Клеточные и молекулярные механизмы развития аутоиммунных заболеваний

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-15-10103

НазваниеКлеточные и молекулярные механизмы развития аутоиммунных заболеваний

Руководитель Невинский Георгий Александрович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-401 - Молекулярная и клеточная медицина

Ключевые слова аутоиммунные заболевания, костный мозг и различные органы, пролиферация и дифференцировка стволовых клеток костного мозга, пролиферация лимфоцитов в различных органах, каталитически активные антитела (ДНКазы, протеазы, амилазы), системная красная волчанка, рассеянный склероз

Код ГРНТИ76.03.55, 76.03.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Исключительно важным является исследование ряда социально значимых аутоиммунных и других заболеваний, связанных с нарушением иммунной системы и развитием аутоиммунных патологий. Ранее нами были впервые детально исследованы антитела (АТ) из крови пациентов с различными аутоиммунными заболеваниями (АИЗ) с нуклеазными, протеолитическими и другими активностями (абзимы). Нами обнаружены и детально изучены антитела-протеазы гидролизующие основной белок миелина (ОБМ) при рассеянном склерозе (РС), системной красной волчанке (СКВ) и шизофрении, патогенез которых (напрямую или в той или иной степени) связан с демиелинизацией оболочек нейронов (для обзора см. главы монографий и обзоры журналах: Невинский и др. 2000- 2014, Nevinsky et al., 2000-2015). Кроме того показано, что АТ из крови и ликвора костного мозга больных РС эффективно гидролизуют ДНК, а клетки, синтезирующие анти-ДНК АТ обнаружены в бляшках мозга и костном мозге (Parkhomenko et al., 2014; Doronin et al., 2015). Участие абзимов в патогенезе ряда АИЗ следует из большого числа публикаций (обзоры: Nevinsky et al., 2000-2015). Однако до сих пор не известны факторы, стимулирующие “начало” и механизмы последующего развития АИЗ. Некоторые наблюдения позволили предположить, что АИЗ могут быть следствием дефектов гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) (Ikehara et al., 1990). Нами было впервые показано, что IgGs крови неаутоиммунных CBA и BALB мышей и 2-3 месячных аутоиммунных MRL-lpr/lpr мышей (условно здоровых мышей) являются каталитически неактивными (Andryushkova et al., 2006, 2007, 2009). Cпонтанноe развитие СКВ у MRL-lpr/lpr мышей приводило к появлению АТ, гидролизующих ДНК, АТР и полисахариды с низкой каталитической активностью (начальная стадия заболевания). Значительное повышение этих активностей было связано с переходом мышей из предболезни в глубокой патологии, что коррелировало с дополнительными изменениями в дифференцировке и пролиферации ГСК костного мозга мышей (erythroid burst-forming, erythroid burst-forming granulocytic-macrophagic, early erythroid burst-forming, and granulocytic-erythroid-megacaryocytic-macrophagic colony units) и возрастанием пролиферации лимфоцитов в разных органах. Максимальная активность абзимов была обнаружена у здоровых MRL-lpr/lpr мышей, иммунизированных ДНК. При этом не было обнаружено изменения профиля дифференцировки ГСК, но наблюдалось резкое возрастание пролиферации лимфоцитов в различных органах (селезенка, тимус, лимфоузлы и др.) и мощное подавление клеточного апоптоза. Это указывало в пользу того, что развитие СКВ в первую очередь связано с изменением профиля дифференцировки стволовых клеток костного мозга, а у здоровых мышей заметных изменений профиля не происходило (Andryushkova et al., 2006, 2007, 2009). При исследовании АТ из крови пациентов с различными АИЗ нами было показано, что статистически достоверное появление абзимов обнаруживается на самых ранних стадиях различных патологий, когда изменение титров антител к специфическим антигенам различных заболеваний, например ДНК (СКВ, РС, и др.), основному белку миелина (РС, СКВ), тиреоглобулину и другим белкам, еще соответствует диапазону изменения титров этих АТ у здоровых доноров (главы нескольких монографий и обзоры журналах: Nevinsky et al., 2000-2015). Анализ развития СКВ у MRL-lpr/lpr мышей показал, что появление абзимов является наиболее ранним и статистически значимым маркером появления и развития СКВ, а дальнейшее значительное увеличение их активности коррелирует с дополнительными изменениями профиля дифференцировки стволовых клеток костного мозга, что ведет к увеличению концентрации белка в моче, анти-ДНК антител в крови, появлением типичной розовой бабочки и облысению мышей (Andryushkova et al., 2006, 2007, 2009). Однако вопросы о возможности различий и подобия в механизмах возникновения и развития различных АИЗ требуют дальнейших более детальных исследований. Известно, что после заражения вирусами сначала происходит наработка АТ против компонентов некоторых вирусов, которые могут иметь структурное сходство с компонентами крови и клеток человека (Keinan, 2005). Затем, вследствие мимикрии некоторых белков вирусов и человека, может произойти сбой иммунной системы, ведущий к наработке АТ против собственных компонентов организма человека и, как следствие, развитию АИЗ. Известно, что кровь здоровых людей и животных содержит в хорошо тестируемых количествах ауто-АТ против ДНК, различных белков и ферментов, которые, однако, не обладают каталитическими активностями (см. обзоры). Согласно нашим предварительным данным начало развития АИЗ может быть связано не только с указанной выше мимикрией, но и гомологией между некоторыми белками непосредственно человека. Например, при апоптозе клеток в кровь попадают ядерные белки, некоторые последовательности которых имеют гомологию с другими белками человека. В целом, исследование механизмов “запуска” и развития АИЗ представляется исключительно важным для поиска методов ранней диагностики и новых лекарственных средств против АИЗ. Конкретной задачей настоящего проекта является детальное исследование механизмов “запуска” и развития АИЗ у людей и животных с использованием крови и ликвора здоровых доноров, больных АИЗ, а также мышиных моделей СКВ и РС. Планируется анализ механизмов демиелинизации головного и костного мозга с помощью различных подходов. Будут исследованы профили дифференцировки стволовых клеток костного мозга и пролиферации лимфоцитов разных органов в случае мышиных моделей РС и СКВ в условиях спонтанного развития этих патологий, а также их активации при иммунизации мышей основным белком миелина, олигодендроцитным гликопротеином ОБМ (МОГ; стимулирует развитие РС) и ДНК. Параллельно на разных стадиях развития указанных АИЗ будет проведен анализ относительных активностей абзимов в гидролизе ОБМ, МОГ, ядерных гистонов, ДНК, олигосахаридов, АТР и сравнение их свойств с таковыми у классических ДНКаз, протеаз, амилаз. Анализ протеолитической активности АТ против гистонов имеет особеое значение. Гистоны и их пост-трансляционные модификации играют ключевую роль в ремоделировании хроматина и транскрипции генов. Кроме внутриядерных функций, гистоны могут быть вредными, когда они попадают в межклеточное пространство (Chen et al., Cell Death Dis. 2014). Введение экзогенных гистонов животным приводит к системным воспалительным и токсическим реакциям через активацию Toll-подобных рецепторов. Лечение животных с помощью анти-гистоных препаратов (например, нейтрализующие антитела, активированный протеин С, рекомбинантный тромбомодулин, и гепарин) защищает мышей от летальной эндотоксемии, сепсиса, ишемии реперфузионного повреждения, травм, панкреатита, перитонита, инсульта, коагуляции и тромбоза. Кроме того, гистоны и нуклеосомы в повышенной концентрации в сыворотке влияют на некоторые патофизиологические процессы и прогрессирование заболеваний, включая аутоиммунные патологии, воспалительные процессы и раковые заболевания. Таким образом, внеклеточные гистоны могут служить в качестве биомаркеров и новых терапевтических мишеней в ряде заболеваний человека. Будет выявлен тип протеолитической активности абзимов-протеаз. Кроме того, будут идентифицированы и сравнены сайты гидролиза ОБМ и гистонов АТ против этих белков. Будет изучена цитотоксичность изучаемых препаратов АТ крови больных и мышей с АИЗ. Детальное изучение механизмов индукции АИЗ, свойств и биологической роли абзимов при АИЗ, является, несомненно, чрезвычайно актуальной проблемой фундаментальной и практической медицины. Это, с одной стороны, позволит выяснить механизм индукции наработки клеток продуцирующих абзимы в ликворе и органах млекопитающих, а также оценить роль различных абзимов в патогенезе АИЗ, что отражает научную значимость и новизну полученных результатов. С другой стороны, полученные результаты позволят оценить возможность получения препаратов нового поколения для подавления изменения профилей дифференцировки стволовых клеток костного мозга, ингибирования пролиферации специфических лимфоцитов органов, а также поиска путей возвращения профилей дифференцировки к норме, что важно для лечения больных АИЗ.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Аулова К.С., Топоркова Л.Б., Лопатникова Ж.А., Альшевская А.А., Седых С.Е., Бунева В.Н., Будде Т., Меус С.Г., Попова Н.А., Орловская И.А., Невинский Г.А. Changes in cell differentiation and proliferation lead to production of abzymes in EAE mice treated with DNA-Histone complexes Journal of Cellular and Molecular Medicine, 22(12): 5816-5832 (год публикации - 2018)
10.1111/jcmm.13850

2. Баранова С.В., Дмитренок П.С., Зубкова А.Д., Иванисенко Н.В., Одинцова Е.С., Бунева В.Н., Невинский Г.А. Antibodies against H3 and H4 histones from the sera of HIV-infected patients catalyze site-specific degradation of these histones Journal of Molecular Recognition, 31(7):e2703 (год публикации - 2018)
10.1002/jmr.2703

3. Седых С.Е., Принц В.В., Бунева В.Н., Невинский Г.А. Bispecific antibodies: design, therapy, perspectives Drug Design, Development and Therapy, 12:195-208 (год публикации - 2018)
10.2147/DDDT.S151282

4. Заксас Т.П., Невинский Г.А. Minor and trace elements in whole blood, tissues, proteins and immunoglobulins of mammals Trace Elements Human Health and Environment, Rijeka, Croatia: InTechOpen, P. 11-43 (год публикации - 2018)
10.5772/intechopen.75939

5. Баранова С.В., Дмитренок П.С., Бунева В.Н., Невинский Г.А. Autoantibodies in HIV-infected patients: cross site-specific hydrolysis of H1 histone and myelin basic protein BioFactors (год публикации - 2018)
10.1002/biof.1473

6. Невинский Г.А. Mechanisms of autoimmune diseases development Vestnik of the Far East Branch of RAS, 6S (202), P. 125-128 (год публикации - 2018)
10.25808/08697698.2018.202.6S.059

7. Аулова К.С., Невинский Г.А. Образование аутоантител и каталитически активных антител у мышей с аутоиммунным энцефаломиелитом Сборник научных трудов V Международной конференции «ПОСТГЕНОМ’2018»: В поисках моделей персонализированной медицины. Казань, Россия (29.10.2018 – 2.11.2018), С. 310 (год публикации - 2018)

8. Баранова С.В., Иванисенко Н.В., Невинский Г.А. Сайт-специфическое расщепление гистонов человека иммуноглобулинами крови ВИЧ-инфицированных больных Тезисы выступлений участников Второй Школы молодых ученых MolMod-2018. Компьютерное моделирование структуры и динамики биомолекул. Новосибирск, 28–30 апреля 2018 г., С. 8-9 (год публикации - 2018)

9. Невинский Г.А. Catalytic Antibodies in Norm and Systemic Lupus Erythematosus Lupus.Rijeka,Croatia: InTech, p. 41–101 (год публикации - 2017)
10.5772/67790

10. Доронин В.Б., Кораблев А., Топоркова Л.Б., Аулова К.С., Бунева В.Н., Будде Е., Меус С.Г., Орловская И,А., Попова Н.А., Невинский Г.А. Changes in Several Disease Parameters Including Abzymes and Hematopoietic Progenitor Colony Formation in Brain Inflammation and Demyelination Journal of Neurology and Neurological Disorders (год публикации - 2017)

11. Доронин В.Б., Пархоменко Т.А., Кастеллази М., Кесник Е., Бунева В.Н., Граниери Е., Невинский Г.А. Comparison of Antibodies with Amylase Activity from Cerebrospinal Fluid and Serum of Patients with Multiple Sclerosis PLoS ONE, 11(5):e0154688 (год публикации - 2016)
10.1371/journal.pone.0154688

12. Баранова С.В., Дмитренок П.С., Иванисенко Н.В., Бунева В.Н., Невинский Г.А. Antibodies to H2a and H2b histones from the sera of HIV-infected patients catalyze site-specific degradation of these histones Molecular Biosystems, 13:1090–1101 (год публикации - 2017)
10.1039/c7mb00042a.

13. Аулова К. С., Клюшникова Ю. Сибирские ученые приблизились к пониманию механизмов рассеянного склероза Наука в Сибири (год публикации - 2019)

14. Невинский Г.А. Autoimmune Processes in Multiple Sclerosis: Production of Harmful Catalytic Antibodies Associated with Significant Changes in the Hematopoietic Stem Cell Differentiation and ProliferationTrending Topics in Multiple Sclerosis Alina Gonzalez-Quevedo editor. InTech, Rijeka, Croatia, pp.99-148 (год публикации - 2016)
10.5772/63824

15. Бунева В.Н., Невинский Г.А. Исключительное многообразие каталитических антител с различными активностями в крови пациентов с аутоиммунными и вирусными заболеваниями Молекулярная биология, 51:969–984 (год публикации - 2017)
10.7868/S002689841706009X

16. Андреев С.Л., Бунева В.Н., Невинский Г.А. How human IgGs against DNA recognize oligonucleotides and DNA J Mol Recognit, 29(12):596-610 (год публикации - 2016)
10.1002/jmr.2559

17. Белов С., Бунева В.Н., Невинский Г.А. How human IgGs against myelin basic protein (MBP) recognize oligopeptides and MBP Journal of Molecular Recognition (год публикации - 2017)
10.1002/jmr.2637

18. Аулова К.С., Топоркова Л.В., Лопатникова Ж.А., Альшевская А.А., Сенников С.В., Бунева В.Н., Будде Т., Меус С.Д., Орловская И.А., Попова Н.А., Невинский Г.А. Changes in haematopoietic progenitor colony differentiation and proliferation and the production of different abzymes in EAE mice treated with DNA Journal of Cellular and Molecular Medicine, 21:3795-3809 (год публикации - 2017)
10.1111/jcmm.13289

Публикации

9. Невинский Г.А. Catalytic Antibodies in Norm and Systemic Lupus Erythematosus Lupus.Rijeka,Croatia: InTech, p. 41–101 (год публикации - 2017)
10.5772/67790

Публикации

9. Невинский Г.А. Catalytic Antibodies in Norm and Systemic Lupus Erythematosus Lupus.Rijeka,Croatia: InTech, p. 41–101 (год публикации - 2017)
10.5772/67790