I. Молекулярные механизмы зрения и зрительные сигнальные белки
Открытие фоторецепторного Са2+-сенсорного белка рековерина – родоначальника семейства нейрональных кальциевых сенсоров (НКС) [Dizhoor et al. Science. 1991; Dizhoor et al. Science. 1993]. Идентификация родопсинкиназы (GRK1) как внутриклеточной мишени рековерина [Gorodovikova et al. FEBS Lett. 1993; Gorodovikova et al. FEBS Lett. 1994; Gorodovikova et al. FEBS Lett. 1994], определение механизма мембранной ассоциации [Senin et al. J. Biol. Chem 2004; Vladimirov et al. Cell Calcium. 2018] и сигнальной активности рековерина, демонстрация его роли в десенситизации зрительного рецептора родопсина [Senin et al. Biochem. J. 1997; Senin et al. FEBS Lett. 1997; Weiergräber et al. J. Biol. Chem. 2006; Senin et al. BMC Biochem. 2007; Komolov et al. J. Neurochem. 2009; Grigoriev et al. Front. Mol. Neurosci. 2012]. Выяснение роли Са2+-связывающих центров и других функциональных доменов рековерина, установление кристаллической структуры этого белка и его мутантов [Alekseev et al. FEBS Lett. 1998; Permyakov et al. Protein Eng. 2000; Fisher et al. Spectroscopy 2002; Senin et al. J. Biol. Chem. 2002; Weiergräber et al. J. Biol. Chem. 2003; Senin et al. J. Mol. Biol. 2003; Weiergräber et al. J. Biol. Chem. 2006; Zernii et al. Biochem. J. 2011; Permyakov et al. Molecules. 2019].
Характеристика структуры и функции других фоторецепторных белков. Предсказание существования фактора, активирующего фоторецепторный G-белок трансдуцин [Arshavsky et al. FEBS Lett. 1989]. Демонстрация присутствия аннексинов в фоторецепторных клетках млекопитающих [Zernii et al. Biochemistry (Mosc) 2003; Zernii et al. Annexins. 2004]. Выявление нарушений структуры и сигнальной активности зрительного рецептора (GPCR) родопсина в результате мутаций, ассоциированных с наследственным заболеванием сетчатки пигментным ретинитом [Senin et al. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2006; Ramon et al. J. Biol. Chem. 2007]. Демонстрация редокс-чувствительности зрительного аррестина [Zernii et al., Free Rad. Biol. Med. 2015].
Определение общих и специфических механизмов функционирования белков семейства нейрональных кальциевых сенсоров в норме и при развитии нейродегенеративных заболеваний. Выявление функции вариабельного С-концевого сегмента этих белков [Zernii et al. Biochem. J. 2011; Zernii et al. Biochim. Biophys. Acta. 2015; Baksheeva et al. CNS Neurol. Disord. Drug Targets. 2015]. Демонстрация способности и функциональной значимости взаимодействия нейрональных кальциевых сенсоров с ионами цинка [Permyakov et al. J. Proteome Res. 2003; Tsvetkov et al. Front. Mol. Neurosci. 2018]. Определение механизмов взаимодействия нейрональных кальциевых сенсоров с клеточными мембранами различного состава, включая их связывание со структурными и сигнальными фосфолипидами мембран [Baksheeva et al. Biomolecules. 2020], а также с интегральным мембранным белком кавеолином-1 [Vladimirov et al. Cell Calcium. 2018]. Демонстрация редокс-зависимости регуляторной активности нейрональных кальциевых сенсоров in vitro и in vivo [Permyakov et al., Amino Acids 2012; Zernii et al. Free Radic. Biol. Med. 2015; Zernii et al. Front. Mol. Neurosci. 2019].
II. Раково-сетчаточные антигены
Идентификация фоторецепторных белков как онконевральных антигенов. Обнаружение аутоантител против рековерина в сыворотке крови пациентов при раке легких в отсутствие паранеопластической дегенерации сетчатки [Bazhin et al. Lung Cancer. 2001; Savchenko et al. Lung Cancer. 2003; Bazhin et al. Lung Cancer. 2004]. Обнаружение экспрессии рековерина и других ключевых фоторецепторных белков в различных опухолях [Bazhin et al. Cancer Immunol. Immunother. 2007; Bazhin et al. Int. J. Cancer. 2007; Bazhin et al. Mol. Cancer Res. 2008; Bazhin et al. Int. J. Cancer. 2009]. Формулирование концепции раково-сетчаточных антигенов (cancer-retina antigens, CRA). Определение частот встречаемости аутоантител против рековерина и других CRA в сыворотке крови пациентов с различными видами злокачественных опухолей [Savchenko et al. Oncol. Lett. 2012]. Демонстрация функциональности аберрантной экспрессии трансдуцина и cGMP-фосфодиэстеразы в клетках меланомы [Bazhin AV et al. Cell. Mol. Life Sci. 2010]. Идентификация рековерина и зрительного аррестина в качестве CRA при опухолях почек [Golovastova et al. Tumour Biol. 2016; Baldin et al. Biochimie. 2019]. Демонстрация роли аберрантного деметилирования гена рековерина и аррестина в аберрантной экспрессии этих белков в опухолевых клетках [Bazhin et al. Exp. Dermatol. 2010; Baldin et al. Biochimie. 2019].
III. Моделирование, изучение молекулярных и клеточных механизмов, и разработка специфической терапии зрительных заболеваний
Создание животных моделей, исследование патогенетических механизмов, а также разработка и испытание новых методов терапии ключевых социально-значимых зрительных заболеваний (глаукома, возрастная макулодистрофия, светоиндуцированная ретинопатия, синдром сухого глаза, ятрогенные кератопатии, увеиты [Zernii et al. CNS Neurol. Disord. Drug Targets. 2016; Zernii et al. Curr. Med. Chem. 2017; Baksheeva et al. Biochemistry (Mosc.) 2018]). Характеристика патологических изменений в тканях глаза при глаукоме и увеите, и демонстрация применимости митохондриально-адресованной антиоксидантной терапии в отношении этих заболевания [Iomdina et al. Front. Biosci. 2015; Neroev et al. Biochemistry (Mosc.). 2008]. Выявление изменений состава и свойств слезной пленки при синдроме сухого глаза, ассоциированном с длительной общей анестезией. Определение клеточных и молекулярных механизмов повреждений роговицы, связанных с продолжительной общей анестезией, УФ-облучением или механической травмой. Демонстрация эффективности митохондриально-направленной антиоксидантной терапии для предотвращения и/или ускоренного заживления повреждений роговицы различного генеза [Zernii et al. Biochemistry (Mosc.) 2016; Zernii et al. Oxid. Med. Cell Longev. 2017; Zernii et al. BMC Ophthalmol. 2018]. Определение клеточных и молекулярных механизмов фотоповреждения сетчатки [Zernii et al. Free Radic. Biol. Med. 2015; Zernii et al. Front. Mol. Neurosci. 2019] и демонстрация эффективности митохондриально-направленной антиоксидантной терапии для его предотвращения [Novikova et al. Biochemistry (Mosc.) 2014; Baksheeva et al. Antioxidants. 2018]. Определение механизмов воспаления, ассоциированного с развитием различных зрительных заболеваний, на основе протеомного и липидомного анализа воспалительных молекул в жидкостях глаза. Демонстрация эффективности специфических противовоспалительных и антиоксидантных препаратов для предотвращения воспалительных реакций, сопровождающих фотоповреждение сетчатки [Chistyakov et al. Int. J. Mol. Sci. 2020].
Исследование молекулярных механизмов зрения и зрительных сигнальных белков – совместный проект лаборатории фармакокинетики отдела биологических испытаний Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, лаборатории новых методов в биологии Института Биологического Приборостроения РАН, института нейрофизиологии университета Марселя (Франция) и отдела нейробиологии университета Ольденбурга (Германия). Исследование раково-сетчаточных антигенов проводится совместно с Институтом молекулярной медицины и Институтом урологии и репродуктивного здоровья человека Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова, а также университетом Мюнхена (Германия). Проект, посвященный моделированию, изучению молекулярных и клеточных механизмов и разработке специфической терапии зрительных заболеваний, выполняется совместно с Национальным медицинским исследовательским центром глазных болезней имени Гельмгольца и Московской государственной академией ветеринарной медицины и биотехнологии имени им. К.И. Скрябина.
Ранее сотрудники отдела принимали участие в следующих проектах: "Исследование зрительных сигнальных белков" совместно с Исследовательским центром в Юлихе (Германия); "Исследование молекулярного распознавания зрительного родопсина и родопсинкиназы" совместно с Политехническим университетом Каталонии и Автономным университетом Барселоны (Испания); "Исследование аберрантной экспрессии рековерина в злокачественных опухолях легких" совместно с Институтом пульмонологии Минздрава РФ, Онкологическим научным центром им. Н.Н. Блохина РАН, Московской медицинской академией им. И.М. Сеченова и Марбургским Университетом (Германия); "Исследование эффекта антител против рековерина на раковые клетки " совместно с Марбургским Университетом и Германским институтом раковых исследований в Гейдельберге (Германия); "Исследование молекулярных механизмов аберрантной экспрессии рековерина в злокачественных опухолях" совместно с Брюссельским филиалом Людвиговского института раковых исследований (Бельгия) и Германским институтом раковых исследований в Гейдельберге; "Исследование аберрантной экспрессии рековерина и других раково-сетчаточных антигенов в злокачественных опухолях" совместно с Университетом Гейдельберга (Германия).
В настоящее время научная работа отдела поддержана грантами Российского научного фонда и Российского фонда фундаментальных исследований. Предыдущие исследования выполнялись при поддержке грантов Российского фонда фундаментальных исследований, Президента России, Human Frontier Science Program, Королевского общества (Royal Society) и Wellcome Trust (Великобритания), Германского научно-исследовательского общества (DFG); Германского общества академических обменов (DAAD), Людвиговского института раковых исследований (LICR), Исследовательского центра в Юлихе (Forschungszentrum Jülich) (Германия), Национального центра научных исследований Франции (CRNS), программ Федерации европейских биохимических обществ (FEBS fellowships), INTAS и др.
Премии РАН им. Ю.А. Овчинникова и Всероссийского биохимического общества, стипендии Президента РФ, стипендии МГУ для молодых талантливых ученых и преподавателей, премии им. А.Д. Каулена НИИФХБ МГУ и др.
Подготовка аспирантов и студентов биологического и химического факультетов, а также факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ; чтение курсов лекций на факультете биоинженерии и биоинформатики МГУ; преподавание на практикуме по биохимии на факультете биоинженерии и биоинформатики МГУ.