Заведующий лабораторией:д.б.н. Каламкаров Григорий Рафаэлевич
Телефон отдела:—
Почта:—
Комната:—
Лаборатория нейрохимии возникла на базе группы, основным направлением работы которой было исследование механизмов преобразования света в фоторецепторных клетках сетчатки и сетчатки в целом. Одной из важных причин создания лаборатории был тот факт, что как морфологически, так и функционально сетчатка глаза является структурой, сходной с мозгом. Еще один из первых лауреатов нобелевской премии Рамон-и-Кахаль в своей нобелевской речи, посвящённой исследованию морфологии сетчатки, очень образно назвал сетчатку «мозгом, вынесенным на периферию». Многие патологии сетчатки сходны с патологией мозга. И именно одновременное исследование таких процессов в сетчатке глаза и мозге является одной из отличительных черт работы лаборатории. В лаборатории с самого начала ее образования имелся набор необходимых методов исследования – способы внутриклеточной регистрации от нервных клеток in situ, включая методы регистрации пэтч-кламп, гистологические исследования и методы приготовления проксимальных срезов, иммуногистохимия, western-blott, методы препаративного разделения белков, иммуноферментный анализ и др.
Одним из важных практических и успешных примеров такого подхода является разработка иммунологических методов ранней диагностики заболеваний сетчатки и мозга. Ранее нами был разработан и доведен до клинического использования набор реагентов для иммунодиагностики заболеваний сетчатки «Ретинант ИФА». В основе метода лежит то, что обнаруженные в сетчатке глаза белки, играющие важную роль в механизмах преобразования света, являются также сильными антигенами. Попадая в кровь, эти ретинальные антигены вызывают сильную аутоиммунную реакцию – появление в крови специфических антител. Причиной этого является то, что и мозг, и глаз являются иммунопривилегированными органами, отделенными от кровотока гематоэнцефалическим и гематоофтальмическим барьерами. Появление в крови белков-антигенов является признаком того, что этот барьер нарушается, что может являться причиной начала развития серьезных патологий.
Метод основан на выявлении в крови антител к двум ретинальным антигенам – S-антигену и межфоторецепторному ретинальпереносящему белку - методом иммуноферментного анализа. Метод прошел все необходимые клинические и технические испытания и был разрешен к клиническому применению. Наиболее интересным в клинике оказалось раннее выявление диабетической ретинопатии - тяжелого офтальмологического заболевания. Установить диагноз метод позволял еще до появления явных клинических признаков заболевания.
В развитие этого направления в последнее десятилетие нами был разработан метод ранней диагностики и манифестации рассеянного склероза. Рассеянный склероз является тяжелой неврологической патологией с неясной этиологией. Заболевание протекает медленно, с обострениями и ремиссиями, и приводит к полной неподвижности.
Было известно, что одним из ранних проявлений рассеянного склероза является неврит зрительного нерва. Однако клинически обычный ретробульбарный неврит (патология, с которой пациенты часто обращаются к офтальмологу) и неврит зрительного нерва (как факт манифестации рассеянного склероза) практически неразличимы. Нами установлено, что, если при иммунологическом обследовании больного с характерными признаками неврита зрительно нерва в крови обнаруживаются специфические антитела к ретинальным антигенам, то с высокой долей вероятности у него будет развиваться рассеянный склероз. Эти данные были подтверждены при исследовании больных в динамике в течение нескольких лет. Таким образом, метод позволяет при простом иммунологическом обследовании выявлять рассеянный склероз у больных, обратившихся к офтальмологу с подозрением на неврит зрительного нерва. Эта работа была проведена нами совместно с МНИИ глазных болезней им. Гельмгольца и Институтом неврологии. Результаты работы запатентованы, и исследования продолжаются с целью довести их результаты до широкого клинического использования.
Аналогичный подход, при котором изучалась как сетчатка, так и головной мозг, был использован и при исследовании роли оксида азота в развитии ишемии. Совместно со специалистами МНИИ глазных болезней, нами была разработана оригинальная модель ишемии сетчатки глаза. Развитие ишемии инициировалось лазерным тромбозом магистральных сосудов сетчатки экспериментальных животных. Под операционным микроскопом на ретинальные сосуды воздействовали лазерными импульсами, что приводило к коагуляции и, как следствие, к развитию ишемии сетчатки. Было установлено, что предварительное введение соединений, продуцирующих нитриты, в кровоток, при резком сужении сосудов, вызванном лазерной коагуляцией, не только приводило к их быстрому расширению, но и могло вообще предотвращать развитие ишемии. Причиной этого, является то, что при сужении сосудов происходит сильное закисление среды, что приводит к преобразованию нитрита в оксид азота и, как результат, происходит быстрое расширение сосудов, которое предотвращает развитие ишемических повреждений. На основе этих результатов мы пытаемся получить фармакологические средства, позволяющие предотвращать развитие ишемического инсульта сетчатки глаза.
Важным направлением работы лаборатории является исследование токсической роли оксида азота в сетчатке и мозге и поиск ингибиторов, способных предотвращать развитие апоптоза нервных клеток. Как выясняется, именно повышение концентрации оксида азота в нервной ткани при развитии ишемии и приводит к развитию апоптоза и необратимой гибели как нейронов, так и других типов нервных клеток в мозге и сетчатке. В этой связи поиск соединений, препятствующих повышению концентрации оксида азота, является важной задачей для предотвращения необратимой гибели тканей мозга и сетчатки. Было установлено, что генерация оксида азота играет ключевую роль в развитии апоптоза клеток сетчатки. Так, ингибирование NO-синтазы предотвращало развитие апоптоза при развитии ишемии. Напротив, введение динитрозильных комплексов железа – соединений, которые используются как сосудорасширяющие средства, приводило к развитию апоптоза ганглиозных клеток сетчатки. Основываясь на этих результатах, мы ведем работы по поиску препаратов, избирательно игибирующих нейрональную NO-синтазу - фермент, который и локализован в нейронах сетчатки. В частности, совместно с национальным медицинским исследовательским центром радиологии МЗ РФ нами ведется скрининг перспективных ингибиторов синтаз оксида азота на основе производных изометилмочевины.
Большая серия работ проводится лабораторией совместно с институтом медико-биологических проблем РАН. Оксид азота играет важную роль и в процессе дегенерации мышц в условиях невесомости. Так, на экспериментальных животных в экспериментах, моделирующих состояние невесомости, было показано, что концентрация оксида азота в мышцах падает в два раза. Это, в свою очередь, запускает цепь процессов, приводящих к мышечной атрофии. Была установлена цепочка сигнальных белков, участвующих в этом процессе. Однако, в том случае, когда в эксперименте животным вводили L-аргинин – предшественник генерации оксида азота – атрофия мышц значительно снижалась.
Лаборатория участвовала в исследовательской программе в рамках полета спутника «Бион1». В рамках этой международной программы исследовалось влияние длительного пребывания в состоянии невесомости на жизнедеятельность экспериментальных животных. Специальный исследовательский спутник находился на орбите длительное время, успешно приземлился, и материал, полученный от выживших в этих условиях экспериментальных животных, исследовался ведущими лабораториями в России, США, Франции и др. странах. Лаборатория нейрохимии ИБХФ РАН в этой программе отвечала за исследования сетчатки глаза крыс. Неожиданным результатом оказалось то, что сетчатка глаза, в отличие от мозга, оказалась крайне резистентным к пребыванию в невесомости органом. Нами не были выявлены в сетчатке какие-либо существенные морфологические изменения. Иммуногистологические исследования выявили образование лишь единичных апоптотических клеток.
Важные для понимания принципов работы зрительных клеток результаты были получены при исследовании механизмов фотоокисления в сетчатке. Одним из важных факторов, вызывающих фотоокисление фоторецепторных клеток, является способность свободного ретиналя – хромофора зрительного пигмента родопсина - генерировать под действием света активные формы кислорода. Свободный ретиналь образуется при распаде родопсина в ходе фоторецепторного цикла и является фототоксичным соединением. Однако, фототоксичностью обладает только свободный ретиналь, а свободный ретиналь легко образует Шиффовы основания с аминогруппами белков и липидов. Шиффовы основания ретиналя фототоксичными не являются. Нам удалось определить, какая часть образующегося в ходе освещения ретиналя в нативной клетке образует Шиффовы основания. Для этого был использован тот факт, что Шиффовы основания ретиналя не образуют возбужденных триплетных состояний. Оказалось, что в нативной зрительной клетке половина образующегося ретиналя связывается с аминогруппами. С помощью спиновой ловушки был определен также профиль активных форм кислорода, образующихся при освещении, и их квантовый выход.
Наша лаборатория плодотворно сотрудничает с лабораторий масс-спектрометрии биомакромолекул ИБХФ РАН (зав. лаб. – чл.-корр. РАН Е.Н. Николаев), лабораторией термодинамики биосистем (зав. лаб. – д.б.н., проф. М.А. Розенфельд) и лабораторией биосенсорных технологий на чипе, созданной Фондом перспективных исследований (ФПИ) на базе нашего Института (руководитель лаборатории - А.В. Ковалев).
Например, старший научный сотрудник лаборатории нейрохимии, к.б.н. Анна Евгеньевна Бугрова является соавтором работы «Озон-индуцированное повреждение молекулы фибриногена: идентификация участков окисления методом масс-спектрометрии высокого разрешения» и совместной работы «Исследование структурных особенностей моноклональных антител, включая анализ и локализацию пост-трансляционных модификаций и S-S связей с помощью жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии высокого разрешения на примере препарата экулизумаб». В 2019 году обе эти работы по итогам 2018 года получили высокую оценку и заняли почетное третье место на конкурсе научных работ имени Елены Борисовны Бурлаковой.
