Руководитель: Недоспасов Сергей Артурович
Отдел молекулярной иммунологии был создан в 2002 г. и развивает несколько направлений биомедицинских исследований, потенциально важных для здоровья человека. Первоначально сотрудники отдела занимались серологической идентификацией и характеристикой новых раковых антигенов человека (см. Shebzukhov et al., 2003; Belousov et al, 2019), a также физиологическими функциями цитокинов семейства TNF (Tumanov et al. 2002; Grivennikov et al. 2005; Kruglov et al, 2013). Позднее в сотрудничестве с отделом В.П. Скулачева методами редактирования генома были созданы мыши, которые продуцировали мутантный цитохром С с одиночной заменой в 72 положении K72W. Клетки из этих мышей исследовались на особенности индукции апоптоза, а сами мыши на особенности метаболизма и старения (Муфазалов и др., 2009; Kulikov et al, 2012; Шилов и др., 2014). Кроме этого, в сотрудничестве с М. Высоких изучается иммунная система голого землекопа. В настоящее время группа А.А. Круглова занимается изучением взаимодействия организма с населяющей его кишечник микробиотой, и влияния кишечной микробиоты на метаболизм организма хозяина, на развитие хронических и острых воспалительных заболеваний кишечника, а также на канцерогенез.
Основные направления настоящих исследований
• роль диеты в контроле микробиоты IgA антителами
• связь продукции IgA антител и развития метаболических нарушений
• взаимодействие микробиоты кишечника с иммунной системой при остром кишечном воспалении в модели DSS-индуцированного колита
• роль IgA антител и их терапевтический потенциал в контроле микробиоты в контексте различных заболеваний
• выяснение молекулярных паттернов, обусловливающих распознавание микробиоты IgA антителами
• особенности иммунной системы голого землекопа
• эффекты замены K72W в цитохроме С на старение мышей
В настоящее время отдел, в основном, занимается изучением взаимодействия микробиоты кишечника с иммунной системой организма. Большинство наших проектов выполняются с использованием мышиных моделей. Основные направления исследований затрагивают такие аспекты, как влияние кишечной микробиоты на хронические и острые кишечные заболевания, на процессы развития новобразований в кишечнике и роли иммуноглобулина А в этих процессах. Иммуноглобулин А (IgA) является одним из механизмов контроля состава микробиоты и таким образом создает возможность его направленного использования в изучении механизмов развития заболеваний, а также в лечении многих болезней, в том числе хронического воспаления, воспалительных заболеваний кишечника и разных типов рака. Однако, как именно IgA участвует в контроле микробиоты в контексте различных заболеваний, а также, как происходит связывание антител к микробиоте, к каким поверхностным антигенам, а также что индуцируется впоследствии такого взаимодействия, и наконец, каково функциональное значение взаимодействия IgA с микробиотой — эти и другие вопросы остаются невыясненными современной иммунологии и активно изучаются в нашей лаборатории. Кроме этого, одним из аспектов современной науки является изучение функционирования кишечного иммунитета в зависимости от внешних воздействий, к которым могут быть отнесены, например, различные диеты. Диеты различного типа являются главным индуктором метаболических изменений, результат которых может отражаться как на работе иммунной системы, так и на функционировании микробиоты.
Выявление новых молекулярных механизмов иммунитета при помощи нестандартных животных моделей представляет особый интерес для трансляционной медицины. С 2018 года отдел молекулярной иммунологии сотрудничает с лабораторией молекулярных механизмов старения НИИ ФХБ им. Белозерского для изучения иммунной системы долгоживущего грызуна – голого землекопа. До настоящего времени об особенностях иммунитета этих животных было известно сравнительно мало. С развитием современных методов геномного анализа было выяснено, что основным компонентом иммунитета голого землекопа являются миелоидные клетки, однако их роль в поддержании долголетия и устойчивости к раку до сих пор не изучена. Работа отдела в этой области сосредоточена на поиске подходов к изучению механизмов работы иммунной системы данного вида.
Наконец, в отделе продолжаются исследования ранее созданной линии мышей с мутацией цитохрома С. Цитохром С участвует в дыхательной цепи переноса электрона и утилизации АФК, а также контролирует внутренний путь апоптоза. Наши ранние исследования установили, что мутация K72W влияет на апоптотические функции цитохрома С в период раннего развития организма, также оказалось, что эффекты данной мутации сильно зависят от клеточного контекста и генетического фона мышей. В настоящее время при сотрудичестве с ИЦиГ СО РАН изучаются эффекты мутации на старение животных.
Основные научные результаты
Нами была изучена специфичность IgA антител к микробиоте у мышей, где было показано, что IgA в основном связывается с Грамположительными бактериями (Шаранова и др, 2017). Также был показан протективный эффект IgA антител, применяемых при пневмонии, индуцированной оппортунистической бактерией Pseudomonas aeruginosa после курса антибиотиков. IgA антитела из собственной пластинки кишечника (lamina propria), которые показали высокую связываемость с P. aeruginosa, вызывали снижение бактериальной нагрузки и повышение выживаемости у лабораторных мышей (Robak et al., 2018). Понимание данного процесса открывает потенциальную возможность в применении таких IgA антител в случае заболеваний, характеризующихся развитием антибиотикорезистентности. Кроме этого, нами был показан один из механизмов регуляции Th17 и IgA+ клеток в кишечнике Treg-клетками. RORγt+ Treg-клетки производят супрессорный IL-10, зависящий от фактора c-Maf. Оказалось, мыши с специфическим нокаутом транскрипционного фактора c-Maf в Treg клетках (c-MafΔTreg мыши) характеризовались сниженной продукцией цитокина IL-10, но повышенной продукцией IL-22 и IL-17, производимыми Th17 клетками, а также повышенным уровнем продукции IgA. Также на фоне таких изменений в механизмах контроля кишечной микробиоты наблюдался ее дисбаланс – к примеру, количественное снижение представителей семейств Verrucomicrobiaceae и Erysiopelotrichaceae в кишечной микробиоте мышей, в то время как семейства Lachnospiraceae, Bacteroidaceae, Rikenellaceae и Porphyromonadaceae были в избытке, по отношению к контролю. Это и повышенные уровни протективных цитокинов IL-22 и IL-17 оказывали протективный эффект в c-MafΔTreg мышах, у которых развивалось DSS индуцированное кишечное воспаление (Neumann et al., 2019). В дополнении к этой работе, нами была исследована роль транскрипционного фактора c-Maf, как регулятора, поддерживающего идентичность T-bet+ CCR6- врожденных лимфоидных клеток 3го типа в кишечнике мышей. Негативная обратная связь между экспрессией транскрипционных факторов c-Maf и T-bet в RORγt+ CCR6- клетках – позволяет им иметь Th1 фенотип цитокиновой продукции (Tizian et al, 2020). Также мы показали, что бактерии рода Anaeroplasma отвечают за индукцию IgA+ клеток в Пейеровых бляшках путем регуляции продукции противовоспалительного цитокина TGF-β1, важного для индукции IgA в фолликулярных Т хелперах (Beller et al, 2020). Иммуноглобулин А, секретируемый в мукозальных поверхностях (слизистые пищеварительной и дыхательной систем) принимает участие в контроле состава микробиоты и за счет этого потенциально может регулировать течение некоторых болезней, развитие которых ассоциировано с микробиотой. В целях изучения механизмов взаимодействия IgA с микробиотой, в нашей лаборатории была создана панель моноклональных IgA антител (в том числе и IgA∆J антител), специфичных к микробиоте. Для понимания функциональной значимости таких антител мы применяем их в различных мышиных моделях. Для некоторых из этих IgA антител был показан терапевтический потенциал в модели острого кишечного колита, а также в модели развития колоректального рака мышей. Диеты различного типа являются индуктором метаболических изменений, результат которых может отражаться как на работе иммунной системы, так и на функционировании микробиоты. В связи с тем, что IgA участвует в контроле микробиоты, нами было предположено, что изменение метаболизма может также регулировать IgA-микробиота взаимодействие. Было установлено, что высоко-глюкозная диета (high glucose diet, HGD) приводила к повышенной продукции димерных IgA антител в сыворотке, которые показывали специфичность к окисленной форме липопротеина низкой плотности. Кроме этого, такая диета изменяла состав микробиоты, а также влияла на распознавание микробиоты IgA антителами.
Наконец, для понимания биологии компонентов микробиоты кишечника и глубокого изучения взаимодействия между бактериями микробиоты и иммунной системой кишечника нами был разработан протокол по колонизации лабораторных животных генно-инженерными штаммами E. coli, позволяющий изучать взаимодействие иммунитета с ними на протеомном и транскриптомном уровнях. Помимо этого, в настоящее время проводятся эксперименты по изучению взаимодействия энтеропатогенных штаммов E. coli с кишечным иммунитетом лабораторных мышей.
В рамках проекта по изучению особенностей иммунной системы голого землекопа сотрудниками были описаны ранее неизвестные кросс-специфичные антитела, способные распознавать иммунные клетки голого землекопа. С их помощью были описаны следующие структурные отличия иммунных органов голого землекопа по сравнению с мышью: меньшее абсолютное количество иммунных клеток костного мозга и селезенки, малый размер лимфоидных фолликулов селезенки и лимфатических узлов, более высокая представленность миелоидных клеток на периферии (Горшкова и др., 2019). Оказалось, что иммунная система голого землекопа представлена значительно меньшим объемом клеток, но, тем не менее, способна эффективно поддерживать здоровье и контролировать микробиоту этих грызунов. Идущие в настоящий момент исследования сосредоточены как на особенностях миелоидных клеток голого землекопа, так и на получении оригинальных реагентов, которые в будущем позволят расширить характеристику иммунитета голого землекопа. Кроме того, продолжается исследование уникальной линии мышей, несущих мутацию K72W цитохрома С. Данная мутация на ранних этапах развития организма приводит к нарушениям структуры центральной нервной системы за счет снижения эффективности запуска внутреннего пути апоптоза (Муфазалов и др., 2009), однако сила проявления эффекта мутации может зависеть от используемой линии животных. При помощи этой модели также было показано, что генетический дефицит цитохрома С в лимфоидных и миелоидных клетках не снижает их функциональность (Шилов и др., 2014). На сегодняшний момент проводятся опыты по дожитию мышей, несущих мутацию K72W цитохрома С, чтобы установить её потенциальный вклад в механизмы старения.
Участие в научно-исследовательских проектах
• Лаборатория имеет совместный проект с НИИ ФХМ ФМБА (лаборатория простых систем, Москва) и с центром омиксных технологий в КФУ (Казань) по изучению взаимодействий энтеропатогенных штаммов E. coli с иммунной системой организма-хозяина.
• Постоянными партнерами отдела является лаборатория молекулярных механизмов иммунитета Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта.
• С момента создания кафедры иммунологии на биологическом факультете МГУ часть работ выполняется совместно с сотрудниками кафедры.
• Сотрудничество с лабораторией хронического воспаления в Немецком исследовательском центре ревматологии (DRFZ, Берлин) и с онкологическим центром Fox Chase (Филадельфия).
• Лаборатория молекулярных механизмов старения НИИ ФХБ им. Белозерского МГУ.
• Институт цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск)
Грантовая поддержка
Отдел проводит исследования при поддержке грантов РНФ № 17-74-20059 и РФФИ 17-00-00268.
Научные премии
Научные достижения отдела отмечены премией Академии Наук Германии (С.А.Недоспасов), премией Гельмгольца-Гумбольдта (С.А. Недоспасов), премиями для молодых ученых Всеросийского биохимического общества и Европейской Академии (Д.В. Купраш).
Преподавательская деятельность
Отдел активно сотрудничает со студентами и аспирантами биологического факультета МГУ кафедры иммунологии и со студентами других кафедр биохимического направления, а также со студентами и аспирантами факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ.
Сотрудники
Недоспасов Сергей Артурович, д.б.н., академик РАН, профессор
Круглов Андрей Алексеевич, к.б.н. с.н.с
Семин Ярослав Константинович, аспирант
Бондарева Марина Александровна, аспирант
Горшкова Екатерина Алекснадровна, аспирант
Гимаев Илья Альбертович, аспирант
Казарян Рафаэл Шаенович, инженер
Статьи
- Gogoleva VS, Drutskaya MS, Vorontsov AI, Atretkhany KN, Belogurov AA Jr, Kruglov AA, Nedospasov SA(2024) Lymphotoxins from distinct types of lymphoid cells differentially contribute to neuroinflammation. European Journal of Immunology, >>
- Nedospasov Sergey A., Kruglov Andrei A., Tumanov Alexei V., Drutskaya Marina S., Astrakhantseva Irina V., Kuprash Dmitry V.(2024) Reverse Genetics Applied to Immunobiology of Tumor Necrosis Factor, a Multifunctional Cytokine. Biochemistry (Moscow), >>
- Горшкова Е.А., Пуртова С.К., Дворянинова Е.М., Высоких М.Ю., Недоспасов С.А.(2024) Особенности поляризации макрофагов голого землекопа. Медицинская иммунология, >>
- Чичерина Н.Р., Горшкова Е.А., Мячев Е.А., Яковлева А.С., Литвинова А.М., Намаканова О.А., Зварцев Р.В., Недоспасов С.А., Друцкая М.С.(2024) Мышиная модель сверхэкспрессии IL-6 человека тканерезидентными макрофагами в контексте LPS-индуцированного воспаления. Медицинская иммунология, >>
- Nosenko Maxim, Anisov Denis, Gubernatorova Ekaterina, Gorshkova Ekaterina, Zeng Yi-Rong, Ye Dan, Wang Pu, Finlay David, Drutskaya Marina, Nedospasov Sergei(2024) Itaconate and dimethyl itaconate upregulate IL-6 production in the LPS-induced inflammation in mice. Journal of Leukocyte Biology, >>
- Wen Y., Lu X., Privratsky JR, Ren J., Ali S., Yang B., Rudemiller NP, Zhang J., Nedospasov SA, Crowley SD(2024) TNF- α from the Proximal Nephron Exacerbates Aristolochic Acid Nephropathy. Kidney360, >>
- Gubernatorova EO, Gorshkova EA, Bondareva MA, Podosokorskaya OA, Sheynova AD, Yakovleva AS, Bonch-Osmolovskaya EA, Nedospasov SA, Kruglov AA, Drutskaya MS(2023) Akkermansia muciniphila - friend or foe in colorectal cancer. Frontiers in immunology, >>
- Kruglov Andrey A., Bondareva Marina A., Gogoleva Violetta S., Semin Iaroslav K., Astrakhantseva Irina V., Zvartsev Ruslan, Lunin Aleksandr S., Apolokhov Vasiliy D., Shustova Elena Yu, Volok Viktor P., Ustyugov Aleksey A., Ishmukhametov Aydar A., Nedospaso(2023) Inactivated whole virion vaccine protects K18‐hACE2 Tg mice against the Omicron SARS‐CoV‐2 variant via cross‐reactive T cells and nonneutralizing antibody responses. European Journal of Immunology, >>
- Bondareva M., Budzinski L., Durek P., Witkowski M., Angermair S., Ninnemann J., Kreye J., Letz P., Ferreira-Gomes M., Semin I., Guerra GM, Momsen Reincke S., Sánchez-Sendin E., Yilmaz S., Sempert T., Heinz GA, Tizian C., Raftery M., Schönrich G., Matyushk(2023) Cross-regulation of antibody responses against the SARS-CoV-2 Spike protein and commensal microbiota via molecular mimicry. Cell Host and Microbe, >>
- Gorshkova Ekaterina A., Gubernatorova Ekaterina O., Dvorianinova Ekaterina M., Yurakova Taisiya R., Marey Maria V., Averina Olga A., Holtze Susanne, Hildebrandt Thomas B., Dmitriev Alexey A., Drutskaya Marina S., Vyssokikh Mikhail Yu, Nedospasov Sergei A.(2023) Macrophages from naked mole-rat possess distinct immunometabolic signatures upon polarization. Frontiers in immunology, >>
- Гоголева В.С., Друцкая М.С., Недоспасов С.А.(2023) Иммунобиология лимфотоксина: роль в мышиной модели рассеянного склероза. Российский иммунологический журнал, >>
- Lakin R., Polidovitch N., Yang S., Parikh M., Liu X., Debi R., Gao X., Chen W., Guzman C., Yakobov S., Izaddoustdar F., Wauchop M., Lei Q., Xu W., Nedospasov SA, Christoffels VM, Backx PH(2023) Cardiomyocyte and endothelial cells play distinct roles in the tumor necrosis factor (TNF)-dependent atrial responses and increased atrial fibrillation vulnerability induced by endurance exercise training in mice. Cardiovascular Research, >>
- Astrakhantseva IV, Krut' VG, Chuvpilo SA, Shevyrev DV, Shumeev AN, Rybtsov SA, Nedospasov SA(2023) On Immunological Studies at Sirius University of Science and Technology. Molecular Biology, >>
- Astrakhantseva IV, Ershova AE, Chuvpilo SA, Kruglova NA, Ishmukhametov AA, Drutskaya MS, Kozlovskaya LI, Nedospasov SA(2023) SARS-CoV-2 Binding and Neutralization Properties of Peptides Derived from N-Terminus of Human ACE2. International Journal of Molecular Sciences, >>
- Ninnemann Justus, Winsauer Caroline, Bondareva Marina, Kühl Anja A., Lozza Laura, Durek Pawel, Lissner Donata, Siegmund Britta, Kaufmann Stefan H.E., Mashreghi Mir-Farzin, Nedospasov Sergei A., Kruglov Andrey A.(2022) TNF hampers intestinal tissue repair in colitis by restricting IL-22 bioavailability. Mucosal Immunology, >>
- Bondareva M., Letz P., Karberg K., Schrezenmeier E., Semin I., Rincon-Arevalo H., Dörner T., Mashreghi M.F., Stefanski A.L., Kruglov A.A.(2022) Induction of cross-reactive, mucosal anti-SARS-CoV-2 antibody responses in rheumatoid arthritis patients after 3rd dose of COVID-19 vaccination. Journal of Autoimmunity, >>
- Gogoleva Violetta S., Kuprash Dmitry V., Grivennikov Sergei I., Tumanov Alexei V., Kruglov Andrey A., Nedospasov Sergei A.(2022) LTα, TNF, and ILC3 in Peyer’s Patch Organogenesis. Cells, >>
- Yurakova Taisiya R., Gubernatorova Ekaterina O., Gorshkova Ekaterina A., Nosenko Maxim A., Nedospasov Sergei A., Drutskaya Marina S.(2022) HDM induces distinct immunometabolic phenotype in macrophages in TLR4-dependent manner. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Basis of Disease, >>
- Namakanova O.A., Gorshkova E.A., Zvartsev R.V., Nedospasov S.A., Drutskaya M.S., Gubernatorova E.O.(2022) Therapeutic Potential of Combining IL-6 and TNF Blockade in a Mouse Model of Allergic Asthma. International Journal of Molecular Sciences, >>
- Demir M., Lang S., Hartmann P., Duan Y., Martin A., Miyamoto Y., Bondareva M., Zhang X., Wang Y., Kasper P., Bang C., Roderburg C., Tacke F., Steffen HM, Goeser T., Kruglov A., Eckmann L., Stärkel P., Fouts DE, Schnabl B.(2021) The fecal mycobiome in non-alcoholic fatty liver disease. Journal of Hepatology, >>
- Hartmann Phillipp, Lang Sonja, Zeng Suling, Duan Yi, Zhang Xinlian, Wang Yanhan, Bondareva Marina, Kruglov Andrey, Fouts Derrick E., Stärkel Peter, Schnabl Bernd(2021) Dynamic Changes of the Fungal Microbiome in Alcohol Use Disorder. Frontiers in physiology, >>
- Semin Iaroslav, Ninnemann Justus, Bondareva Marina, Gimaev Ilia, Kruglov Andrey A.(2021) Interplay Between Microbiota, Toll-Like Receptors and Cytokines for the Maintenance of Epithelial Barrier Integrity. Frontiers in Medicine, >>
- Witkowski Mario, Tizian Caroline, Ferreira-Gomes Marta, Niemeyer Daniela, Jones Terry C., Heinrich Frederik, Frischbutter Stefan, Angermair Stefan, Hohnstein Thordis, Mattiola Irene, Nawrath Philipp, Ewen Sophie Mc, Zocche Silvia, Viviano Edoardo, Heinz G(2021) Untimely TGFβ responses in COVID-19 limit antiviral functions of NK cells. Nature, >>
- Ferreira-Gomes Marta, Kruglov Andrey, Durek Pawel, Heinrich Frederik, Tizian Caroline, Heinz Gitta Anne, Pascual-Reguant Anna, Du Weijie, Mothes Ronja, Fan Chaofan, Frischbutter Stefan, Habenicht Katharina, Budzinski Lisa, Ninnemann Justus, Jani Peter K.,(2021) SARS-CoV-2 in severe COVID-19 induces a TGF-β-dominated chronic immune response that does not target itself. Nature communications, >>
- Gubernatorova Ekaterina O., Namakanova Olga A., Gorshkova Ekaterina A., Medvedovskaya Alexandra D., Nedospasov Sergei A., Drutskaya Marina S.(2021) Novel Anti-Cytokine Strategies for Prevention and Treatment of Respiratory Allergic Diseases. Frontiers in immunology, >>
- Gogoleva Violetta S., Atretkhany Kamar-Sulu N., Dygay Arina P., Yurakova Taisiya R., Drutskaya Marina S., Nedospasov Sergei A.(2021) Current Perspectives on the Role of TNF in Hematopoiesis Using Mice With Humanization of TNF/LT System. Frontiers in immunology, >>
- Nosenko MA, Atretkhany KN, Mokhonov VV, Chuvpilo SA, Yanvarev DV, Drutskaya MS, Tillib SV, Nedospasov SA(2021) Generation and Evaluation of Bispecific Anti-TNF Antibodies Based on Single-Chain VHH Domains. Methods in molecular biology (Clifton, N.J.), >>
- Gubernatorova Ekaterina O., Polinova Almina I., Petropavlovskiy Mikhail M., Namakanova Olga A., Medvedovskaya Alexandra D., Zvartsev Ruslan V., Telegin Georgij B., Drutskaya Marina S., Nedospasov Sergei A.(2021) Dual Role of TNF and LTα in Carcinogenesis as Implicated by Studies in Mice. Cancers, >>
- Nosenko Maxim A., Moysenovich Anastasia M., Arkhipova Anastasia Y., Atretkhany Kamar-Sulu N., Nedospasov Sergei A., Drutskaya Marina S., Moisenovich Mikhail M.(2021) Fibroblasts upregulate expression of adhesion molecules and promote lymphocyte retention in 3D fibroin/gelatin scaffolds. Bioactive Materials, >>