные, полученные при испытании на модели ХС дрожжей различных факторов на предмет их геропромоторной или геропротекторной активности, с высокой степенью надежности могут быть использованы для понимания механизмов старения и долголетия у человека.

Разработка и функциональная характеристика новых высокоаффинных белковых соединений, способных селективно уничтожать раковые клетки человека, является актуальной задачей современных биомедицинских исследований. В работе изучена цитотоксичность рекомбинантного фототоксичного белка DARPin-miniSOG в отношении HER2-положительных клеток аденокарциномы молочной железы человека. Установлено, что адресный фототоксин DARPin-miniSOG специфически взаимодействует с рецептором HER2 и вызывает фотоиндуцированную гибель HER2-положительных клеток по механизму некроза. Облучение клеток в присутствии аскорбиновой кислоты элиминирует фотоиндуцированную цитотоксичность DARPin-miniSOG, что доказывает прооксидантный механизм действия фототоксина.

Салицилгидроксамат (СГ), ингибитор альтернативной оксидазы митохондрий растений, усиливает НАДH-оксидазную активность в суспензиях митохондрий и хлоропластов, полученных при их выделении из корней или листьев гороха, соответственно. Реакция подавляется при отмывании митохондрий и хлоропластов и проявляется в надосадочных растворах, полученных при их удалении центрифугированием. Реакция чувствительна к CN– и антиоксиданту пропилгаллату. Окисление НАДН, наряду с СГ, стимулируется 2,4-дихлорфенолом или фенолом, но не салициловой кислотой. Ускорение окисления НАДН фенольными соединениями наблюдается с коммерческой пероксидазой хрена, оно связано с участием этих соединений в НАДH-зависимой пероксидазной реакции. 2,4-Дихлорфенол и СГ значительно усиливают разрушение ядер устьичных клеток в эпидермисе из листьев гороха, вызванное образованием активных форм кислорода при окислении добавленного НАДН с участием апопластной пероксидазы.

Проведена иммунизация мышей BALB/с рекомбинантным гликопротеином вируса Эбола. В результате селекции и клонирования мышиных гибридом получено пять генетически стабильных клонов моноклональных антител GPE118 (IgG), GPE274 (IgM), GPE325 (IgM), GPE463 (IgM) и GPE534 (IgG). Проведены выделение и очистка указанных антител из асцитной жидкости мышей линии BALB/с с использованием аффинной хроматографии на сорбенте белок G-сефарозе (для IgG) и методом преципитации эуглобулинов (для IgM). Проведен иммунохимический анализ эпитопной специфичности выделенных антител с целью отбора не менее трех из них в качестве компонентов комбинированного терапевтического средства для профилактики и лечения геморрагической лихорадки. Из данных иммуноблоттинга и сэндвич-ИФА следует, что эпитоп, узнаваемый GPE 534, отличается от эпитопов, узнаваемых моноклональными антителами GPE 118 и GPE 325. Последние два антитела также различаются по эпитопной специфичности, о чем свидетельствуют данные иммуноблоттинга и характер взаимодействия указанных антител с интактным и окисленным (частично дегликозилированным) рекомбинантным гликопротеином. Для исследования биологической активности и разработки на их основе рекомбинантных продуктов выбраны три кандидатных высокоаффинных моноклональных антитела — GPE 534, GPE 118 и GPE 325.

Обсуждаются методы построения трехмерных моделей ДНК в комплексе с белками с помощью компьютерного моделирования и непрямых методов изучения конформации макромолекул. Рассматриваются способы интерпретации экспериментальных данных, полученных непрямыми методами изучения трехмерной структуры биомолекул. Обсуждаются аспекты интеграции такого рода данных в процесс построения молекулярных моделей ДНК-белковых комплексов на основании геометрических характеристик ДНК. Предлагается алгоритм поиска конформации таких комплексов на основе данных экспериментов по ферстеровскому резонансному переносу энергии (FRET) и перекисному окислению ДНК (анализируемому с помощью метода гидроксильного футпринтинга), а также информации о локальной гибкости ДНК. Алгоритм апробирован на примере построения гипотетической модели ДНК в нуклеосоме, связанной с гистоном H1.

Одним из перспективных и надежных методов исследования структур макромолекул является получение изображений с помощью просвечивающей криоэлектронной микроскопии и последующей трехмерной реконструкции. Методом криоэлектронной микроскопии была исследована структура комплекса РНК-полимеразы при транскрипции через нуклеосому, остановленной в позиции +42. Получены проекционные изображения и трехмерная структура комплекса ЕС-42 с разрешением 2,5 нм. Это позволило подтвердить сохранность структуры нуклеосомы при прохождении РНК-полимеразы.

Для молекулярной диагностики инфекций картофеля Y-вирусом и вирусом скручивания листьев картофеля (ВСЛК) разработаны иммунохроматографические тест-системы. Чтобы размножить антиген — капсидный белок труднодоступного флоэмно-ограниченного ВСЛК, был создан бинарный вектор, содержащий кДНК рекомбинантной РНК тобамовируса, в которой ген капсидного белка был заменен на ген белка оболочки ВСЛК. Рекомбинантная тобамовирусная РНК упаковывалась белком оболочки ВСЛК в сферические вирусные частицы. Химерный вирус был инфекционен, а выход его и белка оболочки ВСЛК при выделении был в 800 раз выше, чем у дикого типа. К химерному вирусу были получены антитела для лабораторного и полевого анализа инфекции картофеля. На основании опыта разработки и применения диагностических тест-систем предлагается тактика рациональной массовой лабораторной и практической диагностики вирусных заболеваний организмов на молекулярном уровне.

Изучено образование вирусных рибонуклеопротеидов при инкубации 5’-концевых транскриптов вируса мозаики альтернантеры с белком оболочки Х-вируса картофеля (представители рода Potexvirus). Показано, что кэпирование транскриптов вируса мозаики альтернантеры оказывает влияние на эффективность их взаимодействия с белком оболочки. При этом удаление кэп-структуры у предварительно кэпированных транскриптов вируса мозаики альтернантеры не препятствует сборке вирусных рибонуклеопротеидов. Удаление первых 100 нуклеотидов (вероятного участка инициации сборки) не оказало влияния на формирование вирусных рибонуклеопротеидов. Получены дополнительные доказательства того, что сборка вирусных рибонуклеопротеидов у потексвирусов не зависит от нуклеотидной последовательности РНК.

В последние годы показано, что LOV (light, oxygen, voltage)- и BLUF (Blue Light sensing Using FAD)-фотосенсорные белки выполняют функции фоторецепторов светорегулируемых процессов не только у эукариот, но и у многих прокариот. У бактериальных фоторецепторов LOV- и BLUF-домены с присоединенными флавиновыми хромофорами часто связаны с разными ферментными и другими эффекторными доменами и составляют модульные системы, переключаемые светом. К настоящему времени достигнут прогресс в раскрытии механизмов фотоактивации таких систем. Они основаны на индуцированных фотореакциями хромофоров изменениях в фотосенсорных доменных структурах и последующей трансдукции сигнала к эффекторным доменам. Знание принципов трансдукции сигнала LOV- и BLUF-фотосенсорами имеет важное значение для создания на их основе фотопереключаемых ферментов и транскрипционных систем, применяемых в оптогенетике — новой и активно развивающейся области клеточной биологии и биотехнологии. Рассматриваются структурные аспекты передачи сигнала светоактивированными LOV- и BLUF-фоторецепторами и их регуляторные функции у бактерий, а также некоторые недавние достижения в использовании LOV-и BLUF-фотосенсоров в качестве активаторов в оптогенетических системах для регуляции клеточных процессов.

С использованием зондовой микрофлуориметрии одиночных клеток показано, что при действии на мышиные перитонеальные макрофаги тафцина в концентрациях, вызывающих увеличение их фагоцитарной активности (0,1 и 1,0 мкг/мл), наблюдается двухфазное изменение внутриклеточного рН (рНi) во времени. В начальный период происходит снижение рНi, достигающее предельной выраженности через 5 мин инкубации. Затем величина рНi растет, достигая максимального значения через 30 мин взаимодействия клеток с агентом, после чего изменения наблюдаемого параметра не происходит вплоть до 55-й мин. Обнаружено, что при введении в среду инкубации клеток блокатора системы Nа+/Н+-обмена этилизопропиламилоридa на фоне действия тафцина повышения внутриклеточного рН не происходит. Это позволяет предположить, что наблюдаемое повышение рНi при действии тафцина на второй фазе клеточного ответа связано с работой системы Nа+/Н+-обмена.

Показано, что штаммы микромицетов A. ochraceus L-1 и A. ustus 1 различаются по проявлению активности внеклеточных протеиназ при разных значениях рН, а также по выраженности своего действия на фибриллярные белки. Выявлено, что протеиназы A. ochraceus L-1 проявляют максимальную активность при росте продуцента на среде без нитратов (рН ферментативной реакции 8,0), а протеиназы A. ustus 1 проявляют максимальную активность при росте микромицета на среде, содержащей нитрат натрия (рН ферментативной реакции 6,0). Значения удельных фибринолитической и коллагенолитической активностей A. ochraceus L-1 в 2,2 и 1,6 раз больше, чем у A. ustus 1, соответственно, однако A. ustus 1 практически не проявляет общей протеолитической (казеинолитической) активности и обладает высоким соотношением фибринолитической активности и общей протеолитической (казеинолитической) активности (6,92), что делает его перспективным продуцентом протеиназ, расщепляющих фибрин и коллаген.