Войти
Логин:
Пароль:
Забыли пароль?
научная деятельность
структура институтаобразовательные проектыпериодические изданиясотрудники институтапресс-центрконтакты
русский | english
Научные подразделения >> Лаборатория № 12 >> Результаты исследований

Биосенсоры позволили выяснить медиаторы вкусовой рецепции (И.М. Плонский совместно с University of Miami). Как сигнал от чувствительной клетки языка пере-дается на отросток нервной клетки? Для исследования механизма передачи информации в системе рецепции вкуса разработан метод, позволяющий обнаруживать выброс медиаторов во вкусовых сосочках языка в физиологических условиях (биодетекция). В основе метода лежит применение культуральных клеток, экспрессирующих рецепторы к потенциальному медиатору. При предъявлении вкусовых раздражителей (обладающих кислым, горьким и сладким вкусом) из клеток вкусовых сосочков мыши выделяется медиатор серотонин. Метод позволил впервые прямо показать, что вкусовые раздражители вызывают выброс серотонина. Дальнейшее использование этой техники в работах последовавших за работой И.М. Плонского позволило коллегам из США показать, что другой межклеточный посредник во вкусовом сосочке – АТФ, выбрасывается через «полуканалы» образованные белками паннексинами-1. Примечательно, что семейство паннексинов было открыто сотрудником лаборатории (Ю.В. Панчин и другие 2000).

Как сливаются мембраны клеток (И.М. Плонский). Клетки могут взаимодействовать обмениваясь секретируемыми химическими сигналами, образовывать белковые межклеточные каналы – щелевые контакты (их белки коннексины и паннексины активно изучаются в лаборатории) либо мембраны клеток могут сливаться, образуя синцитий. Кроме того, слияние мембран наблюдается в таких процессах как синаптическая передача, оплодотворение, проникновение в клетку оболочечных вирусов и т.д. Вирус-индуцированное слияние представляет значительный интерес с точки зрения исследования механизма явления, поскольку только в этой системе достоверно известны специфические белки, обеспечивающие объединение двух мембран (вируса и клетки-хозяина). Показано, что, сливая одинаковые по составу мембраны, белки разных вирусов образуют различающиеся по своим характеристикам поры: поры бакуловируса имеют большую проводимость, открываются необратимо и расширяются быстрее, чем поры, образуемые гемагглютинином, белком оболочки вируса гриппа. Анализ кинетики образования пор выявил наличие множественных идентичных участков белка, независимые конформационные переходы которых обеспечивают формирование поры, причем гемагглютинин обладает меньшим количеством таких участков. Эти данные позволяют моделировать молекулярную структуру (сайт), обеспечивающую слияние, рассчитывать количество белков, входящих в ее состав. Самым важным выводом работы является демонстрация того, что основными компонентами, определяющими свойства поры слияния в момент ее образования, являются белки, а не липиды объединяемых мембран (совместно с LCMB, NICHD NIH).

Развитие асимметрии сердца у позвоночных животных (Д.А. Воронов). Сердце позвоночных животных асимметрично. Однако в раннем развитии оно сначала устроено, как симметричная продольная прямая трубка. В ходе развития эта трубка изгибается в брюшном направлении и одновременно поворачивается на правую сторону и сердце становится асимметричным. Нарушения процесса изгибания и поворот сердца налево – одна из главных причин его врожденных пороков. Считалось, что процесс изгибания и поворота зачатка сердца автономен, так как удаленный из зародыша зачаток при культивировании способен к изгибанию. Мы обнаружили, что традиционная методика культивирования в этих опытах была не адекватна поставленной задаче, так как, кроме спланхноплевры, в культуре на сердце куда более значительное влияние оказывала сила поверхностного натяжения. Разработанная нами методика культивирования куриного эмбриона под слоем жидкой среды позволила избавиться от поверхностного натяжения. Оказалось, что само сердце способно повернуться лишь в небольшой степени, а полный поворот осуществляется за счет давления спланхноплевры. Однако собственная асимметрия сердца в этом процессе играет важную роль, так как задает начальное направление поворота. В ходе развития дополнительная мезодерма включается в зачаток сердца из впадающих в него сзади желточных вен. Левая желточная вена массивнее правой, что приводит к более сильному давлению на зачаток сердца мезодермы левой стороны и соответственно небольшим сдвигу и повороту задней части сердечной трубки на правую сторону. Эта первоначальная асимметрия усиливается по мере удлинения сердечного зачатка и его изгибания на брюшную сторону за счет давления на него с брюшной стороны спланхноплевры, механически вынуждающей изогнутую сердечную трубку повернуться направо. В эксперименте микрохирургическое удаление сердечной мезодермы из левой желточной вены приводило к преобладанию давления мезодермы правой стороны и в результате ненормальному повороту зачатка сердца на левую сторону. Процесс морфогенеза сердца в норме и эксперименте промоделирован на компьютере (совместно с Washington University).

Модели для изучения нервных сетей (Ю.М. Бурмистров). Изучены многие формы поведения речного рака как модели для изучения моторных программ и физиологии движения. Во многих теориях передачи информации в мозге и процессов памяти фигурирует понятие реверберации, когда сигнал бегает по кругу. К сожалению реальных биологических моделей, где можно было бы изучать реверберацию в удобной для экспериментатора системе, почти нет. Ю.М. Бурмистров демонстрирует данные свидетельствующие того, что реверберацию можно надежно вызывать в удобной и хорошо изученной системе гигантских аксонов речного рака. Передача сигналов в этой системе зависит от электрических синапсов (щелевых контактов) подробно изучаемых в лаборатории.

Нейроны, движения и эволюция. Обобщение научного опыта и популяризация знаний - это основа исследовательского процесса. Автор многих научных работ, монографий и учебников, блестящий популяризатор науки М.Б. Беркинблит завершает монографию с условным названием «Нейроны, движения и эволюция». Д.А. Воронов опубликовал научно-популярную статью «Белые пятна эволюции» в журнале «Вокруг света». В.П. Божкова написала учебник для дефектологических специальностей педагогических ВУЗОВ «Основы генетики (практикум)», Из-во Владос, 2007.

Изучение наследственной природы сложных психических функций, и патологий человека. В.П. Божковой (совместно с Н.С.Суровичевой, лаб. 8) в рамках тематики «Биоинформатика сложных психических функций» проводилось изучение генетических аспектов формирования моторной асимметрии у людей, а также особенностей функциональной организации мозга у левшей и правшей. Для выявления связи мануальной асимметрии с тотальной полушарной асимметрией использовался метод регистрации плавного прослеживания глазом стимулов, движущихся в разных направлениях. Одновременно расширяется база данных родословных людей с расстройствами слуха. Эти данные будут использоваться в частности для выявления мутаций в генах белков щелевых контактов, подробно изучаемых в лаборатории.

Управление движением и мотонейроны человека. М.Б. Беркинблит, Л.П. Кудина и Р.Э. Андреева изучают возбуждающие влияния, приходящие в импульсирующие мотонейроны. Показано, что ключевыми факторами, управляющими их переработкой, являются частота фоновой импульсации мотонейрона, его следовая гиперполяризация, интенсивность возбуждающей посылки и момент её прихода в межспайковом интервале. Полученные данные позволяют по-новому подойти к обсуждению фундаментального вопроса о траекториях мембранного потенциала импульсирующего мотонейрона у человека в норме и анализу механизмов патологической возбудимости, в частности, при боковом амиотрофическом склерозе.

Реликтовые транспозоны иммунологического «Большого взрыва». Разнообразие типов клеток организма зависит от разнообразия молекул в этих клетках. Одним из наиболее замечательных и эффективных механизмов формирующих молекулярное разнообразие является соматическая рекомбинация в клетках иммунной системы. В предшественниках Т- и В- лимфоцитов геномная ДНК перестраивается (рекомбинирует) таким образом, что из сотен сегментов предшественников формируются миллионы различных генов рецепторов антигена. Этот эффективный способ создания колоссального разнообразия молекул путем прямой перестройки генома до сих пор был описан только в иммунной системе позвоночных, а возникновение его в эволюции получило название иммунологического «Большого взрыва». Предполагалось, что элементы этой системы произошли из неизвестного прыгающего гена – транспозона. Теперь нами и одной лабораторией в США найдены реальные транспозоны беспозвоночных подтверждающие эту гипотезу. Нами впервые показана соматическая рекомбинация в клетках беспозвоночного животного (моллюска аплизии) (Ю.В. Панчин совместно с Moroz LL).

Как глиальные клетки защищают синаптические контакты при инсульте (Самосудова Н.В., Ларионова Н.П. совместно с Реутовым В.П. ИВНД и НФ РАН). Гиперстимуляция глутаматных рецепторов при инсультах приводит к повышению внутриклеточной концентрации ионов Са2+ и увеличивает концентрацию свободных радикалов азота (NO) и кислорода (О2-, Н2О2) и приводит к некротическим изменениям в нейронах мозга. Мы создали «глутаматную» и «NO-оксидную» модель инсульта, используя избыток этих веществ, и обнаружили ряд ультраструктурных изменений в нервных и глиальных клетках: набухание, локальное разрушение мембран, частичное повреждение многих цитоплазматических элементов и т.д. На фоне общего повреждения нервных и глиальных клеток отдельные отростки астроцитов сохраняют свою структуру и образуют вокруг поврежденных синапсов спиралеподобную структуру – «обкрутку». Предполагается, что такие структуры защищают синаптические контакты при инсультах и других нейродегеративных заболеваниях.

Мусорные РНК. EST (expressed sequence tag) – это записи фрагментов молекул РНК, полученных из той или иной ткани. Поскольку РНК в клетках считываются с геномной ДНК, все EST должны в идеале содержаться в последовательности собранного генома. Однако оказалось, что далеко не все EST, полученные из образцов тканей человека, соответствуют геному. Мы обнаружили более 11 000 EST человека, чьи последовательности не находятся в геноме. Анализ этих Мусорных EST (TEST – Trash EST) обнаружил разные случаи их появления. В частности мы нашли систематическое загрязнение базы данных EST человека последовательностями РНК растений. Есть доводы в пользу того, что эти некоторые РНК из пищи могут попасть в клетки человека подобно тому, как это происходит у червя C.elegans при системной РНК интерференции. Если удастся вводить в клетки РНК из пищи, откроется путь к долгожданной системной генной терапии человека. (Ю.В.Панчин совместно с Ю. Б. Лебедевым, С.А. Лукьяновым (ИБХ) и С.А. Спириным и А.Ю. Панчиным (МГУ)).

Предсказаны новые семейства белков межклеточных контактов. Существуют два фундаментально различных пути межклеточного взаимодействия: секреция молекул (гормоны, медиаторы) во внеклеточную среду и формирование непрерывных каналов, которые непосредственно соединяют цитоплазму двух клеток (щелевые контакты ЩК). Когда коннексины были идентифицированы как молекулярные компоненты ЩК у позвоночных, ситуация представлялась простой: одно белковое семейство для одной функции, для формирования каналов, соединяющих цитоплазму двух соседних клеток. Недавно выяснилось, что два различных семейства белков, коннексины и паннексины, вовлечены в эту функцию. Мы дали паннексинам такое название с учётом их предполагаемого всеобщего присутствия в многоклеточных животных Metazoa (в отличие от коннексинов специфичных для хордовых). Мы предсказали новые белки ЩК у позвоночных животных и человека, и наше предсказание подтвердилось экспериментально. Расшифровка полных геномов различных организмов позволяет выяснить не только, какие гены присутствуют в данном организме, но также и точно определять гены, которые отсутствуют в данном геноме. Биоинформатический анализ геномов разных организмов, прочитанных в последнее время, изменил наши представления о белках межклеточных каналов. Многие годы считалось, что все ЩК хордовых сделаны из коннексинов. Затем мы показали, что паннексины свойственны не только беспозвоночным животным, но также являются белками ЩК у человека и других хордовых. Теперь мы обнаружили, что геном хордового животного ланцетника содержит только паннексины и лишен коннексинов. Более того мы выяснили, что некоторые Metazoa вообще не содержат ни коннексинов, ни паннексинов. Поскольку ЩК всегда представлялись универсальным свойством многоклеточных животных - включая тех, у которых мы не можем найти известных белков ЩК - мы предсказали возможность существования новых семейств белков щелевых контактов, не родственных ни коннексинам, ни паннексинам.

НОВОСТИ И ОБЪЯВЛЕНИЯ
Семинар по теории кодирования: 6.12.2016 (вторник),19:00, ауд.307 ИППИ. Сергей Еханин "Максимально в...
Семинар Добрушинской математической лаборатории: 6.12.2016 (вторник), 16:00, ауд. 307 ИППИ РАН. Геор...
На портале Постнаука в рамках проекта "Математические прогулки" опубликована статья от первого лица ...
Игорь Кричевер, главный научный сотрудник ИППИ РАН, директор Центра перспективных исследований Скол...
28 октября на Ученом совете сотрудники ИППИ РАН вспоминали И.А. Овсеевича, которому 19 ноября 2016 г...
Заведующий Сектором геоинформационных технологий и систем ИППИ РАН Валерий Гитис в программе "Черны...
На портале Постнаука в рамках проекта "Математические прогулки" опубликована статья от первого лица ...
Семинар лаборатории № 8: 1 декабря в 14:30 в ИПЭЭ РАН. О.Ю. Орлов, В.А. Бастаков, П.В. Максимов. Код...
Все новости   
 

 

  © Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича Российской академии наук, 2016
Об институте  |  Контакты  |  Старая версия сайта