Каспазы: функциональное значение в норме и патологии

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 19-15-00125

НазваниеКаспазы: функциональное значение в норме и патологии

Руководитель Животовский Борис Давидович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-101 - Экспериментальная медицина

Ключевые слова гибель клеток, каспазы, митотическая катастрофа, эволюция, рак

Код ГРНТИ76.03.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Феномен программируемой гибели клетки (ПГК) характерен для всех живых организмов. Он необходим для развития эмбрионов, а во взрослом организме для поддержания гомеостаза всех тканей и органов. Совершенно очевидно, что механизм ответственный за регуляцию гибели клеток одинаково важен для организма, как механизмы, ответственные за деление клеток и их дифференцировку. Нарушения в функционировании любого из этих механизмов ведут к возникновению большого ряда заболеваний. Одной из причин возникновения и течения одного из важнейших и наиболее грозных заболеваний – рака - является неспособность организма уничтожать патологические опухолевые клетки. Важно также отметить, что если феномен ПГК один из нескольких физиологических изменений, ведущих к возникновению и развитию опухоли, то этот феномен является единственным, ответственным за элиминацию опухолевых клеток. Исследование различных аспектов клеточной гибели является наиболее быстро развивающейся областью биомедицины и, как следствие, единственная область биомедицины, удостоенная двух Нобелевских Премий по Физиологии или Медицины в 21 веке (2002 и 2016 гг). Наиболее изученной формой ПГК является апоптоз. В его инициации и развитии важнейшую роль играет семейство цистеиновых протеаз – каспазы. В настоящее время идентифицировано 13 белков данного семейства, из них у человека их 11. Белки данного семейства обнаружены также у нематоды (2 белка), у дрозофилы (6 белков) и других организмах. Совершенно очевидно, что количество каспаз в разных организмах растет пропорционально комплексности последних. Помимо участия в развитии апоптоза, каспазы принимают участие в регуляции воспалительного ответа клетки, а также в дифференцировке клеток. К сожалению, эволюционная роль каспаз не ясна. В настоящем проекте будет впервые создана система эволюции каспаз на основе Марковского моделирования и проведен анализ изменения всех известных физико-химических свойств их аминокислот. Уникальной особенностью системы будет являться возможность напрямую соотносить вычисленные особенности молекулярной эволюции с эволюцией заданных фенотипических признаков организмов и, таким образом, легко интерпретировать полученный результат. Кроме того, с помощью созданной системы будет проведен корреляционный анализ, который позволит выделить новые функциональные особенности ферментов, а также установить роль ранее малоизвестных каспаз в различных процессах ПГК. Первой из каспаз, обнаруженных у человека, являлась каспаза-2, которая, однако, остается наименее изученной. Мы и наши зарубежные коллеги установили, что каспаза-2, как член семейства каспаз, обладает как проапоптотическими, так и онкосупрессорными функциями, а также функциями поддержания генетической стабильности, и играет одну из ключевых ролей в запуске апоптоза в клетках в ответ на генотоксический стресс. Работы последних лет продемонстрировали ее роль в элиминации потенциально опасных онкогенных анеуплоидных клеток, получившихся в результате нарушений процесса деления. Однако, детальные механизмы активации и функционирования каспазы-2 остаются неясными и требуют дальнейшего изучения. В процессе выполнения предыдущего проекта, поддержанного РНФ нами получены новые факты, касающиеся как апоптотических, так и неапоптотических функций данного белка, установлена новая платформа его активации, получены гетерозиготы мышей, несущих гены дикого типа и с делециями. В настоящем проекте мы планируем исследование мышей с нокаутом по каспазе-2. Нами будет изучен фенотип нокаутных по каспазе-2 мышей, влияние отсутствия данного белка на репродуктивную, нервную и иммунную системы. К числу конкретных задач данного проекта относятся (см. также файл в приложении): 1. Молекулярно-филогенетический анализ каспаз и построение филогенетических деревьев, что позволит установить не только родство между организмами и описать эволюционную составляющую процесса ПГК, но и предсказать новые функции ферментов, а также их роль в клеточных процессах онкогенеза. 2. На модели мышей, дефицитных по гену каспазы-2, изучить фенотип животных и физиологическую роль данного белка, что даст возможность ответить на вопрос о важности каспазы-2 как регулятора нормальных процессов в организме. 3. Установить роль каспазы-2 в процессах различных типов ПГК, ее роль в детекции повреждений и репарации ДНК. Новизна предлагаемого проекта состоит в установлении функциональных особенностей каспаз, которые возникли в результате эволюции и их значимость в различных процессах ПГК. Впервые будет проведен анализ фенотипических изменений, зависящих от экспрессии каспазы-2 в клетках, изучена физиологическая роль данного фермента в норме и при патологии, ее участие в регуляции различных типов ПГК, детекции повреждений ДНК и процессах репарации/репликации. Все принципиально новые знания о молекулярных основах процессов ПГК будут использованы в качестве основы для разработки в будущем новых подходов способствующих повышению эффективности химиотерапии злокачественных новообразований. Условиями для успешного выполнения данного проекта является наличие: (а) команды, включающей как опытных, так и молодых исследователей, обладающей опытом в исследовании различных форм клеточной гибели; (б) предварительно полученных интересных и перспективных результатов; (в) оборудования необходимого для проведения экспериментов (конфокальный микроскоп, уникальный прибор для оценки биоэнергетики клетки – Seahorse Analyzer, оборудование для спектрального анализа, проточный цитометр, наличие многих программ для постройки филогенетических деревьев, и т.д.).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Абдрахманов А, Гогвадзе В, Животовский Б. To eat or to die: deciphering selective forms of autophagy Trends in Biochemical Sciences (год публикации - 2019)

2. Прохорова ЕА, Егоршина АЯ, Животовский Б., Копеина ГС The DNA-damage response and nuclear events as regulators of nonapoptotic forms of cell death Oncogene (год публикации - 2019)
10.1038/s41388-019-0980-6

3. Максимчик П, Тамаров К, Шевал ЕВ, Толстик Е, Киршбергер-Толстик Т, Янг З, Сиваков В, Животовский Б, Осминкина ЛА Biodegradable porous silicon nanocontainers as an effective drug carrier for regulation of the tumor cell death pathways ACS: Biomaterials, Science and Engineering, 5, 11, 6063-6071 (год публикации - 2019)
10.1021/acsbiomaterials.9b01292

4. Животовский Б. Программируемая гибель клеток: исторические заметки из России Биохимия, 85(10), 1323 – 1330 (год публикации - 2020)
33202198

5. Горбунова, А.С., Денисенко, Т.В., Япрынцева, М.А., Пивнюк, А.Д., Приказчикова, Т.А., Гогвадзе, В.Г., Животовский, Б. Д. BNIP3 как регулятор цисплатин-индуцированного апоптоза Биохимия, 85(10), 1464 – 1473 (год публикации - 2020)
10.1134/S0006297920100120

6. Замараев, А.В., Животовский, Б.Д., Копеина, Г.С. Вирусные инфекции: негативный регулятор апоптоза и фактор онкогенности Биохимия, 85(10), 1398-1410 (год публикации - 2020)
10.1134/S0006297920100077

7. Стрелецкая, А.Ю., Сеничкин, В.В., Приказчикова, Т.А., Зацепин, Т.С., Животовский, Б., Копеина, Г.С. Upregulation of Mcl-1S causes cell-cycle perturbations and DNA damage accumulation Frontiers Cell Dev. Biol, 8, 543066 (год публикации - 2020)
10.3389/fcell.2020.543066

8. Первушин, Н.В., Сеничкин, В.В., Капуста, А.А., Горбунова, А.С., Каминский, В.О., Животовский, Б., Копеина, Г.С. Деградация Mcl-1 в условиях недостатка питательных веществ происходит независимо от аутофагии Биохимия, 85(10), 1452-1463 (год публикации - 2020)
33202208

9. Равель Ж.М., Монрац Гомеш Л.С., Сомпайрак Н, Калцоне Л, Животовский Б, Кремер Г, Бариллот Э, Зиновьев А, Куперштейн И, Comprehensive map of the regulated cell death signaling network: A powerful analytical tool for studying diseases Cancers, 12 (4), 990 (год публикации - 2020)
10.3390/cancers12040990

10. Первушин Н.В., Сеничкин В.В., Животовский Б., Копеина Г.С. Mcl-1 as a “barrier” in cancer treatment: can we target it now? Intern. Rev. Cell Mol. Biol., 351, 23-55 (год публикации - 2020)
10.1016/bs.ircmb.2020.01.002

11. Замараев АВ, Волик ПИ, Сухих ГТ, Копеина ГС, Животовский Б. Long non-coding RNAs: A view to kill ovarian cancer BBA - Reviews on Cancer, 1876, 188584 (год публикации - 2021)
10.1016/j.bbcan.2021.188584

12. Горбунова АС, Япрынцева МА, Денисенко ТВ, Животовский Б. BNIP3 in Lung Cancer: To Kill or Rescue? Cancers, 12, 3390 (год публикации - 2020)
10.3390/cancers12113390

13. Дхани С, Жао Ю, Животовский Б. A long way to go: caspase inhibitors in clinical use Cell Death & Diseases, 12, 949 (год публикации - 2021)
10.1038/s41419-021-04240-3

14. Денисенко ТВ, Горбунова АС, Животовский Б. Mitochondrial involvement in migration, invasion and metastasis Frontiers in Cell and Developmental Biology., 7, 355 (год публикации - 2020)
10.3389/fcell.2019.00355

15. Животовский Б Методы редактирования генома: от дрожжей до клеток человека Гены и клетки, XVI, 1 (год публикации - 2021)

16. Горбунова АС, Копеина ГС, Животовский Б. A Balance Between Autophagy and Other Cell Death Modalities in Cancer Methods in Molecular Biology, IV, 392 (год публикации - 2021)

17. Денисенко Т.В., Гогвадзе В, Животовский Б. Mitophagy in carcinogenesis and cancer treatment Discover Oncology (год публикации - 2021)
10.1007/s12672-021-00454-1

18. В.В.Сеничкин, Н.В. Первушин, А.В.Замараев, Е.В.Сазонова, А.П.Зуев, А.Ю.Стрелецкая, Т.А. Приказчикова, Т.С. Зацепин, О.В. Ковалева, Е.М.Чевкина, Б. Животовский, Г.С. Копеина Bak and Bcl-xL participate in regulating sensitivity of solid tumor derived cell lines to Mcl-1 inhibitors Cancers (год публикации - 2021)

Публикации